Exerciții ale primei legi a termodinamicii

Învață să aplici prima lege a termodinamicii în diferite situații, rezolvă exerciții și testează-ți cunoștințele cu exerciții rezolvate și explicate.

intrebarea 1

Prima lege a termodinamicii spune ca:

a) Energia nu poate fi creată sau distrusă, dar poate fi convertită dintr-o formă în alta.

b) Energia este întotdeauna conservată, dar nu poate fi convertită dintr-o formă în alta.

c) Energia poate fi creată sau distrusă, dar nu poate fi convertită dintr-o formă în alta.

d) Energia nu poate fi conservată, dar poate fi convertită dintr-o formă în alta.

Raspunsul explicat

Prima lege a termodinamicii este principiul conservării energiei, deci într-un sistem închis, cantitatea de energie rămâne constantă și nu poate fi transformată decât dintr-o formă în alta. alte.

intrebarea 2

Să presupunem un sistem închis care primește 100 J de căldură în timp ce lucrează 50 J. Care este modificarea energiei interne a sistemului?

a) -50J

b) 0 J

c) 50J

d) 100J

e) 150J

Raspunsul explicat

Verificarea semnelor:

instagram story viewer

Căldura primită este Q pozitivă ＞ 0.

Lucrul efectuat este pozitiv W ＞ 0.

Conform primei legi, avem:

increment drept U este egal cu Q drept minus drept increment drept câștig U este egal cu 100 minus 50 increment drept U este egal cu 50 spațiu drept J

intrebarea 3

Un sistem de gaz ideal schimbă 500 de jouli de căldură cu mediul extern. Presupunând că acest proces este o răcire izometrică, determinați lucrul și respectiv energia internă.

a) 500 J și 0 J

b) - 500 și 0 J

c) 0 J și 500 J

d) 0 J și - 500 J

e) -500 J și 500 J

Raspunsul explicat

Deoarece procesul este izometric, nu există nicio modificare a volumului, deci munca este zero.

Conform primei legi a termodinamicii:

increment drept U este egal cu Q drept minus drept increment drept Win U este egal cu Q drept minus 0 increment drept U este egal cu Q drept

Deoarece este o răcire, sistemul pierde căldură, prin urmare:

incrementul drept U este egal cu minus 500 spațiu drept J

intrebarea 4

8 moli de gaz ideal într-un sistem piston-cilindru sunt comprimați efectuând 1000 J de lucru. În timpul procesului, 400 J de căldură sunt pierdute în mediul extern. Energia sa internă și, respectiv, modificarea temperaturii sale sunt egale cu

Dat: R = 8,31 J/mol. K

a) - 1400 J și variație aproximativă de 6 K

b) 600 J și variație aproximativă de 6 K

c) 600 J și variație aproximativă de 14 K

d) - 1400 J și variație aproximativă de 14 K

Raspunsul explicat

energie interna

Pe măsură ce sistemul primește lucru, semnul său este negativ, la fel și căldura, care în acest proces se pierde.

Prima lege a termodinamicii este:

incrementul drept U este egal cu Q drept minus W drept

Înlocuind valorile, obținem:

increment drept U este egal cu Q minus drept Win increment drept U este egal cu minus 400 minus paranteza stângă minus 1000 paranteză dreaptă increment drept U este egal cu minus 400 plus 1000 increment drept U este egal cu 600 spațiu drept J

R = 8,31 J/mol K

Temperatura

Prin legea lui Joule avem:

$increment drept U egal cu 3 peste 2 nR increment drept T600 egal cu 3 peste 2.8.8 punctul 31. increment drept Tnumeratorul 600.2 peste numitor 3.8.8 virgulă 31 sfârşitul fracţiei este egal cu incrementul drept Tnumeratorul 1200 peste numitor 199 virgulă 44 sfârşitul fracţiei este egal cu increment drept T6 virgula 01 aproximativ egal cu increment drept T$

intrebarea 5

Un gaz perfect suferă compresie, făcând 500 J de lucru. La sfârșitul acestei transformări, energia internă a sistemului s-a schimbat cu 200 J mai puțin decât la început. Cantitatea de căldură schimbată de gaz a fost

a) - 700 J

b) - 300 J

c) 300J

d) 0J

e) 700 J

Raspunsul explicat

Din moment ce lucrarea a fost primită, adică lucrarea rezistentă, semnul ei este negativ.

Înlocuirea valorilor în ecuația primei legi a termodinamicii:

increment drept U este egal cu Q drept minus drept W200 este egal cu Q drept minus paranteza din stânga minus 500 paranteza din dreapta200 este egal cu pătratul Q plus 500200 minus 500 este egal cu pătratul Qminus 300 pătrat spațiu J este egal direct Q

intrebarea 6

(CEDERJ 2021) Intr-o etapa a ciclului executata de un gaz ideal intr-un aparat de aer conditionat, presiunea gazului este crescuta pastrandu-i volumul constant. În această etapă a ciclului, munca W efectuată de gaz, cantitatea de căldură Q absorbită de acesta și modificarea ΔT a temperaturii acestuia sunt, respectiv:

a) W ＜ 0, Q ＜ 0 și ΔT ＜ 0

b) W = 0, Q ＞ 0 și ΔT ＞ 0

c) W = 0, Q = 0 și ΔT = 0

d) W ＞ 0, Q ＞ 0 și ΔT ＞ 0

Raspunsul explicat

Date:

Presiunea P crește;

Volumul rămâne constant;

Muncă

Deoarece volumul este constant, lucrul W este egal cu zero.

drept W este egal cu drept P. increment drept V drept W este drept P.0 drept W este egal cu 0 drept spațiu J

Prima lege a termodinamicii merge astfel:

increment drept U este egal cu Q drept minus drept increment Win U este egal cu Q drept

Deoarece căldura este pozitivă, modificarea energiei interne va fi de asemenea pozitivă.

Căldură

Deoarece căldura este absorbită, este pozitivă.

Temperatura

Conform legii gazelor:

Unde,

n este numărul de moli

R este constanta universală a gazului

Astfel, temperatura depinde doar de presiune, deoarece volumul este constant, fiind pozitiv.

intrebarea 7

(UNICENTRO 2018) Conform primei legi a termodinamicii, modificarea energiei interne a unui sistem, ΔU, este dat de diferența dintre căldura schimbată cu mediul exterior, Q, și munca, W, efectuată în proces termodinamic. Având în vedere aceste informații, dacă un gaz monoatomic se extinde astfel încât să rămână mereu la aceeași temperatură, această transformare poate fi reprezentată prin ecuația

a) ΔU + W = 0

b) ΔU − W =0

c) Q − W = 0

d) Q + ΔU = 0

Raspunsul explicat

Procesul izoterm are loc fără schimbarea temperaturii.

Energia este legată de temperatură prin:

increment drept U este egal cu 3 peste 2 nR increment drept T

Unde n este numărul de moli și R este constanta universală a gazului. Deoarece n și R sunt constante, există doar variație de temperatură și

Prima lege a termodinamicii merge astfel:

increment drept U este drept Q minus drept Wbold 0 bold este bold Q bold minus bold W

intrebarea 8

(URCA 2016) Conform primei legi a termodinamicii dacă, în timpul unui proces izoterm suferit de un gaz ideal de masă fixă, gazul eliberează o cantitate de căldură a cărei magnitudine este de 50 cal, atunci modificarea energiei interne și munca efectuată de gaz în acest proces sunt: respectiv:

a) 0 și 50 cal.

b) 50 cal și 0.

c) 0 și 0.

d) 50 cal și -50 cal.

e) 0 și -50 cal.

Raspunsul explicat

Modificarea energiei interne este direct legată de schimbarea temperaturii. Deoarece procesul este izoterm, nu există nicio schimbare de temperatură, deci incrementul drept U este egal cu 0 .

Din prima lege a termodinamicii:

increment drept U este egal cu Q drept minus drept W0 este egal cu Q drept minus drept W drept W este egal cu Q drept

Deoarece căldura este eliberată, semnul său este negativ.

drepte W este egal cu minus 50 cal spațiu

intrebarea 9

(UFRN 2012) Biomasa este una dintre principalele surse de energie regenerabilă și, prin urmare, mașinile care o folosesc drept combustibil pentru generarea de energie sunt importante din punct de vedere al mediului. Un exemplu foarte comun este utilizarea biomasei pentru a conduce o turbină cu abur pentru a genera muncă. Figura din lateral prezintă schematic o centrală termoelectrică simplificată.

În această centrală termoelectrică, arderea biomasei în cuptor produce căldură, care încălzește apa din cazan și generează abur de înaltă presiune. Aburul, la rândul său, este condus prin conducte către turbina care, sub acțiunea sa, începe să își rotească palele.

Să presupunem că pierderile de căldură din cauza diferențelor de temperatură dintre piesele acestui motor termic și mediu sunt neglijabile. În acest context, variația energiei interne a apei din cazan

a) este mai mare decât suma căldurii care i se furnizează prin arderea biomasei și a lucrărilor efectuate la turbină.

b) este egală cu suma căldurii ce i se furnizează prin arderea biomasei cu munca efectuată la turbină.

c) este egală cu diferența dintre căldura furnizată acestuia prin arderea biomasei și munca efectuată la turbină.

d) este mai mare decât diferența dintre căldura furnizată acestuia prin arderea biomasei și munca efectuată la turbină.

Raspunsul explicat

Apa din cazan primește energie sub formă de căldură din arderea combustibilului și eliberează energie sub formă de lucru efectuat la turbină.

intrebarea 10

(UECE 2021) În ceea ce privește proprietățile gazelor, acordați atenție următoarelor afirmații:

i. Pentru un gaz ideal, energia internă este doar o funcție de presiune.

II. Căldura absorbită de un gaz atunci când își schimbă starea este independentă de proces.

III. Energia internă a unui gaz ideal este doar o funcție de temperatură și este independentă de proces.

IV. Într-o expansiune izotermă a unui gaz ideal, munca efectuată de acesta este egală cu căldura absorbită.

Este corect ceea ce este afirmat doar în

a) I și II.

b) III și IV.

c) I și IV.

d) II și III.

Raspunsul explicat

III. CORECT. Energia internă a unui gaz ideal este doar o funcție de temperatură și este independentă de proces.

Modificarea energiei interne este direct legată de schimbarea temperaturii.

increment drept U este egal cu nR increment drept T

Unde n este numărul de moli și R este constanta gazului ideal, fiind constante, doar temperatura determină energia internă a gazului.

IV. CORECT. Într-o expansiune izotermă a unui gaz ideal, munca efectuată de acesta este egală cu căldura absorbită.

Deoarece este izotermă, nu există nicio modificare a temperaturii, deci modificarea energiei interne este zero. După prima lege a termodinamicii:

increment drept U este egal cu Q drept minus drept W0 este egal cu Q drept minus drept W drept Q este egal cu W drept

Aflați mai multe cu:

Prima lege a termodinamicii
Termodinamică: legi, concepte, formule și exerciții
Exerciții de termodinamică
legea gazelor

ASTH, Rafael. Exerciții ale primei legi a termodinamicii.Tot Materia, [n.d.]. Disponibil in: https://www.todamateria.com.br/exercicios-da-primeira-lei-da-termodinamica/. Acces la:

Vezi și tu