Opi soveltamaan termodynamiikan ensimmäistä lakia eri tilanteissa, ratkaisemaan tehtäviä ja testaa tietosi ratkaistujen ja selitetyillä harjoituksilla.
Kysymys 1
Termodynamiikan ensimmäinen pääsääntö sanoo, että:
a) Energiaa ei voida luoda tai tuhota, mutta se voidaan muuttaa muodosta toiseen.
b) Energiaa säilyy aina, mutta sitä ei voida muuttaa muodosta toiseen.
c) Energiaa voidaan luoda tai tuhota, mutta sitä ei voi muuttaa muodosta toiseen.
d) Energiaa ei voi säästää, mutta se voidaan muuntaa muodosta toiseen.
Termodynamiikan ensimmäinen pääsääntö on energian säilymisen periaate, eli järjestelmässä suljettuna, energian määrä pysyy vakiona ja se voidaan muuttaa vain muodosta toiseen. muu.
kysymys 2
Oletetaan suljettu järjestelmä, joka vastaanottaa 100 J lämpöä samalla kun tekee 50 J työtä. Mikä on muutos järjestelmän sisäisessä energiassa?
a) -50 J
b) 0 J
c) 50 J
d) 100 J
e) 150 J
Merkkien tarkistaminen:
Vastaanotettu lämpö on positiivinen Q ＞ 0.
Tehty työ on positiivinen W = 0.
Ensimmäisen lain mukaan meillä on:
kysymys 3
Ihanteellinen kaasujärjestelmä vaihtaa 500 joulea lämpöä ulkoisen ympäristön kanssa. Olettaen tämän prosessin olevan isometrinen jäähdytys, määritä vastaavasti työ ja sisäinen energia.
a) 500 J ja 0 J
b) - 500 ja 0 J
c) 0 J ja 500 J
d) 0 J ja - 500 J
e) -500 J ja 500 J
Koska prosessi on isometrinen, tilavuus ei muutu, joten työ on nolla.
Termodynamiikan ensimmäisen lain mukaan:
Koska kyseessä on jäähdytys, järjestelmä menettää lämpöä, joten:
kysymys 4
8 moolia ihanteellista kaasua mäntä-sylinterijärjestelmässä puristetaan tekemällä 1000 J työtä. Prosessin aikana 400 J lämpöä häviää ulkoiseen ympäristöön. Sen sisäinen energia ja lämpötilan muutos ovat vastaavasti yhtä suuria kuin
Annettu: R = 8,31 J/mol. K
a) - 1400 J ja likimääräinen vaihtelu 6 K
b) 600 J ja likimääräinen vaihtelu 6 K
c) 600 J ja likimääräinen vaihtelu 14 K
d) - 1400 J ja likimääräinen vaihtelu 14 K
sisäinen energia
Kun järjestelmä vastaanottaa työtä, sen etumerkki on negatiivinen, samoin kuin lämpö, joka tässä prosessissa menetetään.
Termodynamiikan ensimmäinen pääsääntö on:
Korvaamalla arvot, saamme:
R = 8,31 J/mol K
Lämpötila
Joulen lain mukaan meillä on:
kysymys 5
Täydellinen kaasu puristetaan ja tekee 500 J työtä. Tämän muunnoksen lopussa järjestelmän sisäinen energia muuttui 200 J vähemmän kuin alussa. Kaasun vaihtaman lämmön määrä oli
a) - 700 J
b) - 300 J
c) 300 J
d) 0 J
e) 700 J
Koska työ vastaanotettiin, eli vastustuskykyinen työ, sen etumerkki on negatiivinen.
Korvaamalla arvot termodynamiikan ensimmäisen lain yhtälöön:
kysymys 6
(CEDERJ 2021) Ilmastointilaitteen ideaalisella kaasulla toteutetussa syklin vaiheessa kaasun painetta nostetaan pitäen sen tilavuus vakiona. Tässä syklin vaiheessa kaasun tekemä työ W, sen absorboima lämmön määrä Q ja sen lämpötilan muutos ΔT ovat vastaavasti:
a) W ＜ 0, Q ＜ 0 ja ΔT ＜ 0
b) W = 0, Q ＞ 0 ja ΔT ＞ 0
c) W = 0, Q = 0 ja ΔT = 0
d) W ＞ 0, Q ＞ 0 ja ΔT ＞ 0
Tiedot:
Paine P kasvaa;
Äänenvoimakkuus pysyy vakiona;
Tehdä työtä
Koska tilavuus on vakio, työ W on yhtä suuri kuin nolla.
Termodynamiikan ensimmäinen pääsääntö menee näin:
Koska lämpö on positiivista, myös sisäisen energian muutos on positiivinen.
Lämpö
Koska lämpö imeytyy, se on positiivista.
Lämpötila
Kaasulakien mukaan:
Missä,
n on moolien lukumäärä
R on yleinen kaasuvakio
Siten lämpötila riippuu vain paineesta, koska tilavuus on vakio, positiivinen.
kysymys 7
(UNICENTRO 2018) Termodynamiikan ensimmäisen lain mukaan järjestelmän sisäisen energian muutos ΔU on ulkoisen ympäristön kanssa vaihdetun lämmön Q ja prosessissa tehdyn työn W erotuksena termodynaaminen. Nämä tiedot huomioon ottaen, jos yksiatominen kaasu laajenee niin, että se pysyy aina samassa lämpötilassa, tämä muunnos voidaan esittää yhtälöllä
a) ΔU + W = 0
b) ΔU − W =0
c) Q − W = 0
d) Q + ΔU = 0
Isoterminen prosessi tapahtuu ilman lämpötilan muutosta.
Energia liittyy lämpötilaan:
Missä n on moolien lukumäärä ja R on yleinen kaasuvakio. Koska n ja R ovat vakioita, on vain lämpötilavaihtelua ja
Termodynamiikan ensimmäinen pääsääntö menee näin:
kysymys 8
(URCA 2016) Termodynamiikan ensimmäisen lain mukaan, jos kaasu vapautuu isotermisen prosessin aikana, jossa ideaalinen kaasu, jonka massa on kiinteä, lämpömäärä, jonka suuruus on 50 cal, niin sisäisen energian muutos ja kaasun tässä prosessissa tekemä työ ovat, vastaavasti:
a) 0 ja 50 cal.
b) 50 cal ja 0.
c) 0 ja 0.
d) 50 cal ja -50 cal.
e) 0 ja -50 cal.
Sisäisen energian muutos liittyy suoraan lämpötilan muutokseen. Koska prosessi on isoterminen, lämpötila ei muutu .
Termodynamiikan ensimmäisestä säännöstä:
Koska lämpöä vapautuu, sen etumerkki on negatiivinen.
kysymys 9
(UFRN 2012) Biomassa on yksi tärkeimmistä uusiutuvan energian lähteistä, ja siksi sitä energiantuotannon polttoaineena käyttävät koneet ovat ympäristön kannalta tärkeitä. Hyvin yleinen esimerkki on biomassan käyttö höyryturbiinin käyttämiseen työn tuottamiseksi. Sivulla oleva kuva esittää kaavamaisesti yksinkertaistettua lämpösähkövoimalaa.
Tässä lämpösähkölaitoksessa biomassan poltto uunissa tuottaa lämpöä, joka lämmittää kattilassa olevan veden ja tuottaa korkeapaineista höyryä. Höyry puolestaan johdetaan putkien kautta turbiiniin, joka toiminnan vaikutuksesta alkaa pyörittää siipiä.
Oletetaan, että tämän lämpömoottorin osien ja ympäristön välisistä lämpötilaeroista johtuvat lämpöhäviöt ovat mitättömiä. Tässä yhteydessä kattilan veden sisäisen energian vaihtelu
a) on suurempi kuin biomassaa polttamalla sille syötetyn lämmön ja turbiinilla tehdyn työn summa.
b) on yhtä suuri kuin sen lämmön summa, joka sille syötetään polttamalla biomassaa turbiinilla tehdyllä työllä.
c) on yhtä suuri kuin biomassaa polttamalla sille syötetyn lämmön ja turbiinilla tehdyn työn erotus.
d) on suurempi kuin biomassaa polttamalla sille syötetyn lämmön ja turbiinilla tehdyn työn välinen ero.
Kattilassa oleva vesi saa energiaa lämmön muodossa polttoaineen polttamisesta ja vapauttaa energiaa turbiinilla tehtävän työn muodossa.
kysymys 10
(UECE 2021) Kaasujen ominaisuuksien osalta kiinnitä huomiota seuraaviin lausumiin:
i. Ihanteelliselle kaasulle sisäinen energia on vain paineen funktio.
II. Kaasun olotilaa muuttaessaan absorboima lämpö on prosessista riippumaton.
III. Ihanteellisen kaasun sisäenergia on vain lämpötilan funktio ja on riippumaton prosessista.
IV. Ihanteellisen kaasun isotermisessä laajenemisessa sen tekemä työ on yhtä suuri kuin absorboitunut lämpö.
Se on oikein, mitä vain sanotaan
a) I ja II.
b) III ja IV.
c) I ja IV.
d) II ja III.
III. OIKEA. Ihanteellisen kaasun sisäenergia on vain lämpötilan funktio ja on riippumaton prosessista.
Sisäisen energian muutos liittyy suoraan lämpötilan muutokseen.
Kun n on moolien lukumäärä ja R on ihanteellinen kaasuvakio, vakioina vain lämpötila määrittää kaasun sisäisen energian.
IV. OIKEA. Ihanteellisen kaasun isotermisessä laajenemisessa sen tekemä työ on yhtä suuri kuin absorboitunut lämpö.
Koska se on isoterminen, lämpötilassa ei tapahdu muutosta, joten sisäisen energian muutos on nolla. Termodynamiikan ensimmäisen lain mukaan:
Lisätietoja:
- Termodynamiikan ensimmäinen laki
- Termodynamiikka: lait, käsitteet, kaavat ja harjoitukset
- Termodynamiikan harjoituksia
- kaasulaki
ASTH, Rafael. Termodynamiikan ensimmäisen pääsäännön harjoitukset.Kaikki väliä, [n.d.]. Saatavilla: https://www.todamateria.com.br/exercicios-da-primeira-lei-da-termodinamica/. Pääsy osoitteessa:
Katso myös
- Termodynamiikan harjoituksia
- Termodynamiikka
- adiabaattinen muunnos
- Harjoituksia lämpökemiasta
- Termodynamiikan ensimmäinen laki
- Luonnontieteet ja niiden teknologiat: Enem
- Lämpöenergia
- Termodynamiikan toinen pääsääntö
