11 ตัวอย่างคำถามเกี่ยวกับการประยุกต์ใช้กฎข้อที่หนึ่งของเทอร์โมไดนามิกส์กับกระบวนการทางเทอร์โมไดนามิกส์ต่างๆ (ความดันคงที่ อุณหภูมิคงที่ ปริมาตรคงที่)
1. กราฟด้านล่างแสดงวัฏจักรทางเทอร์โมไดนามิกที่เกิดขึ้นกับแก๊ส งานที่แก๊สทำในกระบวนการ ABCD คือ…
การอภิปราย
เป็นที่รู้จัก :
ความดัน 1 (P1) = 2 x 105 Pa
ความดัน 2 (P2) = 4 x 105 Pa
เล่ม 1 (V1) = 1 ม.3
เล่ม 2 (V2) = 3 ม.3
ถาม งานที่ก๊าซทำในกระบวนการวัฏจักร ABCD
จาวาบ :
งานที่ทำโดยแก๊ส = พื้นที่ของสี่เหลี่ยมผืนผ้า ABCD
W = (P2 - ป1)(V2 - V1)
W = (4 x 105 - 2 x 105)(3 – 1)
W = (2 x 105)(2)
W = 4 x 105 จูล
งานที่แก๊สทำในกระบวนการวัฏจักร ABCD คือ 4 x 105 จูล
2. งานที่ก๊าซทำในกระบวนการวัฏจักร ABC คือ…
การอภิปราย
เป็นที่รู้จัก :
ความดัน 1 (P1) = 3 x 105 Pa
ความดัน 2 (P2) = 6 x 105 Pa
เล่ม 1 (V1) = 20 ซม.3 = 20x10-6 m3
เล่ม 2 (V2) = 60 ซม.3 = 60x10-6 m3
ถาม : งานที่ก๊าซทำในกระบวนการวัฏจักร ABC
จาวาบ :
งานที่ทำโดยแก๊ส = พื้นที่ของสามเหลี่ยม ABCD
W = ½ (P2 - ป1)(V2 - V1)
W = ½ (6 x 105 - 3 x 105)(60 x 10-6 - 20 x 10-6)
W = ½ (3 x 105)(40 x 10-6)
W = ½ (120 x 10-1 จูล)
W = ½ (12 จูล)
W = 6 จูล
งานที่แก๊สทำในกระบวนการวัฏจักร ABC มีค่าเท่ากับ 6 จูล
3. กราฟแสดงความสัมพันธ์ระหว่างความดัน (P) กับปริมาตร (V) ของแก๊สในพื้นที่ปิด ส่วนของกราฟที่แสดงว่าแก๊สทำงานต่อสิ่งแวดล้อมคือ…
การอภิปราย
กระบวนการ AB และกระบวนการ DC เป็นกระบวนการความดันคงที่ ส่วนกระบวนการ AD และกระบวนการ BC เป็นกระบวนการปริมาตรคงที่
ก๊าซจะทำงานต่อสิ่งแวดล้อมหากก๊าซขยายตัวจนปริมาตรของพื้นที่ที่ก๊าซครอบครองเพิ่มขึ้น (กระบวนการ DC) สิ่งแวดล้อมจะทำงานต่อก๊าซหากก๊าซหดตัวจนปริมาตรของพื้นที่ที่ก๊าซครอบครองลดลง (กระบวนการ BC)
4. ก๊าซอุดมคติทุกชนิดจะเกิดกระบวนการปริมาตรคงที่ ดังนั้น...
ก. โมเลกุลทุกตัวมีความเร็วเท่ากัน
B. ที่อุณหภูมิสูง ความเร็วเฉลี่ยของโมเลกุลจะมากขึ้น
C. ความดันแก๊สคงที่
D. แก๊สจะทำงาน
E. ไม่มีพลังงานภายใน
การอภิปราย
ไอโซโคริก = ปริมาตรคงที่
คำตอบที่ถูกต้องคือ B.
5. ก๊าซอุดมคติปริมาณหนึ่งถูกอัดผ่านกระบวนการทางเทอร์โมไดนามิกจากสถานะที่ 1 ไปสู่สถานะที่ 2 ดังแสดงในกราฟ PV ต่อไปนี้ งานที่ทำโดยก๊าซคือ…
ก. -180 จูล
บี. -90 เจ
ซี. -30 จูล
ง. 30 จ.
อี. 90 จูล
การอภิปราย
1 ลิตร = 0,001 ลูกบาศก์เมตร
เป็นที่ทราบกันว่า :
ความดัน 1 (P 1 ) = 10 kPa = 10.000 Pa = 10.000 N/m 2
ความดัน 2 (P 2 ) = 20 kPa = 20.000 Pa = 20.000 N/m 2
ปริมาตร 1 (V 1 ) = 4 ลิตร = 4 (0,001 m 3 ) = 0,004 m 3
ปริมาตร 2 (V 2 ) = 10 ลิตร = 10 (0,001 m 3 ) = 0,010 m 3
ต้องการ : งาน (W) ที่ทำโดยใช้แก๊ส
คำตอบ :
W = P (V 2 – V 1 ) + 1/2 (P 2 – P 1 )(V 2 – V 1 )
W = 10.000 ( 0,010-0,004) + 1/2 (20.000-10.000)(0,010-0,004)
W = 10.000 (0,006) + 1/2 (10.000)(0,006)
W = 10 (6) + 1/2 (10)(6)
W = 60 + 1/2 (60)
W = 60 + 30
W = 90 จูล
คำตอบที่ถูกต้องคือ E.
6. ดูแผนภาพ PV ด้านข้างสิ!
งานที่เกิดขึ้นในกระบวนการทางเทอร์โมไดนามิกในหนึ่งรอบคือ…
ก. 100 กิโลจูล
B. 200 กิโลจูล
C. 300 กิโลจูล
ง. 400 กิโลจูล
E. 600 kJ
การอภิปราย
เป็นที่ทราบกันว่า :
ความดัน 1 (P 1 ) = 1 x 10 5 Pa = 1 x 10 5 N/m 2
ความดัน 2 (P 2 ) = 3 x 10 5 Pa = 3 x 10 5 N/m 2
ปริมาตร 1 (V 1 ) = 2 m 3
ปริมาตร 2 (V 2 ) = 4 m 3
ถาม : งาน (W) ที่สร้างขึ้น
คำตอบ :
งานที่ทำ = พื้นที่ของรูปสี่เหลี่ยม abcd
W = (P 2 – P 1 )(V 2 – V 1 )
W = (3 x 10 5 – 1 x 10 5 )(4 – 2)
W = (2 x 10 5 )(2)
W = 4 x 10⁷ จูล
W = 400.000 จูล
W = 400 กิโลจูล
คำตอบที่ถูกต้องคือ D.
7. ก๊าซอุดมคติ undergoes กระบวนการดังแสดงในแผนภาพ PV ทางด้านขวา งานที่ทำในกระบวนการนี้คือ…
เอ. 35 จูล
บี. 24 จูล
ซี. 15 จูล
ง. 12 จ.
อี. 6 จูล
การอภิปราย
เป็นที่ทราบกันว่า :
ความดัน 1 (P 1 ) = 1 N/m 2
ความดัน 2 (P 2 ) = 7 N/m 2
ปริมาตร 1 (V 1 ) = 1 m 3
ปริมาตร 2 (V 2 ) = 5 m 3
ถาม:งาน (W) เสร็จแล้ว
คำตอบ :
งานที่ทำ = พื้นที่ของสามเหลี่ยม ABC
W = ½ (P 2 – P 1 )(V 2 – V 1 )
W = ½ ( 7-1 )( 5-1 )
W = ½ ( 6 )( 4 )
W = ½ (24)
W = 12 จูล
คำตอบที่ถูกต้องคือ D.
8. ก๊าซอะตอมเดี่ยว 0,02 โมล ที่อุณหภูมิ 350 K บรรจุอยู่ในภาชนะปิด ต้องใช้ความร้อนเท่าใดจึงจะทำให้อุณหภูมิของก๊าซเพิ่มขึ้นเป็น 400 K? ค่าคงที่ของก๊าซสากล R = 8,31 J/mol-1 K-1.
ก. 10 จูล
ข. 12,5 จูล
C. 14 จูล
ง. 15,5 จูล
17 จูล
การอภิปราย :
เป็นที่รู้จัก :
n = 0,02 โมล
T1 = 350 ก
T2 = 400 ก
R = 8,31 J/mol K
ถาม :
ความร้อน (Q) ?
จาวาบ :
ในกระบวนการปริมาตรคงที่ (isochoric process) Q = delta U
คำอธิบาย: Q = ความร้อน, delta U = การเปลี่ยนแปลงพลังงานภายใน, U = พลังงานภายใน
9. ก๊าซอะตอมเดี่ยว 2 โมล ที่อุณหภูมิ 20 oC และความดัน 2 × 105 Pa เกิดกระบวนการปริมาตรคงที่จนกระทั่งความดันกลายเป็น 4 × 105 ถ้าค่าคงที่ของแก๊สสากลเท่ากับ 8,31 J/mol K แล้วการเปลี่ยนแปลงพลังงานภายในของแก๊สคือ…
เอ. 7304 จูล
บี. 6200 จูล
ซี. 2291 จูล
ง. 2128 จ.
อี. 1208 จูล
การอภิปราย :
เป็นที่รู้จัก :
n = 2 โมล
T1 = 20 + 273 = 293 K
P1 = 2x105 Pa
P2 = 4x105 Pa
R = 8,31 J/mol K
ถาม :
การเปลี่ยนแปลงของพลังงานภายใน (เดลต้า U) ?
จาวาบ :
delta U = 3/2 nR(T2-T1)
นับที2 ขั้นแรกให้ใช้สูตรกฎของเกย์-ลูแซค (ปริมาตรคงที่)
10. ส่วนของกราฟความดัน (P) – ปริมาตร (V) ที่แสดงว่าแก๊สได้รับงานจากภายนอกคือ...
เอ.เอบี
บี.ซีดี
ค.ศ. ก่อนคริสต์ศักราช
ดี.ดีเอ
อี.เอซี
การอภิปราย :
ถ้ามีการทำงานกระทำต่อแก๊ส ปริมาตรของแก๊สจะเพิ่มขึ้น ในทางกลับกัน ถ้ามีการทำงานกระทำต่อแก๊สจากแหล่งภายนอก ปริมาตรของแก๊สจะลดลง กระบวนการที่แสดงในกราฟด้านบนซึ่งแสดงการลดลงของปริมาตรแก๊สคือกระบวนการ CD
ดังนั้นคำตอบที่ถูกต้องคือ B.
11. กราฟด้านล่างแสดงความสัมพันธ์ระหว่างความดัน (P) และปริมาตร (V) ของแก๊สที่กำลังเกิดกระบวนการ
กระบวนการที่ต้องใช้ความพยายามมากที่สุดแสดงอยู่ในกราฟหมายเลข …
ก. (1)
ข. (2)
C. (3)
ง. (4)
การอภิปราย :
ปริมาณงานที่ทำ = พื้นที่ ยิ่งพื้นที่มาก ปริมาณงานที่ทำก็ยิ่งมาก พื้นที่ที่ใหญ่ที่สุดแสดงอยู่ในกราฟที่ 3
คำตอบที่ถูกต้องคือ C.
