Termodinamiğin birinci yasasının çeşitli termodinamik süreçlere (izobarik, izotermal, izokorik) uygulanmasına ilişkin 11 soru örneği.
1. Aşağıdaki grafik, bir gazın geçirdiği termodinamik döngüyü göstermektedir. ABCD sürecinde gaz tarafından yapılan iş...
Pembahasan
Bilinen :
Basınç 1 (P1) = 2 x 105 Pa
Basınç 2 (P2) = 4 x 105 Pa
Cilt 1 (V1) = 1 metre3
Cilt 2 (V2) = 3 metre3
Soruldu ABCD çevrimi sürecinde gaz tarafından yapılan iş
Cevab :
Gazın yaptığı iş = ABCD dikdörtgeninin alanı.
W = (P2 - P1)(V2 - V1)
W = (4 x 105 - 2 x 105)(3 – 1)
W = (2 x 105) (2)
W = 4 x 105 Jul
ABCD çevriminde gaz tarafından yapılan iş 4 x 10'dur.5 Joule.
2. ABC çevriminde gaz tarafından yapılan iş şudur:
Pembahasan
Bilinen :
Basınç 1 (P1) = 3 x 105 Pa
Basınç 2 (P2) = 6 x 105 Pa
Cilt 1 (V1) = 20cm3 = 20 x 10-6 m3
Cilt 2 (V2) = 60cm3 = 60 x 10-6 m3
Soruldu ABC çevriminde gaz tarafından yapılan iş:
Cevab :
Gazın yaptığı iş = ABCD üçgeninin alanı.
W = ½ (P2 - P1)(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 Joule)
W = ½ (12 Joule)
W = 6 Joule
ABC çevriminde gazın yaptığı iş 6 Joule'dür.
3. Kapalı bir alanda bulunan bir gazın basıncının (P) hacmine (V) karşı grafiği. Grafikte gazın çevreye yaptığı işi gösteren kısım…
Pembahasan
AB ve DC süreçleri izobarik süreçlerdir. AD ve BC süreçleri izokorik süreçlerdir.
Gaz genleşerek kapladığı alanın hacmini artırırsa (DC süreci), gaz çevre üzerinde iş yapar. Gaz büzülerek kapladığı alanın hacmini azaltırsa (BC süreci), çevre de gaz üzerinde iş yapar.
4. Tüm ideal gazlar izokorik bir süreçten geçer, bu nedenle...
A. Tüm moleküllerin hızı aynıdır.
B. Yüksek sıcaklıklarda moleküllerin ortalama hızı daha yüksektir.
C. Gaz basıncı sabit kalır.
D. Gaz işini yapacak.
E'nin içsel enerjisi yoktur.
Pembahasan
İzokorik = sabit hacim.
Doğru cevap B şıkkıdır.
5. Aşağıdaki PV grafiğinde gösterildiği gibi, ideal bir gaz miktarı termodinamik bir işlemle 1. halden 2. hale sıkıştırılıyor. Gaz tarafından yapılan iş...
A. -180 J
B. -90 J
C. -30 J
D. 30 J
E. 90 J
Pembahasan
1 litre = 0,001 m³
Şu bilinmektedir :
Basınç 1 (P 1 ) = 10 kPa = 10.000 Pa = 10.000 N/m 2
Basınç 2 (P 2 ) = 20 kPa = 20.000 Pa = 20.000 N/m 2
Hacim 1 (V 1 ) = 4 litre = 4 (0,001 m 3 ) = 0,004 m 3
Hacim 2 (V 2 ) = 10 litre = 10 (0,001 m 3 ) = 0,010 m 3
Aranıyor : Gaz tarafından yapılan iş (W)
Cevap :
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 Joule
Doğru cevap E şıkkıdır.
6. Yandaki fotovoltaik (PV) diyagramına bakın!
Termodinamik süreçte bir döngüde üretilen iş şudur:
A. 100 kJ
B. 200 kJ
Yaklaşık 300 kJ
D. 400 kJ
E. 600 kJ
Pembahasan
Şu bilinmektedir :
Basınç 1 (P 1 ) = 1 x 10 5 Pa = 1 x 10 5 N/m 2
Basınç 2 (P 2 ) = 3 x 10 5 Pa = 3 x 10 5 N/m 2
Hacim 1 (V 1 ) = 2 m 3
Hacim 2 (V 2 ) = 4 m 3
Sorulan : Üretilen iş (W).
Cevap :
Yapılan iş = ABCD dörtgeninin alanı.
W = (P 2 – P 1 )(V 2 – V 1 )
W = (3 x 10⁵ – 1 x 10⁵ ) (4 – 2)
W = (2 x 10 5 )(2)
W = 4 x 105 Joule
W = 400.000 Joule
W = 400 kilojoule
Doğru cevap D şıkkıdır.
7. İdeal bir gaz, sağdaki PV diyagramında gösterildiği gibi bir süreçten geçmektedir. Bu süreçte yapılan iş...
A. 35 J
B. 24 J
C. 15 J
D. 12 J
E. 6 J
Pembahasan
Şu bilinmektedir :
Basınç 1 (P 1 ) = 1 N/m 2
Basınç 2 (P 2 ) = 7 N/m 2
Hacim 1 (V 1 ) = 1 m 3
Hacim 2 (V 2 ) = 5 m 3
Soruldu: İş (W) tamamlandı.
Cevap :
Yapılan iş = ABC üçgeninin alanı.
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 Joule
Doğru cevap D şıkkıdır.
8. 350 K sıcaklıkta 0,02 mol tek atomlu bir gaz kapalı bir kapta bulunmaktadır. Gazın sıcaklığını 400 K'ye çıkarmak için ne kadar ısıya ihtiyaç vardır? Evrensel gaz sabiti, R = 8,31 J/mol-1 K-1.
A. 10 Joule
B. 12,5 Joule
Yaklaşık 14 Joule
D. 15,5 Joule
17 Joule
Pembahasan:
Bilinen :
n = 0,02 mol
T1 = 350 bin
T2 = 400 bin
R = 8,31 J/mol K
Soruldu :
Isı (Q) ?
Cevab :
İzokorik bir süreçte (sabit hacim), Q = delta U
Açıklama: Q = ısı, delta U = iç enerjideki değişim, U = iç enerji
9. 20°C sıcaklıkta iki mol tek atomlu gaz oC ve basınç 2 × 105 Pa, basınç 4 × 10 olana kadar izokorik bir süreçten geçer.5 Pa. Evrensel gaz sabiti = 8,31 J/mol K ise, gazın iç enerjisindeki değişim…
A. 7304 J
B. 6200 J
C. 2291 J
D. 2128 J
E. 1208 J
Pembahasan:
Bilinen :
n = 2 mol
T1 = 20 + 273 = 293 K
P1 = 2 x 105 Pa
P2 = 4 x 105 Pa
R = 8,31 J/mol K
Soruldu :
İç enerjideki değişim (delta U) ?
Cevab :
delta U = 3/2 nR(T2-T1)
Sayı T2 Öncelikle Gay-Lussac yasası formülünü (sabit hacim) kullanın.
10. Basınç (P) – hacim (V) grafiğinde gazın dışarıdan iş aldığını gösteren kısım hangisidir?
A. AB
B. CD
MÖ
D. DA
E.AC
Pembahasan :
Gaz üzerinde iş yapılırsa hacmi artar. Tersine, gaz üzerinde dış bir kaynaktan iş yapılırsa hacmi azalır. Yukarıdaki grafikte gaz hacminin azaldığını gösteren süreç CD sürecidir.
Dolayısıyla doğru cevap B şıkkıdır.
11. Aşağıdaki grafikler, bir işlemden geçen gazın basıncı (P) ve hacmi (V) arasındaki ilişkiyi göstermektedir.
En fazla çaba gerektiren süreç, ... numaralı grafikte gösterilmiştir.
(1)
B.(2)
(3)
D.(4)
Pembahasan :
Yapılan iş = alan. Alan ne kadar büyükse, yapılan iş de o kadar büyük olur. En büyük alan 3. grafikte gösterilmiştir.
Doğru cevap C şıkkıdır.
