تھرموڈینامکس - مسائل اور حل
1. نیچے دیے گئے گراف PV کی بنیاد پر، عمل I میں گیس کے ذریعے کیے گئے کام کا ، عمل II میں گیس کے ذریعے کیے گئے کام کا تناسب کیا ہے ؟
جانا جاتا ہے:
عمل 1:
پریشر (P) = 20 N/m 2
ابتدائی حجم (V 1 ) = 10 لیٹر = 10 dm 3 = 10 x 10 -3 m 3
حتمی حجم (V 2 ) = 40 لیٹر = 40 dm 3 = 40 x 10 -3 m 3
عمل 2:
عمل (P) = 15 N/m 2
ابتدائی حجم (V 1 ) = 20 لیٹر = 20 dm 3 = 20 x 10 -3 m 3
حتمی حجم (V 2 ) = 60 لیٹر = 60 dm 3 = 60 x 10 -3 m 3
مطلوبہ : گیس کے ذریعہ کئے گئے کام کا تناسب
حل:
اس عمل میں گیس کے ذریعے کیا جانے والا کام I:
W = P ΔV = P (V 2 –V 1 ) = (20)(40-10)(10 -3 m 3 ) = (20)(30)(10 -3 m 3 ) = (600)(10 -3 m 3 ) = 0.6 m 3
عمل II میں گیس کے ذریعے کیا جانے والا کام:
W = P ΔV = P (V 2 –V 1 ) = (15)(60-20)(10 -3 m 3 ) = (15)(40)(10 -3 m 3 ) = (600)(10 -3 m 3 ) = 0.6 m 3
عمل I اور عمل II میں گیس کے ذریعہ کئے گئے کام کا تناسب:
0.6 میٹر 3 : 0.6 میٹر 3
1: 1
2.
نیچے دیے گئے گراف کی بنیاد پر، ہیلیم گیس AB کے عمل میں کیا کام کرتی ہے؟
جانا جاتا ہے:
پریشر (P) = 2 x 10 5 N/m 2 = 2 x 10 5 پاسکلز
ابتدائی حجم (V 1 ) = 5 سینٹی میٹر 3 = 5 x 10 -6 m 3
حتمی حجم (V 2 ) = 15 سینٹی میٹر 3 = 15 x 10 -6 m 3
مطلوب: پروسیس AB میں گیس کے ذریعے کیا گیا کام
حل:
W = ∆P ∆V
W = P (V 2 - V 1 )
W = (2 x 10 5 )(15 x 10 -6 – 5 x 10 -6 )
W = (2 x 10 5 )(10 x 10 -6 ) = (2 x 10 5 )(1 x 10 -5 )
ڈبلیو = 2 جول
3.
نیچے دیے گئے گراف کی بنیاد پر، عمل AB میں کیا کام کیا جاتا ہے؟
جانا جاتا ہے:
ابتدائی دباؤ (P 1 ) = 4 Pa = 4 N/m 2
حتمی دباؤ (P 2 ) = 6 Pa = 6 N/m 2
ابتدائی حجم (V 1 ) = 2 m 3
حتمی حجم (V 2 ) = 4 m 3
مطلوبہ: کام ہو گیا میں نے ab پر کارروائی کی۔
حل:
گیس کے ذریعہ کیا گیا کام = وکر ab کے نیچے کا علاقہ
W = مثلث کا رقبہ + مستطیل کا رقبہ
W = ½ (6-4)(4-2) + 4(4-2)
W = ½ (2)(2) + 4(2)
ڈبلیو = 2 + 8
ڈبلیو = 10 جول
4. نیچے دیے گئے گراف کی بنیاد پر، ABCA کے عمل میں کیا کام کیا جاتا ہے۔
حل:
کام (W) = مثلث ABC کا رقبہ
W = ½ (20-10)(6 x 10 5 – 2 x 10 5 )
W = ½ (10)(4 x 10 5 )
W = (5)(4 x 10 5 )
W = 20 x 10 5
ڈبلیو = 2 x 10 6 جول
5. ایک انجن اعلی درجہ حرارت پر 2000 جولز گرمی جذب کرتا ہے اور کم درجہ حرارت پر 1200 جولز گرمی کو ختم کرتا ہے۔ انجن کی کارکردگی کیا ہے؟
جانا جاتا ہے:
ہیٹ ان پٹ (Q H ) = 2000 Joules
ہیٹ آؤٹ پٹ (Q L ) = 1200 Joules
انجن (W) = 2000 – 1200 = 800 Joules کے ذریعے کیا گیا کام
مطلوبہ: کارکردگی (ای)
حل:
e = W / Q H
e = 800/2000
e = 0.4 x 100%
e = 40%
6. ایک انجن 960 Kelvin پر حرارت جذب کرتا ہے اور انجن 576 Kelvin پر حرارت خارج کرتا ہے۔ انجن کی کارکردگی کیا ہے.
جانا جاتا ہے:
اعلی درجہ حرارت (T H ) = 960 K
کم درجہ حرارت (T L ) = 576 K
مطلوب: کارکردگی (ای)
حل:
کارنوٹ انجن کی کارکردگی = 0.4 x 100% = 40%
7. نیچے دیے گئے گراف کی بنیاد پر، انجن کا کام 6000 Joules ہے۔ ہر دائرے کے انجن سے خارج ہونے والی حرارت کیا ہے؟
جانا جاتا ہے:
کام (W) = 6000 Joule
اعلی درجہ حرارت (T H ) = 800 Kelvin
کم درجہ حرارت (T L ) = 300 Kelvin
مطلوب: انجن سے گرمی خارج ہوتی ہے۔
حل :
کارنوٹ (مثالی) کارکردگی:
کارنوٹ انجن کے ذریعے جذب ہونے والی حرارت:
W = e Q 1
6000 = (0.625) Q 1
Q 1 = 6000 / 0.625
س 1 = 9600
کارنوٹ انجن سے خارج ہونے والی حرارت:
Q 2 = Q 1 - W
Q 2 = 9600 – 6000
Q 2 = 3600 جول
8. کارنوٹ انجن کی کارکردگی 40% ہے۔ اگر حرارت 727 ° C پر جذب ہوتی ہے تو کم درجہ حرارت کیا ہے؟
جانا جاتا ہے:
کارکردگی (ای) = 40% = 40/100 = 0.4
اعلی درجہ حرارت (T H ) = 727 o C + 273 = 1000 K
مطلوب: کم درجہ حرارت
حل:
T L = 600 Kelvin - 273 = 327 o C
9. نیچے دیے گئے گراف کی بنیاد پر، اگر انجن 800 J گرمی جذب کرتا ہے، تو انجن کیا کام کرتا ہے۔
جانا جاتا ہے:
اعلی درجہ حرارت (T H ) = 600 Kelvin
کم درجہ حرارت (T L ) = 250 Kelvin
ہیٹ ان پٹ (Q 1 ) = 800 Joule
مطلوب: کام (W)
حل:
کارنوٹ انجن کی کارکردگی:
انجن کی طرف سے کام کیا گیا تھا:
W = e Q 1
W = (7/12)(800 Joules)
ڈبلیو = 466.7 جول
10. کارنوٹ انجن کا زیادہ درجہ حرارت 600 K ہے۔ اگر انجن 600 J گرمی جذب کرتا ہے اور کم درجہ حرارت 400 K ہے، تو انجن کیا کام کرتا ہے۔
جانا جاتا ہے:
کم درجہ حرارت (T L ) = 400 K
اعلی درجہ حرارت (T H ) = 600 K
ہیٹ ان پٹ (Q 1 ) = 600 Joule
مطلوب: کام کارنوٹ انجن (W) نے کیا
حل:
کارنوٹ انجن کی کارکردگی:
کام کارنوٹ انجن نے کیا تھا:
W = e Q 1
ڈبلیو = (1/3) (600) = 200 جول
- تھرموڈینامکس کا بنیادی فوکس کیا ہے؟ کا جواب: تھرموڈینامکس توانائی کے مطالعہ، اس کی تبدیلیوں، اور مادے کے ساتھ اس کے تعلقات پر توجہ مرکوز کرتی ہے، خاص طور پر توازن کے نظام میں۔
- تھرموڈینامکس کا زیروتھ قانون درجہ حرارت سے کیسے متعلق ہے؟ کا جواب: زیروتھ قانون کہتا ہے کہ اگر دو نظام تھرمل توازن میں تیسرے نظام کے ساتھ ہیں، تو وہ ایک دوسرے کے ساتھ حرارتی توازن میں ہیں۔ اس کا مطلب درجہ حرارت نامی ایک خاصیت کا وجود ہے، جو تھرمل توازن میں تمام نظاموں کے لیے یکساں ہے۔
- تھرموڈینامکس کا پہلا قانون کیا بیان کرتا ہے؟ کا جواب: پہلا قانون، جسے توانائی کے تحفظ کا قانون بھی کہا جاتا ہے، یہ بتاتا ہے کہ توانائی پیدا یا تباہ نہیں کی جا سکتی، صرف ایک شکل سے دوسری شکل میں تبدیل ہوتی ہے۔ ایک بند نظام میں، اندرونی توانائی میں تبدیلی نظام میں شامل ہونے والی حرارت کے برابر ہوتی ہے اور اس کے گردونواح پر نظام کی طرف سے کیے جانے والے کام کو کم کرتے ہیں۔
- قدرتی عمل کی سمت کو سمجھنے کے لیے تھرموڈینامکس کا دوسرا قانون کیوں اہم ہے؟ کا جواب: دوسرا قانون یہ بتاتا ہے کہ الگ تھلگ نظام کی اینٹروپی (یا خرابی) ہمیشہ بڑھتی ہے یا مستقل رہتی ہے۔ یہ حکم دیتا ہے کہ توانائی بے ساختہ منتشر ہو جاتی ہے اگر ایسا کرنے سے روکا نہ جائے، قدرتی عمل کو ایک سمت فراہم کرتا ہے اور بنیادی طور پر اس بات کی وضاحت کرتا ہے کہ کچھ عمل بے ساختہ کیوں ہوتے ہیں جبکہ دوسرے ایسا نہیں کرتے۔
- اینٹروپی کیا ہے، اور اس کا نظام میں خرابی سے کیا تعلق ہے؟ کا جواب: اینٹروپی کسی نظام میں توانائی کی مقدار کا ایک پیمانہ ہے جو کام کرنے کے لیے دستیاب نہیں ہے۔ اسے اکثر نظام کی خرابی یا بے ترتیب پن کی پیمائش کے طور پر بھی بیان کیا جاتا ہے۔ عام طور پر، اعلی اینٹروپی زیادہ خرابی یا بے ترتیب ہونے کے مساوی ہے۔
- تھرموڈینامکس کا تیسرا قانون مطلق صفر پر کامل کرسٹل کی اینٹروپی کو کیسے بیان کرتا ہے؟ کا جواب: تیسرا قانون کہتا ہے کہ ایک کامل کرسٹل کی اینٹروپی مطلق صفر درجہ حرارت (0 Kelvin) پر بالکل صفر ہوتی ہے۔ اس کا مطلب یہ ہے کہ اس درجہ حرارت پر، نظام بالکل ترتیب دیا گیا ہے۔
- گرمی ٹھنڈے جسم سے گرم جسم کی طرف کیوں نہیں جا سکتی؟ کا جواب: یہ طرز عمل تھرموڈینامکس کے دوسرے قانون کا نتیجہ ہے۔ اگر گرمی کسی ٹھنڈے جسم سے زیادہ گرم جسم کی طرف بے ساختہ بہہ جائے تو یہ نظام کے مجموعی انٹراپی میں کمی کا باعث بنے گی، جو کہ قدرتی عمل کو پسند نہیں ہے۔
- تھرموڈینامکس میں الگ تھلگ، بند اور کھلے نظام میں کیا فرق ہے؟ کا جواب: ایک الگ تھلگ نظام اپنے ارد گرد کے ساتھ توانائی یا مادے کا تبادلہ نہیں کرتا ہے۔ ایک بند نظام توانائی کا تبادلہ کر سکتا ہے لیکن اس کے اردگرد کے ماحول سے کوئی فرق نہیں پڑتا۔ ایک کھلا نظام اپنے اردگرد کے ماحول کے ساتھ توانائی اور مادے دونوں کا تبادلہ کر سکتا ہے۔
- تھرموڈینامکس میں "کام" کا تصور اصطلاح کے روزمرہ استعمال سے کیسے مختلف ہے؟ کا جواب: تھرموڈینامکس میں، "کام" سے مراد توانائی کی منتقلی کا عمل ہے جہاں کسی چیز پر لگائی جانے والی قوتیں اسے قوت کے متوازی سمت میں منتقل کرتی ہیں۔ مثال کے طور پر، جب ایک گیس پسٹن کے خلاف پھیلتی ہے، تو یہ پسٹن پر کام کرتی ہے۔ یہ "کام" کے روزمرہ استعمال کے مقابلے میں ایک زیادہ مخصوص تعریف ہے جس کا مطلب صرف کوئی کام یا سرگرمی ہو سکتا ہے۔
-
کارنوٹ سائیکل کیا ہے، اور یہ تھرموڈینامکس میں کیوں اہم ہے؟ جواب : کارنوٹ سائیکل ایک مثالی تھرموڈینامک سائیکل ہے جو کارکردگی پر ایک بالائی حد فراہم کرتا ہے جو کوئی بھی کلاسیکل تھرموڈینامک انجن حرارت کو کام میں تبدیل کرنے کے دوران حاصل کر سکتا ہے (یا اس کے برعکس)۔ یہ اہم ہے کیونکہ یہ حرارتی ذخائر کے درجہ حرارت کی بنیاد پر کارکردگی کی ایک بنیادی حد متعین کرتا ہے جن کے درمیان انجن چلتا ہے۔
