Thermodynamics - awọn iṣoro ati awọn ipinnu
1. Gẹ́gẹ́ bí àwòrán PV tó wà ní ìsàlẹ̀, kí ni ìpíndọ́gba iṣẹ́ tí gáàsì ṣe nínú ìlànà I, àti iṣẹ́ tí gáàsì ṣe nínú ìlànà II?
A mọ̀:
Ilana 1:
Ìfúnpá (P) = 20 N/m 2
Iwọn akọkọ (V 1 ) = 10 liters = 10 dm 3 = 10 x 10 -3 m 3
Iwọn ikẹhin (V 2 ) = 40 liters = 40 dm 3 = 40 x 10 -3 m 3
Ilana 2:
Ilana (P) = 15 N/m 2
Iwọn akọkọ (V 1 ) = 20 liters = 20 dm 3 = 20 x 10 -3 m 3
Iwọn ikẹhin (V 2 ) = 60 liters = 60 dm 3 = 60 x 10 -3 m 3
A fẹ́ : Ìpíndọ́gba iṣẹ́ tí gaasi ń ṣe
Ojutu:
Iṣẹ́ tí gaasi ń ṣe nínú ilana náà:
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
Iṣẹ́ tí gaasi ń ṣe nínú ilana II:
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
Ipin iṣẹ ti gaasi ṣe ninu ilana I ati ilana II:
0.6 m 3 : 0.6 m 3
1: 1
2.
Ní ìbámu pẹ̀lú àwòrán tó wà ní ìsàlẹ̀ yìí, kí ni iṣẹ́ tí gaasi helium ń ṣe nínú ilana AB?
A mọ̀:
Ìfúnpá (P) = 2 x 10 5 N/m 2 = 2 x 10 5 Pascals
Iwọn akọkọ (V 1 ) = 5 cm 3 = 5 x 10 -6 m 3
Iwọn ikẹhin (V 2 ) = 15 cm 3 = 15 x 10 -6 m 3
A nfẹ : Iṣẹ́ tí gaasi ń ṣe ní ìlànà AB
Ojutu:
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 )
W = 2 Joule
3.
Ní ìbámu pẹ̀lú àwòrán tó wà ní ìsàlẹ̀ yìí, kí ni iṣẹ́ tí a ṣe nínú ìlànà AB?
A mọ̀:
Titẹ ibẹrẹ (P1 ) = 4 Pa = 4 N/m 2
Ìfúnpá ìkẹyìn (P 2 ) = 6 Pa = 6 N/m 2
Iwọn akọkọ (V 1 ) = 2 m 3
Iwọn ikẹhin (V 2 ) = 4 m 3
A fẹ́ : iṣẹ́ ti parí Mo ṣe àgbékalẹ̀ ab
Ojutu:
Iṣẹ́ tí a fi gáàsì ṣe = agbègbè lábẹ́ ìlà ab
W = agbegbe onigun mẹta + agbegbe onigun mẹrin
W = ½ (6-4)(4-2) + 4(4-2)
W = ½ (2)(2) + 4(2)
W = 2 + 8
W = 10 Joule
4. Gẹ́gẹ́ bí àwòrán tó wà ní ìsàlẹ̀ yìí, kí ni iṣẹ́ tí a ṣe nínú ìlànà ABCA?
Ojutu:
Iṣẹ́ (W) = Agbègbè onígun mẹ́ta ABC
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
W = 2 x 10 6 Joule
5. Ẹ̀rọ kan máa ń gba ooru 2000 Joules ní iwọ̀n otútù gíga, ó sì máa ń mú ooru 1200 Joules jáde ní iwọ̀n otútù kékeré. Kí ni iṣẹ́ ẹ́rọ náà?
A mọ̀:
Ìgbékalẹ̀ ooru (Q H ) = 2000 Joules
Ìjáde ooru (Q L ) = 1200 Joules
Iṣẹ́ tí ẹ̀rọ ń ṣe (W) = 2000 – 1200 = 800 Joules
A fẹ́ : ìṣiṣẹ́ (e)
Ojutu:
e = W / Q H
e = 800/2000
e = 0.4 x 100%
e = 40%
6. Ẹ̀rọ kan máa ń gba ooru ní 960 Kelvin, ẹ̀rọ náà sì máa ń tú ooru jáde ní 576 Kelvin. Kí ni agbára ẹ̀rọ náà?
A mọ̀:
Iwọn otutu giga (T H ) = 960 K
Iwọn otutu kekere (T L ) = 576 K
A nfẹ: ṣiṣe daradara (e)
Ojutu:
Lilo ẹ̀rọ Carnot = 0.4 x 100% = 40%
7. Gẹ́gẹ́ bí àwòrán tó wà ní ìsàlẹ̀ yìí, iṣẹ́ tí ẹ̀rọ náà ń ṣe jẹ́ 6000 Joules. Kí ni ooru tí ẹ̀rọ kọ̀ọ̀kan ń tú jáde?
A mọ̀:
Iṣẹ́ (W) = 6000 Joule
Iwọn otutu giga (T H ) = 800 Kelvin
Iwọn otutu kekere (T L ) = 300 Kelvin
A nfẹ: ooru ti ẹrọ naa n yọ jade
Ojutu :
Agbára Carnot (tó dára jùlọ):
Ooru ti ẹ̀rọ Carnot gbà:
W = e Q 1
6000 = (0.625) Q 1
Q 1 = 6000 / 0.625
Q 1 = 9600
Ooru ti a fi agbara mu nipasẹ ẹrọ Carnot:
Q 2 = Q 1 – W
Q 2 = 9600 – 6000
Q 2 = 3600 Joule
8. Iṣẹ́ ẹ̀rọ Carnot jẹ́ 40%. Tí a bá gba ooru ní 727°C, kí ni ìwọ̀n otútù tó kéré jùlọ?
A mọ̀:
Ìṣiṣẹ́ dáadáa (e) = 40% = 40/100 = 0.4
Iwọn otutu giga (T H ) = 727 o C + 273 = 1000 K
Ti a fe: Iwọn otutu kekere
Ojutu:
T L = 600 Kelvin – 273 = 327 o C
9. Gẹ́gẹ́ bí àwòrán tó wà ní ìsàlẹ̀ yìí, tí ẹ́ńjìnnì bá gba ooru 800 J, kí ni iṣẹ́ tí ẹ́ńjìnnì náà ń ṣe?
A mọ̀:
Iwọn otutu giga (T H ) = 600 Kelvin
Iwọn otutu kekere (T L ) = 250 Kelvin
Ìgbékalẹ̀ ooru (Q 1 ) = 800 Joules
A nfẹ: Iṣẹ́ (W)
Ojutu:
Agbára ẹ̀rọ Carnot:
Iṣẹ́ náà ni ẹ̀rọ náà ṣe:
W = e Q 1
W = (7/12)(800 Joules)
W = 466.7 Joule
10. Ooru giga ti ẹrọ Carnot jẹ 600 K. Ti ẹrọ ba gba 600 J ti ooru ati pe iwọn otutu kekere jẹ 400 K, kini iṣẹ ti ẹrọ naa ṣe.
A mọ̀:
Iwọn otutu kekere (T L ) = 400 K
Iwọn otutu giga (T H ) = 600 K
Ìgbékalẹ̀ ooru (Q 1 ) = 600 Joules
A nfẹ: Ẹ̀rọ Carnot (W) ni ó ṣe iṣẹ́ náà
Ojutu:
Lilo ẹ̀rọ Carnot:
Iṣẹ́ náà ni ẹ̀rọ Carnot ṣe:
W = e Q 1
W = (1/3)(600) = 200 Joules
- Kí ni àfiyèsí pàtàkì ti thermodynamics? idahun: Thermodynamics fojusi lori ikẹkọ agbara, awọn iyipada rẹ, ati ibatan rẹ pẹlu nkan, paapaa ninu awọn eto ni iwọntunwọnsi.
- Báwo ni òfin òdo ti thermodynamics ṣe ní í ṣe pẹ̀lú iwọn otutu? idahun: Òfin òdo sọ pé tí àwọn ètò méjì bá wà ní ìwọ̀n ooru pẹ̀lú ètò kẹta, wọ́n wà ní ìwọ̀n ooru pẹ̀lú ara wọn. Èyí túmọ̀ sí wíwà ohun ìní kan tí a ń pè ní ìwọ̀n otutu, èyí tí ó jẹ́ bákan náà fún gbogbo ètò nínú ìwọ̀n ooru.
- Kí ni òfin àkọ́kọ́ ti thermodynamics ṣàpèjúwe? idahun: Òfin àkọ́kọ́, tí a tún mọ̀ sí òfin ìpamọ́ agbára, sọ pé a kò le ṣẹ̀dá tàbí pa agbára run, a kàn le yípadà láti ìrísí kan sí òmíràn. Nínú ètò tí a ti pa, ìyípadà nínú agbára inú dọ́gba pẹ̀lú ooru tí a fi kún ètò náà láìsí iṣẹ́ tí ètò náà ṣe ní àyíká rẹ̀.
- Kí ló dé tí òfin kejì ti thermodynamics fi ṣe pàtàkì fún òye ìtọ́sọ́nà àwọn ìlànà àdánidá? idahun: Òfin kejì sọ pé entropy (tàbí àìlera) ti ètò kan tí a yà sọ́tọ̀ máa ń pọ̀ sí i tàbí kí ó dúró ṣinṣin. Èyí sọ pé agbára máa ń túká láìròtẹ́lẹ̀ bí kò bá dí i lọ́wọ́ láti ṣe bẹ́ẹ̀, ó ń fúnni ní ìtọ́sọ́nà sí àwọn ìlànà àdánidá àti ní pàtàkì ṣíṣàlàyé ìdí tí àwọn ìlànà kan fi ń ṣẹlẹ̀ láìròtẹ́lẹ̀ nígbà tí àwọn mìíràn kò ṣe bẹ́ẹ̀.
- Kí ni entropy, báwo ló sì ṣe ní í ṣe pẹ̀lú àìlera nínú ètò kan? idahun: Entropy jẹ́ ìwọ̀n agbára tó wà nínú ètò kan tí kò sí láti ṣe iṣẹ́. A tún máa ń pè é ní ìwọ̀n àìlera tàbí àìròtẹ́lẹ̀ nínú ètò náà. Ní gbogbogbòò, entropy tó ga jù dọ́gba pẹ̀lú àìlera tàbí àìròtẹ́lẹ̀ tó pọ̀ jù.
- Báwo ni òfin kẹta ti thermodynamics ṣe ṣàpèjúwe entropy ti kristali pípé ní òdo pípé? idahun: Òfin kẹta sọ pé entropy ti kristali pípé jẹ́ òdo gangan ní iwọn otutu òdo pípé (0 Kelvin). Èyí túmọ̀ sí wípé ní iwọn otutu yìí, ètò náà wà ní ìtòlẹ́sẹẹsẹ pípé.
- Kí ló dé tí ooru kò fi lè ṣàn láti ara tí ó tutù sí ara tí ó gbóná ju ara rẹ̀ lọ? idahunÌwà yìí jẹ́ àbájáde òfin kejì ti thermodynamics. Tí ooru bá ń ṣàn láti ara tí ó tutù sí ara tí ó gbóná ju ti tẹ́lẹ̀ lọ, yóò yọrí sí ìdínkù nínú gbogbo entropy ti ètò náà, èyí tí àwọn ìlànà àdánidá kò fẹ́ràn.
- Kí ni ìyàtọ̀ láàárín ètò tí a yà sọ́tọ̀, tí a ti pa, àti ètò tí a ṣí sílẹ̀ nínú thermodynamics? idahun: Eto ti o ya sọtọ ko paarọ agbara tabi nkan pẹlu ayika rẹ. Eto ti o tiipa le paarọ agbara ṣugbọn ko ṣe pataki pẹlu ayika rẹ. Eto ti o ṣii le paarọ agbara ati nkan pẹlu ayika rẹ.
- Báwo ni èrò "iṣẹ́" nínú thermodynamics ṣe yàtọ̀ sí lílo ọ̀rọ̀ náà lójoojúmọ́? idahun: Nínú thermodynamics, “iṣẹ́” tọ́ka sí ìlànà ìyípadà agbára níbi tí àwọn agbára tí a lò sí ohun kan ń gbé e lọ sí ìtọ́sọ́nà tí ó jọra pẹ̀lú agbára. Fún àpẹẹrẹ, nígbà tí gáàsì bá fẹ̀ sí piston kan, ó ń ṣiṣẹ́ lórí piston náà. Èyí jẹ́ ìtumọ̀ pàtó kan ní ìfiwéra pẹ̀lú lílo “iṣẹ́” lójoojúmọ́, èyí tí ó lè túmọ̀ sí iṣẹ́ tàbí ìgbòkègbodò èyíkéyìí.
-
Kí ni ìyípo Carnot, kí sì ni ìdí tí ó fi ṣe pàtàkì nínú thermodynamics? Ìdáhùn : Ìyípo Carnot jẹ́ ìyípo thermodynamic tí a ṣe àgbékalẹ̀ rẹ̀ tí ó pèsè ààlà gíga lórí ìṣiṣẹ́ tí ẹ̀rọ thermodynamic gbogbogbòò lè ṣe nígbà tí a bá ń yí ooru padà sí iṣẹ́ (tàbí ìyípadà). Ó ṣe pàtàkì nítorí pé ó ń ṣètò ààlà ìṣiṣẹ́ pàtàkì kan tí ó da lórí ìwọ̀n otútù àwọn ibi ìpamọ́ ooru tí ẹ̀rọ kan ń ṣiṣẹ́ láàárín wọn.
