5 ตัวอย่างการประยุกต์ใช้กฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์กับกระบวนการไอโซเทอร์มอล (อุณหภูมิคงที่)
1. กราฟด้านล่างแสดงก๊าซอุดมคติที่กำลังเปลี่ยนแปลง กระบวนการไอโซเทอร์มอล (แนวทาง) งานที่ก๊าซทำในกระบวนการ AB คือ…
การอภิปราย
งานที่ทำ = พื้นที่ใต้เส้นโค้ง AB = พื้นที่ของรูปสามเหลี่ยม + พื้นที่ของรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้า
W = [½ (8 x 105–4 x 105)(3-1)] + [4 x 105 (3-1)]
W = [½ (4 x 105)(2)] + [4 x 105 (2)]
W = [4 x 105] + [8 x 105]
W = 12 x 105 จูล
งานที่แก๊สทำในกระบวนการ AB = 12 x 105 จูล
2. งานที่ทำโดยก๊าซอุดมคติในกระบวนการ ABC คือ…
การอภิปราย
เป็นที่รู้จัก :
ความดัน 1 (P1) = 10 x 105 N / m2
ความดัน 1 (P1) = 5 x 105 N / m2
เล่ม 1 (V1) = 10 ลิตร = 10 dm³3 = 10x10-3 m3
เล่ม 2 (V2) = 30 ลิตร = 30 dm³3 = 30 x 10-3 m3
ถาม : งานที่ทำโดยแก๊สในกระบวนการ ABC
จาวาบ :
ในกระบวนการ BC ปริมาตรคงที่ ดังนั้นจึงไม่มีการทำงานใดๆ เกิดขึ้นจากแก๊ส แก๊สจะทำงานก็ต่อเมื่อในกระบวนการ AB มีการเปลี่ยนแปลงปริมาตรเท่านั้น ดังนั้น งานที่แก๊สทำในกระบวนการ ABC จึงเท่ากับงานที่แก๊สทำในกระบวนการ AB
งานที่ทำโดยแก๊ส = พื้นที่ใต้เส้นโค้ง AB = พื้นที่ของรูปสามเหลี่ยม + พื้นที่ของรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้า
W = [½(10×105–5×105)(30-10)]+[5×105(30-10)]
W = [½ (5 x 105)(20)] + [5 x 105 (20)]
W = [(5 x 105)(10)] + [100 x 105]
W = [50 x 105]+ [100 x 105]
W = 150 x 105 จูล
W = 1,5 x 107 จูล
3. แก๊สชนิดหนึ่งเกิดกระบวนการอุณหภูมิคงที่ ปริมาณความร้อนที่แก๊สต้องดูดซับเพื่อให้ทำงานได้ 5000 จูล คือ…
การอภิปราย
เป็นที่รู้จัก :
งาน (W) = 5000 จูล
ถาม : ความร้อนที่ถูกดูดซับ (Q)
จาวาบ :
กระบวนการไอโซเทอร์มอลที่กล่าวถึงในคำถามนี้เป็นกระบวนการทางเทอร์โมไดนามิกส์ที่อุณหภูมิคงที่ ความสัมพันธ์ระหว่างอุณหภูมิ (T) และการเปลี่ยนแปลงพลังงานภายในของแก๊สแสดงได้ด้วยสมการต่อไปนี้:
ถ้าอุณหภูมิคงที่ การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิจะเป็นศูนย์ การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิเป็นศูนย์ ดังนั้น การเปลี่ยนแปลงของพลังงานภายในจึงเป็นศูนย์ การนำกฎข้อที่หนึ่งของเทอร์โมไดนามิกส์มาใช้จะให้ผลลัพธ์ดังต่อไปนี้
กฎข้อแรกของเทอร์โมไดนามิกส์ :
ถ้าการเปลี่ยนแปลงพลังงานภายใน (U) เป็นศูนย์ ความร้อน (Q) ที่แก๊สดูดซับจะเท่ากับงานที่แก๊สทำ (W) เมื่อแก๊สดูดซับความร้อน แก๊สจะได้รับพลังงานเพิ่มเติม และพลังงานเพิ่มเติมนี้จะถูกใช้โดยแก๊สเพื่อทำงาน
ดังนั้น ความร้อนที่แก๊สดูดซับ = งานที่แก๊สทำ = 5000 จูล
4. กราฟแสดงความสัมพันธ์ระหว่างความดัน (P) กับปริมาตร (V) ของแก๊สที่เกิดกระบวนการอุณหภูมิคงที่แสดงอยู่ในรูปด้านล่าง ปริมาณความร้อนที่แก๊สดูดซับในกระบวนการ AB คือ…
การอภิปราย
เป็นที่รู้จัก :
ความดัน 1 (P1) = 5 atm = 5 x 105 Pa
ความดัน 2 (P2) = 10 atm = 10 x 105 Pa
เล่ม 1 (V1) = 2 ม.3
เล่ม 2 (V2) = 6 ม.3
ถาม : ความร้อน (Q) ที่ก๊าซดูดซับในกระบวนการ AB
จาวาบ :
ไอโซเทอร์มอล = อุณหภูมิคงที่ ถ้าอุณหภูมิคงที่ การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิจะเป็นศูนย์ ถ้าการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิเป็นศูนย์ การเปลี่ยนแปลงของพลังงานภายในก็จะเป็นศูนย์ ความสัมพันธ์ระหว่างการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิและการเปลี่ยนแปลงของพลังงานภายในในแก๊สแสดงได้ด้วยสมการต่อไปนี้:
หากนำไปประยุกต์ใช้กับกฎข้อแรกของเทอร์โมไดนามิกส์ จะได้ผลลัพธ์ดังต่อไปนี้:
ถ้าการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิเป็นศูนย์ ความร้อนที่แก๊สดูดซับจะเท่ากับงานที่แก๊สทำ ในการหาความร้อนที่แก๊สดูดซับในกระบวนการ AB เราจะคำนวณงานที่แก๊สทำโดยอ้างอิงจากกราฟด้านบน
งานที่ทำโดยแก๊ส = พื้นที่ใต้เส้นโค้ง AB = พื้นที่ของรูปสามเหลี่ยม + พื้นที่ของรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้า
W = ½ (P2 - ป1)(V2 - V1) + P1(V2 - V1)
W = ½ (10 x 105 - 5 x 105)(6-2) + (5 x 105)(6-2)
W = ½ (5 x 105)(4) + (5 x 105)(4)
W = ½ (20 x 105) + (20 x 105)
W = (10 x 105) + (20 x 105)
W = 30 x 105 จูล
W = 30 บรรยากาศ
ความร้อน (Q) ที่แก๊สดูดซับในกระบวนการ AB = งานที่แก๊สทำในกระบวนการ AB = 30 x 105 จูล = 30 บรรยากาศ
5. ในทางเทอร์โมไดนามิกส์ ก๊าซอุดมคติจะเกิดกระบวนการอุณหภูมิคงที่ก็ต่อเมื่อ...
ก. การเปลี่ยนแปลงสถานะของแก๊ส อุณหภูมิจะคงที่เสมอ
B. โมเลกุลทั้งหมดเคลื่อนที่ด้วยความเร็วที่แตกต่างกัน
C. สภาวะของก๊าซทุกชนิดมีการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอยู่เสมอ
สวมใส่ อุณหภูมิ ยิ่งความเร็วของโมเลกุลสูงขึ้นเท่าไหร่
E. ความดันและปริมาตรของแก๊สไม่เปลี่ยนแปลง
การอภิปราย
ไอโซเทอร์มอล หรือ isothermic หมายถึงอุณหภูมิคงที่
คำตอบที่ถูกต้องคือ A.
