11 Ví dụ về các câu hỏi liên quan đến việc áp dụng định luật nhiệt động lực học thứ nhất vào các quá trình nhiệt động lực học khác nhau (đẳng áp, đẳng nhiệt, đẳng tích)
1. Đồ thị dưới đây thể hiện chu trình nhiệt động lực học mà một chất khí trải qua. Công do chất khí thực hiện trong quá trình ABCD là…
Cuộc thảo luận
Người ta biết rằng :
Áp suất 1 (P)1) = 2 x 105 Pa
Áp suất 2 (P)2) = 4 x 105 Pa
Tập 1 (V)1) = 1 m3
Tập 2 (V)2) = 3 m3
Yêu cầu Công việc do khí thực hiện trong quá trình chu trình ABCD
Jawab :
Công do khí thực hiện = diện tích hình chữ nhật ABCD.
W = (P2 - P1)(V2 - V1)
W = (4 x 105 - 2 x 105)(3 – 1)
W = (2 x 105)(2)
W = 4 x 105 Joule
Công việc do khí thực hiện trong quá trình chu trình ABCD là 4 x 105 Joule.
2. Công việc do khí thực hiện trong quá trình chu trình ABC là…
Cuộc thảo luận
Người ta biết rằng :
Áp suất 1 (P)1) = 3 x 105 Pa
Áp suất 2 (P)2) = 6 x 105 Pa
Tập 1 (V)1) = 20cm3 = 20 x 10-6 m3
Tập 2 (V)2) = 60cm3 = 60 x 10-6 m3
Yêu cầu Công do khí thực hiện trong chu trình ABC
Jawab :
Công do khí thực hiện = diện tích tam giác ABCD.
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 Jun)
W = 6 Joule
Công do khí thực hiện trong chu trình ABC là 6 Jun.
3. Đồ thị biểu diễn áp suất (P) theo thể tích (V) của một chất khí trong không gian kín. Phần đồ thị thể hiện công của chất khí lên môi trường là…
Cuộc thảo luận
Quá trình AB và quá trình DC là các quá trình đẳng áp. Quá trình AD và quá trình BC là các quá trình đẳng tích.
Khí thực hiện công lên môi trường xung quanh nếu khí giãn nở làm tăng thể tích không gian mà khí chiếm giữ (quá trình DC). Môi trường xung quanh thực hiện công lên khí nếu khí co lại làm giảm thể tích không gian mà khí chiếm giữ (quá trình BC).
4. Tất cả các khí lý tưởng đều trải qua quá trình đẳng tích nên...
A. Tất cả các phân tử đều có cùng tốc độ
B. Ở nhiệt độ cao, tốc độ trung bình của các phân tử lớn hơn.
C. Áp suất khí không đổi
D. Khí sẽ thực hiện công việc
E. không có năng lượng nội tại
Cuộc thảo luận
Đẳng tích = thể tích không đổi.
Đáp án đúng là B.
5. Một lượng khí lý tưởng được nén thông qua quá trình nhiệt động học từ trạng thái 1 đến trạng thái 2 như thể hiện trong đồ thị PV sau đây. Công do khí thực hiện là…
A. -180 J
B. -90 J
C. -30 J
D. 30 J
E. 90 J
Cuộc thảo luận
1 lít = 0,001 m³
Người ta biết rằng :
Áp suất 1 (P)1) = 10 kPa = 10.000 Pa = 10.000 N/m2
Áp suất 2 (P)2) = 20 kPa = 20.000 Pa = 20.000 N/m2
Tập 1 (V)1) = 4 lít = 4 (0,001 m3) = 0,004 m3
Tập 2 (V)2) = 10 lít = 10 (0,001 m3) = 0,010 m3
Yêu cầu : Công (W) do khí thực hiện
Hàm:
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
Đáp án đúng là E.
6. Hãy nhìn vào giản đồ PV ở bên cạnh!
Công sinh ra trong quá trình nhiệt động lực học trong một chu kỳ là…
A. 100 kJ
B. 200 kJ
C. 300 kJ
D. 400 kJ
E. 600 kJ
Cuộc thảo luận
Người ta biết rằng :
Áp suất 1 (P)1) = 1 x 105 Pa = 1 x 105 N / m2
Áp suất 2 (P)2) = 3 x 105 Pa = 3 x 105 N / m2
Thể tích 1 (V 1 ) = 2 m 3
Thể tích 2 (V 2 ) = 4 m 3
Yêu cầu : Công việc (W) được thực hiện.
Trả lời :
Công việc đã thực hiện = diện tích của tứ giác 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 10⁵ Jun
W = 400.000 Joule
W = 400 kilojoule
Đáp án đúng là D.
7. Một khí lý tưởng trải qua quá trình như thể hiện trong giản đồ PV bên dưới. Công thực hiện trong quá trình này là…
A. 35 J
B. 24 J
C. 15 J
D. 12 J
E. 6 J
Cuộc thảo luận
Người ta biết rằng :
Áp suất 1 (P)1) = 1 N/m2
Áp suất 2 (P)2) = 7 N/m2
Thể tích 1 (V 1 ) = 1 m 3
Thể tích 2 (V 2 ) = 5 m 3
Yêu cầu: Công việc (W) đã hoàn thành.
Hàm:
Công việc thực hiện = diện tích tam giác 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 Joule
Đáp án đúng là D.
8. Có 0,02 mol khí đơn nguyên tử ở 350 K trong một bình kín. Cần bao nhiêu nhiệt lượng để tăng nhiệt độ của khí lên 400 K? Hằng số khí phổ quát, R = 8,31 J/mol-1 K-1.
A. 10 Joule
B. 12,5 Joule
C. 14 Joule
D. 15,5 Jun
E. 17 Joule
Cuộc thảo luận :
Người ta biết rằng :
n = 0,02 mol
T1 = 350 K
T2 = 400 K
R = 8,31 J/mol K
Yêu cầu :
Nhiệt (Q) ?
Jawab :
Trong quá trình đẳng tích (thể tích không đổi), Q = delta U
Mô tả: Q = nhiệt lượng, delta U = sự thay đổi nội năng, U = nội năng
9. Hai mol khí đơn nguyên tử ở nhiệt độ 20°C oC và áp suất 2 × 105 Pa trải qua quá trình đẳng tích cho đến khi áp suất trở thành 4 × 105 Pa. Nếu hằng số khí phổ quát = 8,31 J/mol K, thì sự thay đổi nội năng của khí là…
A. 7304 J
B. 6200 J
C. 2291 J
D. 2128 J
E. 1208 J
Cuộc thảo luận :
Người ta biết rằng :
n = 2 mol
T1 = 20 + 273 = 293 K
P1 = 2 x 105 Pa
P2 = 4 x 105 Pa
R = 8,31 J/mol K
Yêu cầu :
Thay đổi nội năng (delta U) ?
Jawab :
delta U = 3/2 nR(T2-T1)
Bá tước T2 Đầu tiên, sử dụng công thức định luật Gay-Lussac (thể tích không đổi).
10. Phần nào của đồ thị áp suất (P) – thể tích (V) thể hiện sự chuyển động của khí theo công bên ngoài?
A. AB
B. CD
C. BC
D. DA
E. Máy lạnh
Cuộc thảo luận :
Nếu có công được thực hiện lên khí, thể tích của nó sẽ tăng lên. Ngược lại, nếu có công được thực hiện lên khí từ một nguồn bên ngoài, thể tích của nó sẽ giảm xuống. Quá trình thể hiện sự giảm thể tích khí trong đồ thị trên là quá trình CD.
Vậy đáp án đúng là B.
11. Các đồ thị dưới đây thể hiện mối quan hệ giữa áp suất (P) và thể tích (V) của khí trải qua một quá trình.
Quá trình tạo ra nhiều nỗ lực nhất được thể hiện trong biểu đồ số …
A. (1)
B 2)
C. (3)
D. (4)
Cuộc thảo luận :
Công thực hiện = diện tích. Diện tích càng lớn, công thực hiện càng nhiều. Diện tích lớn nhất được thể hiện trong đồ thị 3.
Đáp án đúng là C.
