กฎข้อแรกของเทอร์โมไดนามิกส์ – ปัญหาและวิธีแก้ปัญหา

30. กฎข้อแรกของเทอร์โมไดนามิกส์ – ปัญหาและวิธีแก้ปัญหา

1. มีการเพิ่ม ความร้อน 3000 จูลให้กับระบบ และ ระบบได้ ทำงาน 2500 จูล จงหาการเปลี่ยนแปลงพลังงานภายในของระบบ

เป็นที่รู้จัก :

ความร้อน (Q) = +3000 จูล

งาน (W) = +2500 จูล

สิ่งที่ต้องการทราบ: การเปลี่ยนแปลงของพลังงานภายในของระบบ

วิธีการแก้ปัญหา:

สมการของกฎข้อแรกของเทอร์โมไดนามิกส์

ΔU = QW

ข้อกำหนดเกี่ยวกับป้าย:

ค่า Q จะเป็นบวกหากมีการเพิ่มความร้อนเข้าไปในระบบ

ค่า W เป็นบวกหากระบบทำงานเสร็จสิ้น

ค่า Q จะเป็นลบหากความร้อนออกจากระบบ

ค่า W จะเป็นค่าลบหากมีการทำงานเกิดขึ้นกับระบบ

การเปลี่ยนแปลงพลังงานภายในของระบบ:

ΔU = 3000-2500

ΔU = 500 จูล

พลังงานภายในเพิ่มขึ้น 500 จูล

2. มีการเพิ่มความร้อน 2000 จูลให้กับระบบ และมีการทำงาน 2500 จูลกระทำต่อระบบ จงหาการเปลี่ยนแปลงพลังงานภายในของระบบ

เป็นที่รู้จัก :

ความร้อน (Q) = +2000 จูล

งาน (W) = -2500 จูล

ต้องการทราบ: การเปลี่ยนแปลงของพลังงานภายในของระบบ

วิธีการแก้ปัญหา:

ΔU = QW

ΔU = 2000-(-2500)

ΔU = 2000+2500

ΔU = 4500 จูล

พลังงานภายในเพิ่มขึ้น 4500 จูล

3. ความร้อน 2000 จูลออกจากระบบ และงาน 2500 จูลกระทำต่อระบบ จงหาการเปลี่ยนแปลงพลังงานภายในของระบบ

เป็นที่รู้จัก :

ความร้อน (Q) = -2000 จูล

งาน (W) = -3000 จูล

ต้องการทราบ: การเปลี่ยนแปลงของพลังงานภายในของระบบ

วิธีการแก้ปัญหา:

ΔU = QW

ΔU = -2000-(-3000)

ΔU = -2000+3000

ΔU = 1000 จูล

พลังงานภายในเพิ่มขึ้น 4500 จูล

สรุป:

– หากมีการเพิ่มความร้อนเข้าไปในระบบ พลังงานภายในของระบบก็จะเพิ่มขึ้น

– หากความร้อนออกจากระบบ พลังงานภายในของระบบก็จะลดลง

– หากระบบทำงานนั้น พลังงานภายในของระบบจะลดลง

– หากมีการทำงานเกิดขึ้นกับระบบ พลังงานภายในของระบบก็จะเพิ่มขึ้น

4. จงคำนวณการเปลี่ยนแปลงพลังงานภายในของก๊าซอุดมคติ 2 โมล เมื่อได้รับความร้อน 400 จูล และก๊าซขยายตัวโดยทำงาน 300 จูลต่อสิ่งแวดล้อม
วิธีการแก้:
โดยใช้กฎข้อแรกของเทอร์โมไดนามิกส์: \( \Delta U = Q – W \):
\[ ΔU = 400 – 300 = 100 จูล \]

5. จงคำนวณหาปริมาณความร้อนที่ถ่ายเทสำหรับระบบที่ทำงาน 200 จูลแก่สิ่งแวดล้อม และมีการเปลี่ยนแปลงพลังงานภายใน 50 จูล
วิธีการแก้:
โดยใช้กฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์:
\[ Q = ΔU + W = 50 + 200 = 250 จูล \]

6. จงคำนวณงานที่ระบบทำเมื่อดูดซับความร้อน 600 จูล และพลังงานภายในเพิ่มขึ้น 150 จูล
วิธีการแก้:
โดยใช้กฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์:
\[
W = Q – ΔU = 600 – 150 = 450 จูล
\]

7. จงคำนวณหาปริมาณความร้อนที่ถ่ายเทสำหรับระบบที่ทำงาน 500 จูล และพลังงานภายในลดลง 100 จูล
วิธีการแก้:
โดยใช้กฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์:
\[
Q = ΔU + W = (-100) + 500 = 400 J
\]

8. จงคำนวณการเปลี่ยนแปลงพลังงานภายในเมื่อความร้อนสูญเสียไป 300 จูล และมีการทำงานเกิดขึ้นกับระบบ 200 จูล
วิธีการแก้:
โดยใช้กฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์:
\[
เดลต้า ยู = -300 + 200 = -100 จูล
\]

9. จงคำนวณหาปริมาณงานที่ทำในระบบเมื่อระบบสูญเสียความร้อน 400 จูล และพลังงานภายในลดลง 200 จูล
วิธีการแก้:
โดยใช้กฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์:
\[
W = ΔU – Q = (-200) – (-400) = 200 J
\]

10. จงคำนวณปริมาณความร้อนที่ถ่ายเทเมื่อพลังงานภายในของระบบเพิ่มขึ้น 100 จูล และมีงานกระทำต่อระบบ 50 จูล
วิธีการแก้:
โดยใช้กฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์:
\[
Q = ΔU + W = 100 + 50 = 150 จูล
\]

11. จงหาการเปลี่ยนแปลงของพลังงานภายในเมื่อระบบดูดซับความร้อน 250 จูล และทำงาน 150 จูลแก่สิ่งแวดล้อม
วิธีการแก้:
โดยใช้กฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์:
\[
ΔU = Q – W = 250 – 150 = 100 จูล
\]

12. จงคำนวณงานที่ระบบทำเมื่อระบบสูญเสียความร้อน 300 จูล และพลังงานภายในลดลง 100 จูล
วิธีการแก้:
โดยใช้กฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์:
\[
W = Q – ΔU = -300 – (-100) = -200 J
\]

13. จงคำนวณหาปริมาณความร้อนที่ถ่ายเทสำหรับระบบที่ทำงาน 400 จูลให้แก่สิ่งแวดล้อม และพลังงานภายในของระบบเพิ่มขึ้น 150 จูล
วิธีการแก้:
โดยใช้กฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์:
\[
Q = ΔU + W = 150 + 400 = 550 จูล
\]

14. จงคำนวณการเปลี่ยนแปลงพลังงานภายในเมื่อมีการเพิ่มความร้อน 500 จูล และระบบทำงาน 300 จูลให้กับสิ่งแวดล้อม
วิธีการแก้:
โดยใช้กฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์:
\[
ΔU = Q – W = 500 – 300 = 200 จูล
\]

15. จงคำนวณหาปริมาณงานที่ระบบทำเมื่อดูดซับความร้อน 600 จูล และพลังงานภายในของระบบเพิ่มขึ้น 200 จูล
วิธีการแก้:
โดยใช้กฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์:
\[
W = Q – ΔU = 600 – 200 = 400 จูล
\]

16. จงคำนวณปริมาณความร้อนที่ถ่ายเทเมื่อระบบทำงาน 700 จูล และพลังงานภายในลดลง 300 จูล
วิธีการแก้:
โดยใช้กฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์:
\[
Q = ΔU + W = (-300) + 700 = 400 J
\]

17. จงหาการเปลี่ยนแปลงของพลังงานภายในเมื่อความร้อนสูญเสียไป 800 จูล และมีการทำงานเกิดขึ้นกับระบบ 400 จูล
วิธีการแก้:
โดยใช้กฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์:
\[
เดลต้า ยู = -800 + 400 = -400 จูล
\]

18. จงคำนวณงานที่กระทำต่อระบบเมื่อระบบสูญเสียความร้อน 900 จูล และพลังงานภายในลดลง 500 จูล
วิธีการแก้:
โดยใช้กฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์:
\[
W = ΔU – Q = (-500) – (-900) = 400 J
\]

19. จงคำนวณหาปริมาณความร้อนที่ถ่ายเทเมื่อพลังงานภายในของระบบเพิ่มขึ้น 600 จูล และมีงานกระทำต่อระบบ 300 จูล
วิธีการแก้:
โดยใช้กฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์:
\[
Q = ΔU + W = 600 + 300 = 900 จูล
\]

20. จงคำนวณการเปลี่ยนแปลงพลังงานภายในเมื่อระบบดูดซับความร้อน 700 จูล และทำงาน 350 จูลแก่สิ่งแวดล้อม
วิธีการแก้:
โดยใช้กฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์:
\[
ΔU = Q – W = 700 – 350 = 350 จูล
\]

21. จงคำนวณหาปริมาณงานที่ระบบทำเมื่อระบบสูญเสียความร้อน 800 จูล และพลังงานภายในลดลง 400 จูล
วิธีการแก้:
โดยใช้กฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์:
\[
W = Q – ΔU = -800 – (-400) = -400 J
\]

22. จงคำนวณการถ่ายเทความร้อนเมื่อระบบทำงาน 900 จูลให้กับสิ่งแวดล้อม และพลังงานภายในของระบบเพิ่มขึ้น 450 จูล
วิธีการแก้:
โดยใช้กฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์:
\[
Q = ΔU + W = 450 + 900 = 1350 จูล
\]

23. จงหาการเปลี่ยนแปลงของพลังงานภายในเมื่อมีการเพิ่มความร้อน 1000 จูล และระบบทำงาน 500 จูลต่อสิ่งแวดล้อม
วิธีการแก้:
โดยใช้กฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์:
\[
ΔU = Q – W = 1000 – 500 = 500 จูล
\]

24. จงคำนวณงานที่ระบบทำเมื่อระบบดูดซับความร้อน 1100 จูล และพลังงานภายในของระบบเพิ่มขึ้น 550 จูล
วิธีการแก้:
โดยใช้กฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์:
\[
W = Q – ΔU = 1100 – 550 = 550 จูล
\]

25. จงคำนวณหาปริมาณความร้อนที่ถ่ายเทเมื่อระบบทำงาน 1200 จูล และพลังงานภายในลดลง 600 จูล
วิธีการแก้:
โดยใช้กฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์:
\[
Q = ΔU + W = (-600) + 1200 = 600 J
\]

26. จงคำนวณการเปลี่ยนแปลงพลังงานภายในเมื่อความร้อนสูญเสียไป 1300 จูล และมีการทำงานเกิดขึ้นกับระบบ 650 จูล
วิธีการแก้:
โดยใช้กฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์:
\[
เดลต้า ยู = -1300 + 650 = -650 จูล
\]

27. จงคำนวณหาปริมาณงานที่กระทำต่อระบบเมื่อระบบสูญเสียความร้อน 1400 จูล และพลังงานภายในลดลง 700 จูล
วิธีการแก้:
โดยใช้กฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์:
\[
W = ΔU – Q = (-700) – (-1400) = 700 J
\]

28. จงคำนวณปริมาณความร้อนที่ถ่ายเทเมื่อพลังงานภายในของระบบเพิ่มขึ้น 800 จูล และมีงานกระทำต่อระบบ 400 จูล
วิธีการแก้:
โดยใช้กฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์:
\[
Q = ΔU + W = 800 + 400 = 1200 จูล
\]

29. จงหาการเปลี่ยนแปลงของพลังงานภายในเมื่อระบบดูดซับความร้อน 1500 จูล และทำงาน 750 จูลแก่สิ่งแวดล้อม
วิธีการแก้:
โดยใช้กฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์:
\[
ΔU = Q – W = 1500 – 750 = 750 จูล
\]

30. จงคำนวณงานที่ระบบทำเมื่อระบบสูญเสียความร้อน 1600 จูล และพลังงานภายในลดลง 800 จูล
วิธีการแก้:
โดยใช้กฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์:
\[
W = Q – ΔU = -1600 – (-800) = -800 J
\]

โจทย์และเฉลยเหล่านี้ออกแบบมาเพื่อให้เข้าใจกฎข้อแรกของเทอร์โมไดนามิกส์อย่างครอบคลุม ซึ่งระบุว่าการเปลี่ยนแปลงพลังงานภายในของระบบปิดเท่ากับความร้อนที่เพิ่มเข้าไปในระบบลบด้วยงานที่ระบบทำ