แบบฝึกหัดกฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์

protection click fraud

เรียนรู้การใช้กฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์ในสถานการณ์ต่างๆ แก้แบบฝึกหัด และทดสอบความรู้ของคุณด้วยแบบฝึกหัดที่อธิบายและแก้ไข

คำถามที่ 1

กฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์ระบุว่า:

ก) พลังงานไม่สามารถสร้างหรือทำลายได้ แต่สามารถเปลี่ยนจากรูปแบบหนึ่งไปเป็นอีกรูปแบบหนึ่งได้

b) พลังงานจะถูกสงวนไว้เสมอ แต่ไม่สามารถแปลงจากรูปแบบหนึ่งไปเป็นอีกรูปแบบหนึ่งได้

ค) พลังงานสามารถสร้างหรือทำลายได้ แต่ไม่สามารถแปลงจากรูปแบบหนึ่งไปเป็นอีกรูปแบบหนึ่งได้

ง) ไม่สามารถอนุรักษ์พลังงานได้ แต่สามารถเปลี่ยนจากรูปแบบหนึ่งไปเป็นอีกรูปแบบหนึ่งได้

คำตอบอธิบาย

กฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์คือหลักการอนุรักษ์พลังงาน ดังนั้นในระบบ เมื่อปิดลง ปริมาณของพลังงานจะคงที่และสามารถเปลี่ยนจากรูปแบบหนึ่งไปอีกรูปแบบหนึ่งเท่านั้น อื่น.

คำถามที่ 2

สมมติว่าระบบปิดได้รับความร้อน 100 J ในขณะที่ทำงาน 50 J การเปลี่ยนแปลงพลังงานภายในของระบบคืออะไร?

ก) -50 เจ

ข) 0J

ค) 50 เจ

ง) 100J

จ) 150J

คำตอบอธิบาย

ตรวจสอบสัญญาณ:

ความร้อนที่ได้รับเป็นบวก Q > 0

งานที่ทำเสร็จเป็นบวก W ＞ 0

ตามกฎข้อที่หนึ่ง เรามี:

เพิ่มขึ้นตรง U เท่ากับตรง Q ลบตรง ชนะเพิ่มขึ้นตรง U เท่ากับ 100 ลบ 50 เพิ่มขึ้นตรง U เท่ากับ 50 ปริภูมิตรง J

คำถามที่ 3

ระบบแก๊สในอุดมคติจะแลกเปลี่ยนความร้อน 500 จูลกับสภาพแวดล้อมภายนอก สมมติว่ากระบวนการนี้เป็นการทำความเย็นแบบไอโซเมตริก ให้กำหนดงานและพลังงานภายในตามลำดับ

instagram story viewer

ก) 500 J และ 0 J

b) - 500 และ 0 เจ

ค) 0 เจ และ 500 เจ

ง) 0 J และ - 500 J

จ) -500 J และ 500 J

คำตอบอธิบาย

เนื่องจากกระบวนการเป็นแบบสามมิติ จึงไม่มีการเปลี่ยนแปลงของปริมาตร ดังนั้นงานจึงเป็นศูนย์

ตามกฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์:

เพิ่มขึ้นตรง U เท่ากับตรง Q ลบตรง ชนะเพิ่มขึ้นตรง U เท่ากับตรง Q ลบ 0 เพิ่มขึ้นตรง U เท่ากับตรง Q

เนื่องจากเป็นการระบายความร้อน ระบบจะสูญเสียความร้อน ดังนั้น:

การเพิ่มค่าตรง U เท่ากับลบ 500 สเปซตรง J

คำถามที่ 4

ก๊าซในอุดมคติ 8 โมลในระบบกระบอกสูบลูกสูบถูกบีบอัดด้วยการทำงาน 1,000 J ในระหว่างกระบวนการ ความร้อน 400 J จะสูญเสียไปยังสภาพแวดล้อมภายนอก พลังงานภายในและการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิมีค่าเท่ากับ

ให้: R = 8.31 J/mol เค

ก) - 1,400 J และการเปลี่ยนแปลงโดยประมาณ 6 K

b) 600 J และการเปลี่ยนแปลงโดยประมาณ 6 K

c) 600 J และการเปลี่ยนแปลงโดยประมาณ 14 K

ง) - 1,400 J และการเปลี่ยนแปลงโดยประมาณ 14 K

คำตอบอธิบาย

กำลังภายใน

เมื่อระบบได้รับงาน สัญญาณจะเป็นลบ เช่นเดียวกับความร้อนซึ่งจะหายไปในกระบวนการนี้

กฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์คือ:

แทนค่าเราจะได้:

เพิ่มขึ้นตรง U เท่ากับลบ Q ลบตรง ชนะเพิ่มขึ้นตรง U เท่ากับลบ 400 ลบ วงเล็บซ้าย ลบ 1,000 วงเล็บขวา เพิ่มขึ้นตรง U เท่ากับ ลบ 400 บวก 1,000 เพิ่มขึ้นตรง U เท่ากับ 600 ช่องว่าง ตรงเจ

R = 8.31 J/mol K

อุณหภูมิ

ตามกฎของจูล เรามี:

เพิ่มขึ้นตรง U เท่ากับ 3 ส่วน 2 nR เพิ่มขึ้นตรง T600 เท่ากับ 3 ส่วน 2.8.8 จุด 31. Tnumerator ที่เพิ่มขึ้นตรง 600.2 มากกว่าตัวส่วน 3.8.8 เครื่องหมายจุลภาค 31 จุดสิ้นสุดของเศษส่วนเท่ากับ Tnumerator ที่เพิ่มขึ้นตรง 1200 มากกว่าตัวส่วน 199 ลูกน้ำ 44 จุดสิ้นสุดของเศษส่วนเท่ากับส่วนเพิ่มตรง T6 ลูกน้ำ 01 ประมาณเท่ากับส่วนเพิ่มตรง ต

คำถามที่ 5

ก๊าซที่สมบูรณ์แบบผ่านการบีบอัด ทำงาน 500 J ในตอนท้ายของการเปลี่ยนแปลงนี้ พลังงานภายในของระบบเปลี่ยนไปน้อยกว่าตอนเริ่มต้น 200 J ปริมาณความร้อนที่แลกเปลี่ยนโดยแก๊สคือ

ก) - 700 เจ

ข) - 300 เจ

ค) 300J

ง) 0J

จ) 700 เจ

คำตอบอธิบาย

เนื่องจากได้รับงาน นั่นคือ งานทน สัญญาณเป็นลบ

การแทนค่าลงในสมการของกฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์:

เพิ่มขึ้น ตรง U เท่ากับ ตรง Q ลบ ตรง W200 เท่ากับ ตรง Q ลบ วงเล็บซ้าย ลบ 500 วงเล็บขวา200 เท่ากับ ตาราง Q บวก 500200 ลบ 500 เท่ากับ ตาราง Q ลบ 300 พื้นที่ตาราง J เท่ากับ ถามตรงๆ

คำถามที่ 6

(CEDERJ 2021) ในขั้นตอนของวัฏจักรที่ดำเนินการโดยก๊าซในอุดมคติในเครื่องปรับอากาศ ความดันก๊าซจะเพิ่มขึ้นโดยรักษาปริมาตรให้คงที่ ในขั้นตอนนี้ของวัฏจักร งาน W ที่ทำโดยแก๊ส ปริมาณความร้อน Q ที่ดูดซับไว้ และการเปลี่ยนแปลง ΔT ในอุณหภูมิตามลำดับ:

ก) W ＜ 0, Q ＜ 0 และ ΔT ＜ 0

b) W = 0, Q ＞ 0 และ ΔT ＞ 0

ค) W = 0, Q = 0 และ ΔT = 0

ง) W ＞ 0, Q ＞ 0 และ ΔT ＞ 0

คำตอบอธิบาย

ข้อมูล:

ความดัน P เพิ่มขึ้น

ปริมาณคงที่;

งาน

เนื่องจากปริมาตรคงที่ งาน W จึงมีค่าเท่ากับศูนย์

ตรง W เท่ากับ P ตรง เพิ่มตรง V ตรง W เท่ากับตรง P.0 ตรง W เท่ากับ 0 สเปซตรง J

กฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์เป็นดังนี้:

เพิ่มขึ้นตรง U เท่ากับ Q ตรง ลบตรง ชนะเพิ่มขึ้นตรง U เท่ากับ Q ตรง

เนื่องจากความร้อนเป็นบวก การเปลี่ยนแปลงของพลังงานภายในจะเป็นบวกด้วย

ความร้อน

เนื่องจากการดูดซับความร้อนจึงเป็นบวก

อุณหภูมิ

ตามกฎของแก๊ส:

ที่ไหน,

n คือจำนวนโมล

R คือค่าคงที่ของก๊าซสากล

ดังนั้น อุณหภูมิจึงขึ้นกับความดันเท่านั้น เนื่องจากปริมาตรคงที่และเป็นบวก

คำถามที่ 7

(UNICENTRO 2018) ตามกฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์ การเปลี่ยนแปลงพลังงานภายในของระบบ ΔU คือ กำหนดโดยความแตกต่างระหว่างความร้อนที่แลกเปลี่ยนกับสภาพแวดล้อมภายนอก Q และงาน W ที่ทำในกระบวนการ เทอร์โมไดนามิกส์. เมื่อพิจารณาจากข้อมูลนี้ ถ้าก๊าซเชิงเดี่ยวขยายตัวเพื่อให้คงอุณหภูมิเดิมไว้เสมอ การแปลงนี้สามารถแทนได้ด้วยสมการ

ก) ΔU + W = 0

ข) ΔU − W =0

ค) Q - W = 0

ง) Q + ΔU = 0

คำตอบอธิบาย

กระบวนการไอโซเทอร์มอลเกิดขึ้นโดยไม่มีการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ

พลังงานเกี่ยวข้องกับอุณหภูมิโดย:

การเพิ่มแบบตรง U เท่ากับ 3 ส่วน 2 nR การเพิ่มแบบตรง T

โดยที่ n คือจำนวนโมลและ R คือค่าคงที่ของก๊าซสากล เนื่องจาก n และ R เป็นค่าคงที่ จึงมีการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิเท่านั้น และ

กฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์เป็นดังนี้:

เพิ่มขึ้น ตรง U เท่ากับ ตรง Q ลบ ตรง W ตัวหนา 0 ตัวหนา เท่ากับ ตัวหนา Q ตัวหนา ลบ ตัวหนา W

คำถามที่ 8

(URCA 2016) ตามกฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์ หากในระหว่างกระบวนการไอโซเทอร์มอลซึ่งผ่านก๊าซอุดมคติที่มีมวลคงที่ ก๊าซจะปลดปล่อยออกมา ปริมาณความร้อนที่มีขนาด 50 แคลอรี จากนั้นการเปลี่ยนแปลงของพลังงานภายในและงานที่ทำโดยแก๊สในกระบวนการนี้คือ ตามลำดับ:

ก) 0 และ 50 แคล

ข) 50 แคลและ 0

ค) 0 และ 0.

ง) 50 แคล และ -50 แคล

จ) 0 และ -50 แคล

คำตอบอธิบาย

การเปลี่ยนแปลงของพลังงานภายในเกี่ยวข้องโดยตรงกับการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ เนื่องจากกระบวนการนี้เป็นแบบอุณหภูมิคงที่ จึงไม่มีการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ เพิ่มขึ้นตรง U เท่ากับ 0 .

จากกฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์:

เพิ่มขึ้นตรง U เท่ากับตรง Q ลบตรง W0 เท่ากับตรง Q ลบตรง W ตรง W เท่ากับตรง Q

เนื่องจากความร้อนถูกปล่อยออกมา สัญญาณจึงเป็นลบ

คำถามที่ 9

(UFRN 2012) ชีวมวลเป็นหนึ่งในแหล่งพลังงานหมุนเวียนหลัก ดังนั้น เครื่องจักรที่ใช้เป็นเชื้อเพลิงในการผลิตไฟฟ้าจึงมีความสำคัญจากมุมมองด้านสิ่งแวดล้อม ตัวอย่างทั่วไปคือการใช้ชีวมวลในการขับเคลื่อนกังหันไอน้ำเพื่อสร้างงาน รูปด้านข้างแสดงแผนผังโรงไฟฟ้าเทอร์โมอิเล็กตริกแบบง่าย

ในโรงงานเทอร์โมอิเล็กทริกนี้ การเผาไหม้ชีวมวลในเตาเผาจะสร้างความร้อน ซึ่งทำให้น้ำในหม้อไอน้ำร้อนขึ้นและสร้างไอน้ำแรงดันสูง ในทางกลับกัน ไอน้ำจะถูกส่งผ่านท่อไปยังกังหันซึ่งเริ่มหมุนใบพัดภายใต้การทำงาน

สมมติว่าการสูญเสียความร้อนเนื่องจากความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างชิ้นส่วนของเครื่องยนต์ความร้อนนี้กับสิ่งแวดล้อมนั้นเล็กน้อย ในบริบทนี้ การแปรผันของพลังงานภายในของน้ำในหม้อน้ำ

ก) มากกว่าผลรวมของความร้อนที่ได้รับจากการเผาไหม้ชีวมวลและงานที่ทำบนกังหัน

b) เท่ากับผลรวมของความร้อนที่ได้รับจากการเผาไหม้ชีวมวลกับงานที่ทำบนกังหัน

c) เท่ากับความแตกต่างระหว่างความร้อนที่ได้รับจากการเผาไหม้ชีวมวลกับงานที่ทำบนกังหัน

ง) มากกว่าความแตกต่างระหว่างความร้อนที่ได้รับจากการเผาไหม้ชีวมวลกับงานที่ทำบนกังหัน

คำตอบอธิบาย

น้ำในหม้อไอน้ำได้รับพลังงานในรูปของความร้อนจากการเผาไหม้เชื้อเพลิงและปล่อยพลังงานออกมาในรูปของงานที่ทำบนกังหัน

คำถาม 10

(UECE 2021) เกี่ยวกับคุณสมบัติของก๊าซ ให้ใส่ใจกับข้อความต่อไปนี้:

ฉัน. สำหรับก๊าซในอุดมคติ พลังงานภายในเป็นหน้าที่ของแรงดันเท่านั้น

ครั้งที่สอง ความร้อนที่ก๊าซดูดซับเมื่อเปลี่ยนสถานะนั้นไม่ขึ้นกับกระบวนการ

สาม. พลังงานภายในของก๊าซในอุดมคติเป็นฟังก์ชันของอุณหภูมิเท่านั้น และไม่ขึ้นกับกระบวนการ

IV. ในการขยายตัวแบบไอโซเทอร์มอลของก๊าซในอุดมคติ งานที่ก๊าซนั้นทำได้จะเท่ากับความร้อนที่ดูดซับไว้

ถูกต้องตามที่ระบุไว้เท่านั้น

ก) ฉันและ II

ข) III และ IV

c) ฉันและ IV

ง) II และ III

คำตอบอธิบาย

สาม. ถูกต้อง. พลังงานภายในของก๊าซในอุดมคติเป็นฟังก์ชันของอุณหภูมิเท่านั้น และไม่ขึ้นกับกระบวนการ

การเปลี่ยนแปลงของพลังงานภายในเกี่ยวข้องโดยตรงกับการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ

เพิ่มขึ้นตรง U เท่ากับ nR เพิ่มขึ้นตรง T

โดยที่ n คือจำนวนโมลและ R คือค่าคงที่ของแก๊สในอุดมคติ ซึ่งเป็นค่าคงที่ เฉพาะอุณหภูมิเท่านั้นที่กำหนดพลังงานภายในของแก๊ส

IV. ถูกต้อง. ในการขยายตัวแบบไอโซเทอร์มอลของก๊าซในอุดมคติ งานที่ก๊าซนั้นทำได้จะเท่ากับความร้อนที่ดูดซับไว้

เนื่องจากเป็นอุณหภูมิความร้อน จึงไม่มีการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ ดังนั้นการเปลี่ยนแปลงของพลังงานภายในจึงเป็นศูนย์ ตามกฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์:

เพิ่มขึ้นตรง U เท่ากับตรง Q ลบตรง W0 เท่ากับตรง Q ลบตรง W ตรง Q เท่ากับตรง W

เรียนรู้เพิ่มเติมด้วย:

กฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์
อุณหพลศาสตร์: กฎ แนวคิด สูตร และแบบฝึกหัด
แบบฝึกหัดเรื่องเทอร์โมไดนามิกส์
กฎของแก๊ส

ASTH, ราฟาเอล. แบบฝึกหัดกฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์เรื่องทั้งหมด, [n.d.]. มีอยู่ใน: https://www.todamateria.com.br/exercicios-da-primeira-lei-da-termodinamica/. เข้าถึงได้ที่:

ดูด้วย