Naucz się stosować pierwszą zasadę termodynamiki w różnych sytuacjach, rozwiązuj ćwiczenia i sprawdzaj swoją wiedzę za pomocą rozwiązanych i objaśnionych ćwiczeń.
Pytanie 1
Pierwsza zasada termodynamiki mówi, że:
a) Energii nie można stworzyć ani zniszczyć, ale można ją przekształcić z jednej formy w drugą.
b) Energia jest zawsze zachowana, ale nie można jej przekształcić z jednej postaci w drugą.
c) Energię można tworzyć lub niszczyć, ale nie można jej przekształcić z jednej formy w drugą.
d) Energii nie można zachować, ale można ją przekształcić z jednej postaci w drugą.
Pierwsza zasada termodynamiki to zasada zachowania energii, a więc w układzie zamknięty, ilość energii pozostaje stała i może być przekształcona tylko z jednej postaci w drugą. Inny.
pytanie 2
Załóżmy, że układ zamknięty otrzymuje 100 J ciepła, wykonując 50 J pracy. Jaka jest zmiana energii wewnętrznej układu?
a) -50J
b) 0J
c) 50J
d) 100 J
e) 150 J
Sprawdzanie znaków:
Otrzymane ciepło jest dodatnie Q ＞ 0.
Wykonana praca jest dodatnia W ＞ 0.
Zgodnie z pierwszym prawem mamy:
pytanie 3
Idealny system gazowy wymienia 500 dżuli ciepła ze środowiskiem zewnętrznym. Zakładając, że proces ten jest izometrycznym chłodzeniem, wyznacz odpowiednio pracę i energię wewnętrzną.
a) 500 J i 0 J
b) - 500 i 0 J
c) 0 J i 500 J
d) 0 J i - 500 J
e) -500 J i 500 J
Ponieważ proces jest izometryczny, nie ma zmiany objętości, więc praca wynosi zero.
Zgodnie z pierwszą zasadą termodynamiki:
Ponieważ jest to chłodzenie, system traci ciepło, dlatego:
pytanie 4
8 moli gazu doskonałego w układzie tłokowo-cylindrowym zostało sprężonych, wykonując pracę 1000 J. Podczas tego procesu do środowiska zewnętrznego zostaje utracone 400 J ciepła. Jego energia wewnętrzna i zmiana jego temperatury są odpowiednio równe
Biorąc pod uwagę: R = 8,31 J/mol. k
a) - 1400 J i przybliżona zmiana 6 K
b) 600 J i przybliżona zmiana 6 K
c) 600 J i przybliżona zmiana 14 K
d) - 1400 J i przybliżona zmiana 14 K
energia wewnętrzna
Ponieważ system otrzymuje pracę, jego znak jest ujemny, podobnie jak ciepło, które w tym procesie jest tracone.
Pierwsza zasada termodynamiki to:
Podstawiając wartości, otrzymujemy:
R = 8,31 J/mol K
Temperatura
Z prawa Joule'a mamy:
pytanie 5
Gaz doskonały ulega sprężeniu, wykonując pracę 500 J. Na końcu tej przemiany energia wewnętrzna układu zmieniła się o 200 J mniej niż na początku. Ilość ciepła wymienianego przez gaz wynosiła
a) - 700 J
b) - 300 J
c) 300 J
d) 0J
e) 700 J
Ponieważ praca została odebrana, czyli praca oporowa, jej znak jest ujemny.
Podstawiając wartości do równania pierwszej zasady termodynamiki:
pytanie 6
(CEDERJ 2021) W fazie cyklu realizowanej przez gaz doskonały w klimatyzatorze następuje zwiększenie ciśnienia gazu przy zachowaniu stałej jego objętości. Na tym etapie cyklu praca W wykonana przez gaz, ilość pochłoniętego przez niego ciepła Q oraz zmiana ΔT jego temperatury wynoszą odpowiednio:
a) W ＜ 0, Q ＜ 0 i ΔT ＜ 0
b) W = 0, Q ＞ 0 i ΔT ＞ 0
c) W = 0, Q = 0 i ΔT = 0
d) W ＞ 0, Q ＞ 0 i ΔT ＞ 0
Dane:
ciśnienie P wzrasta;
Objętość pozostaje stała;
Praca
Ponieważ objętość jest stała, praca W jest równa zeru.
Pierwsza zasada termodynamiki brzmi tak:
Ponieważ ciepło jest dodatnie, zmiana energii wewnętrznej również będzie dodatnia.
Ciepło
Ponieważ ciepło jest pochłaniane, jest dodatnie.
Temperatura
Zgodnie z prawem gazowym:
Gdzie,
n to liczba moli
R jest uniwersalną stałą gazową
Tak więc temperatura zależy tylko od ciśnienia, ponieważ objętość jest stała i dodatnia.
pytanie 7
(UNICENTRO 2018) Zgodnie z Pierwszą Zasadą Termodynamiki zmiana energii wewnętrznej układu ΔU wynosi dana przez różnicę między ciepłem wymienianym ze środowiskiem zewnętrznym Q i pracą W wykonaną w tym procesie termodynamiczny. Biorąc pod uwagę te informacje, jeśli gaz jednoatomowy rozszerza się tak, że zawsze pozostaje w tej samej temperaturze, przemianę tę można przedstawić równaniem
a) ΔU + W = 0
b) ΔU − W = 0
c) Q − W = 0
d) Q + Δ U = 0
Proces izotermiczny zachodzi bez zmiany temperatury.
Energia jest powiązana z temperaturą poprzez:
Gdzie n to liczba moli, a R to uniwersalna stała gazowa. Ponieważ n i R są stałe, występuje tylko zmiana temperatury i
Pierwsza zasada termodynamiki brzmi tak:
pytanie 8
(URCA 2016) Zgodnie z pierwszą zasadą termodynamiki, jeśli w procesie izotermicznym, któremu podlega gaz doskonały o stałej masie, gaz uwalnia ilość ciepła, której wielkość wynosi 50 cal, to zmiana energii wewnętrznej i praca wykonana przez gaz w tym procesie wynoszą: odpowiednio:
a) 0 i 50 kal.
b) 50 kcal i 0.
c) 0 i 0.
d) 50 kcal i -50 kcal.
e) 0 i -50 kal.
Zmiana energii wewnętrznej jest bezpośrednio związana ze zmianą temperatury. Ponieważ proces jest izotermiczny, nie ma zmiany temperatury, więc .
Z pierwszej zasady termodynamiki:
Ponieważ ciepło jest uwalniane, jego znak jest ujemny.
pytanie 9
(UFRN 2012) Biomasa jest jednym z głównych źródeł energii odnawialnej, dlatego też maszyny wykorzystujące ją jako paliwo do wytwarzania energii elektrycznej są ważne z ekologicznego punktu widzenia. Bardzo częstym przykładem jest wykorzystanie biomasy do napędzania turbiny parowej w celu generowania pracy. Rysunek z boku przedstawia schematycznie uproszczoną elektrownię termoelektryczną.
W tej instalacji termoelektrycznej spalanie biomasy w piecu wytwarza ciepło, które podgrzewa wodę w kotle i wytwarza parę pod wysokim ciśnieniem. Z kolei para prowadzona jest rurami do turbiny, która pod jej działaniem zaczyna obracać swoje łopatki.
Załóżmy, że straty ciepła spowodowane różnicami temperatur między częściami tego silnika cieplnego a otoczeniem są pomijalne. W tym kontekście zmiana energii wewnętrznej wody kotłowej
a) jest większa niż suma ciepła dostarczonego do niej w wyniku spalania biomasy i pracy wykonanej na turbinie.
b) jest równa sumie ciepła dostarczonego do niej w wyniku spalania biomasy wraz z pracą wykonaną na turbinie.
c) jest równa różnicy między ciepłem dostarczonym do niej w wyniku spalania biomasy a pracą wykonaną na turbinie.
d) jest większa niż różnica między ciepłem dostarczonym do niej w wyniku spalania biomasy a pracą wykonaną na turbinie.
Woda w kotle otrzymuje energię w postaci ciepła ze spalania paliwa i oddaje energię w postaci pracy wykonanej na turbinie.
pytanie 10
(UECE 2021) Jeśli chodzi o właściwości gazów, zwróć uwagę na następujące stwierdzenia:
I. W przypadku gazu doskonałego energia wewnętrzna jest funkcją tylko ciśnienia.
II. Ciepło pochłaniane przez gaz przy zmianie stanu skupienia jest niezależne od procesu.
III. Energia wewnętrzna gazu doskonałego jest funkcją tylko temperatury i jest niezależna od procesu.
IV. W izotermicznym rozprężaniu gazu doskonałego praca wykonana przez niego jest równa pochłoniętemu ciepłu.
Prawdziwe jest to, co jest stwierdzone tylko w
a) I i II.
b) III i IV.
c) I i IV.
d) II i III.
III. PRAWIDŁOWY. Energia wewnętrzna gazu doskonałego jest funkcją tylko temperatury i jest niezależna od procesu.
Zmiana energii wewnętrznej jest bezpośrednio związana ze zmianą temperatury.
Gdzie n to liczba moli, a R to stała gazu doskonałego, będąc stałymi, tylko temperatura określa energię wewnętrzną gazu.
IV. PRAWIDŁOWY. W izotermicznym rozprężaniu gazu doskonałego praca wykonana przez niego jest równa pochłoniętemu ciepłu.
Ponieważ jest izotermiczna, nie ma zmiany temperatury, więc zmiana energii wewnętrznej wynosi zero. Zgodnie z pierwszą zasadą termodynamiki:
Dowiedz się więcej z:
- Pierwsza zasada termodynamiki
- Termodynamika: prawa, pojęcia, wzory i ćwiczenia
- Ćwiczenia z termodynamiki
- prawo gazowe
ASTH, Rafał. Ćwiczenia z pierwszej zasady termodynamiki.Wszystko się liczy, [nd]. Dostępne w: https://www.todamateria.com.br/exercicios-da-primeira-lei-da-termodinamica/. Dostęp pod adresem:
Zobacz też
- Ćwiczenia z termodynamiki
- Termodynamika
- przemiana adiabatyczna
- Ćwiczenia z termochemii
- Pierwsza zasada termodynamiki
- Nauki przyrodnicze i ich technologie: Enem
- Energia cieplna
- Druga zasada termodynamiki
