Процеси с идеален газ

Модел идеален газ

1. Какво се пренебрегва в модела идеален газ?

   • Масата на молекулите
   • Скоростта на молекулите
   • Размерите на молекулите и взаимодействието им от разстояние
   • Ударите на молекулите в стените

   Отговор: Размерите на молекулите и взаимодействието им от разстояние

   Молекулите се разглеждат като материални точки, които взаимодействат само при удари.

2. Как се движат молекулите на идеалния газ между два удара?

   • По окръжности
   • Трептят около едно място
   • Праволинейно и равномерно
   • Изобщо не се движат

   Отговор: Праволинейно и равномерно

   Между ударите молекулите не си взаимодействат и се движат по инерция: праволинейно и равномерно.

3. Какво представлява идеалният газ?

   • Реален газ без примеси
   • Опростен физичен модел на газ
   • Най-чистият кислород
   • Газ при абсолютна нула

   Отговор: Опростен физичен модел на газ

   Идеалният газ е модел, в който пренебрегваме размерите на молекулите и взаимодействието им от разстояние.

4. На какво се дължи налягането на газ върху стените на съда?

   • На теглото на газа
   • На привличането между молекулите
   • На ударите на молекулите в стените
   • На цвета на стените

   Отговор: На ударите на молекулите в стените

   Милиарди удари за секунда създават средна сила върху единица площ, т.е. налягане.

5. Какви са ударите на молекулите на идеалния газ помежду им и в стените?

   • Еластични
   • Нееластични, молекулите се слепват
   • Ударите не съществуват
   • Винаги с отделяне на светлина

   Отговор: Еластични

   В модела молекулите се удрят като идеално еластични топчета, без да губят механична енергия.

6. Как се изменя налягането на газ в затворен съд, когато го нагряваме?

   • Намалява
   • Не се изменя
   • Става нула
   • Увеличава се

   Отговор: Увеличава се

   При нагряване молекулите се движат по-бързо и удрят стените по-често и по-силно.

7. При какви условия реалният газ е близък до идеален?

   • При високо налягане и ниска температура
   • Само при 0 K
   • Само когато е втечнен
   • При ниско налягане и висока температура

   Отговор: При ниско налягане и висока температура

   Тогава молекулите са далеч една от друга и взаимодействието им е пренебрежимо.

8. Кой от тези газове при стайна температура и атмосферно налягане най-добре се описва с модела идеален газ?

   • Водна пара точно преди кондензация
   • Въглероден диоксид при много високо налягане
   • Амоняк при много ниска температура
   • Хелий

   Отговор: Хелий

   Хелият е лек газ, далеч от кондензация, и при обикновени условия молекулите му почти не си взаимодействат.

9. Какво е концентрация на молекулите?

   • Броят на молекулите в единица обем
   • Масата на една молекула
   • Скоростта на молекулите
   • Обемът на една молекула

   Отговор: Броят на молекулите в единица обем

   Концентрацията n = N/V показва колко молекули има в 1 m³.

10. Кои три величини описват състоянието на газ с дадена маса?

    • Маса, скорост и сила
    • Налягане, обем и температура
    • Плътност, цвят и форма
    • Работа, мощност и енергия

    Отговор: Налягане, обем и температура

    p, V и T са параметрите на състоянието на газа.

11. От какво се състои вътрешната енергия на идеалния газ?

    • Само от потенциалната енергия на взаимодействие
    • Само от кинетичната енергия на молекулите
    • От енергията на тялото като цяло
    • От масата на съда

    Отговор: Само от кинетичната енергия на молекулите

    В идеалния газ молекулите не си взаимодействат от разстояние, затова потенциалната енергия на взаимодействие е нула.

12. Кое равенство е изпълнено за всяко състояние на дадена маса идеален газ?

    • pVT = const
    • pT/V = const
    • pV/T = const
    • p/(VT) = const

    Отговор: pV/T = const

    Уравнението на Клапейрон pV/T = const обединява трите газови закона.

13. Какво става с налягането на газ, ако в същия съд при същата температура молекулите станат два пъти повече?

    • Удвоява се
    • Учетворява се
    • Намалява наполовина
    • Не се изменя

    Отговор: Удвоява се

    Ударите в стените за единица време стават два пъти повече, а силата на всеки удар е същата.

14. От какво зависи вътрешната енергия на дадена маса идеален газ?

    • Само от обема
    • Само от температурата
    • Само от налягането
    • От формата на съда

    Отговор: Само от температурата

    Вътрешната енергия е сумата от кинетичните енергии на молекулите, а средната кинетична енергия зависи само от температурата.

15. Налягането на дадена маса газ се удвоява и обемът му също се удвоява. Как се изменя абсолютната температура?

    • Удвоява се
    • Увеличава се 4 пъти
    • Не се изменя
    • Намалява 4 пъти

    Отговор: Увеличава се 4 пъти

    От pV/T = const: произведението pV нараства 4 пъти, затова и T нараства 4 пъти.

Изотермен процес

1. При какво условие протича изотермният процес?

   • При постоянен обем
   • При постоянно налягане
   • При постоянна температура
   • Без топлообмен

   Отговор: При постоянна температура

   „Изо“ означава равен, а „терм“ е свързано с температурата.

2. Как се нарича законът за изотермния процес?

   • Закон на Шарл
   • Закон на Гей-Люсак
   • Закон на Паскал
   • Закон на Бойл и Мариот

   Отговор: Закон на Бойл и Мариот

   Закономерността pV = const при постоянна температура е открита от Робърт Бойл и Едм Мариот.

3. Кои величини се изменят при изотермен процес с дадена маса газ?

   • Температурата и обемът
   • Температурата и налягането
   • Налягането и обемът
   • Само масата

   Отговор: Налягането и обемът

   При изотермен процес температурата е постоянна, а налягането и обемът се изменят.

4. Как изглежда графиката на налягането спрямо обема (p, V) при изотермен процес?

   • Хипербола
   • Права през началото
   • Хоризонтална права
   • Вертикална права

   Отговор: Хипербола

   pV = const означава обратна пропорционалност, чиято графика е хипербола.

5. Коя зависимост е изпълнена при изотермен процес с дадена маса газ?

   • pV = const
   • p/T = const
   • V/T = const
   • p + V = const

   Отговор: pV = const

   При постоянна температура налягането и обемът са обратно пропорционални.

6. Как се изменя налягането на газ, ако при постоянна температура обемът му се увеличи?

   • Намалява
   • Увеличава се
   • Не се изменя
   • Става нула

   Отговор: Намалява

   По закона на Бойл и Мариот pV = const, затова при по-голям обем налягането е по-малко.

7. Газ при постоянна температура има налягане 200 kPa и обем 3 L. Какъв ще е обемът му при налягане 150 kPa?

   • 2,25 L
   • 4 L
   • 1 L
   • 6 L

   Отговор: 4 L

   V₂ = p₁V₁/p₂ = 200·3 : 150 = 4 L.

8. Как се изменя вътрешната енергия на идеален газ при изотермен процес?

   • Увеличава се
   • Намалява
   • Не се изменя
   • Става нула

   Отговор: Не се изменя

   Вътрешната енергия на идеалния газ зависи само от температурата, която остава постоянна.

9. Как трябва да протича процесът, за да е близък до изотермен?

   • Много бързо
   • В топлоизолиран съд
   • При нагряване с пламък
   • Бавно и при добър топлообмен с околната среда

   Отговор: Бавно и при добър топлообмен с околната среда

   Бавният процес позволява газът да обменя топлина и температурата му да остава постоянна.

10. При изотермно свиване обемът на газ намалява 4 пъти. Как се изменя налягането му?

    • Увеличава се 16 пъти
    • Увеличава се 4 пъти
    • Увеличава се 2 пъти
    • Намалява 4 пъти

    Отговор: Увеличава се 4 пъти

    При T = const налягането е обратно пропорционално на обема.

11. Идеален газ получава 300 J топлина при постоянна температура. Каква работа извършва?

    • 0 J
    • −300 J
    • 600 J
    • 300 J

    Отговор: 300 J

    ΔU = 0, затова от първия принцип A = Q = 300 J.

12. Как се изменя плътността на газ при изотермно свиване на обема 3 пъти?

    • Намалява 3 пъти
    • Увеличава се 3 пъти
    • Не се изменя
    • Увеличава се 9 пъти

    Отговор: Увеличава се 3 пъти

    Масата е същата, а обемът е 3 пъти по-малък, затова ρ = m/V нараства 3 пъти.

13. Мехурче въздух с обем 1 cm³ е на дъното на езеро, където налягането е 300 kPa. Какъв е обемът му на повърхността при налягане 100 kPa, ако температурата е еднаква?

    • 0,33 cm³
    • 3 cm³
    • 9 cm³
    • 1 cm³

    Отговор: 3 cm³

    V₂ = 300·1 : 100 = 3 cm³.

14. Две изотерми на една и съща маса газ са начертани в координати (p, V). Коя отговаря на по-висока температура?

    • По-близката до координатните оси
    • По-отдалечената от координатните оси
    • По-стръмната права
    • Двете са за еднаква температура

    Отговор: По-отдалечената от координатните оси

    При по-висока температура произведението pV е по-голямо, затова хиперболата е по-далеч от осите.

15. Идеален газ се свива изотермно. Обменя ли топлина с околната среда?

    • Не, получава топлина
    • Не обменя топлина
    • Да, отдава толкова топлина, колкото работа извършват външните сили
    • Да, отдава два пъти повече топлина от работата

    Отговор: Да, отдава толкова топлина, колкото работа извършват външните сили

    При ΔU = 0 първият принцип дава Q = A; работата на газа е отрицателна, значи газът отдава топлина.

Изохорен процес

1. При какво условие протича изохорният процес?

   • При постоянна температура
   • При постоянно налягане
   • Без топлообмен
   • При постоянен обем

   Отговор: При постоянен обем

   „Хора“ идва от гръцки и означава пространство, т.е. обем.

2. Как се нарича законът за изохорния процес?

   • Закон на Бойл и Мариот
   • Закон на Архимед
   • Закон на Шарл
   • Закон на Ом

   Отговор: Закон на Шарл

   Зависимостта на налягането от температурата при постоянен обем е установена от Жак Шарл.

3. Какво става с налягането на въздуха в затворена бутилка, оставена на слънце?

   • Намалява
   • Увеличава се
   • Не се изменя
   • Става равно на нула

   Отговор: Увеличава се

   Обемът е постоянен, а температурата расте, затова налягането се увеличава.

4. Как се изменя налягането на газ при изохорно охлаждане?

   • Увеличава се
   • Не се изменя
   • Става нула
   • Намалява

   Отговор: Намалява

   При постоянен обем p/T = const, затова при по-ниска температура налягането е по-ниско.

5. Коя зависимост е изпълнена при изохорен процес с дадена маса газ?

   • p/T = const
   • pV = const
   • V/T = const
   • pT = const

   Отговор: p/T = const

   При постоянен обем налягането е право пропорционално на абсолютната температура.

6. Как се изменя налягането на газ, ако абсолютната му температура се удвои при постоянен обем?

   • Намалява 2 пъти
   • Не се изменя
   • Увеличава се 4 пъти
   • Удвоява се

   Отговор: Удвоява се

   При изохорен процес p/T = const, затова налягането се удвоява.

7. Газ при 27 °C има налягане 150 kPa. Какво ще е налягането му, ако го нагреем изохорно до 127 °C?

   • 705,6 kPa
   • 112,5 kPa
   • 250 kPa
   • 200 kPa

   Отговор: 200 kPa

   T₁ = 300 K, T₂ = 400 K. p₂ = 150·400 : 300 = 200 kPa.

8. Как изглежда графиката на налягането спрямо абсолютната температура (p, T) при изохорен процес?

   • Права през началото на координатната система
   • Хипербола
   • Хоризонтална права
   • Окръжност

   Отговор: Права през началото на координатната система

   p = const · T е права пропорционалност, чиято графика е права през началото.

9. Защо капачката на буркан, затворен с горещо сладко, трудно се отваря, след като изстине?

   • Въздухът вътре изстива при постоянен обем и налягането му пада под атмосферното
   • Сладкото залепва капачката
   • Металът на капачката се разширява
   • Въздухът вътре се нагрява

   Отговор: Въздухът вътре изстива при постоянен обем и налягането му пада под атмосферното

   Атмосферното налягане отвън е по-голямо от налягането вътре и притиска капачката.

10. Защо не бива да се хвърлят аерозолни флакони в огън?

    • Обемът на газа намалява
    • При нагряване налягането в затворения съд расте и той може да се пръсне
    • Налягането в съда намалява
    • Газът се втечнява

    Отговор: При нагряване налягането в затворения съд расте и той може да се пръсне

    Обемът на флакона е постоянен, затова при нагряване налягането расте пропорционално на абсолютната температура.

11. Газ в затворена бутилка при 300 K има налягане 120 kPa. При каква абсолютна температура налягането ще стане 160 kPa?

    • 225 K
    • 360 K
    • 400 K
    • 500 K

    Отговор: 400 K

    p₁/T₁ = p₂/T₂: T₂ = 300 · 160/120 = 400 K.

12. При 0 °C налягането на газ е p₀. С колко се изменя налягането му при изохорно нагряване с 1 K?

    • С p₀
    • С p₀/100
    • С p₀/273
    • Не се изменя

    Отговор: С p₀/273

    От p/T = const при T₀ = 273 K всеки келвин изменя налягането с p₀/273.

13. Газ получава 400 J топлина при изохорен процес. Каква работа извършва и как се изменя вътрешната му енергия?

    • A = 0, ΔU = 400 J
    • A = 400 J, ΔU = 0
    • A = 200 J, ΔU = 200 J
    • A = 0, ΔU = 0

    Отговор: A = 0, ΔU = 400 J

    Обемът не се мени, значи A = 0 и цялата топлина увеличава вътрешната енергия.

14. Защо налягането в автомобилните гуми се проверява, когато са студени?

    • При движение налягането пада до нула
    • При движение гумите се загряват и налягането в тях расте
    • Студените гуми имат по-голям обем
    • Температурата не влияе на налягането

    Отговор: При движение гумите се загряват и налягането в тях расте

    Обемът на гумата почти не се изменя, затова при загряване налягането расте и показанието би било завишено.

15. Две изохори на една и съща маса газ са начертани в координати (p, T). На коя отговаря по-голям обем?

    • На по-стръмната
    • На по-полегатата
    • Обемите са еднакви
    • Не може да се определи

    Отговор: На по-полегатата

    От pV/T = const наклонът p/T е обратно пропорционален на обема, затова по-полегатата изохора е при по-голям обем.

Изобарен процес

1. При какво условие протича изобарният процес?

   • При постоянна температура
   • При постоянен обем
   • При постоянно налягане
   • Без топлообмен

   Отговор: При постоянно налягане

   „Барос“ на гръцки означава тежест, оттам и налягане.

2. Как се нарича законът за изобарния процес?

   • Закон на Шарл
   • Закон на Бойл и Мариот
   • Закон на Паскал
   • Закон на Гей-Люсак

   Отговор: Закон на Гей-Люсак

   Зависимостта на обема от температурата при постоянно налягане е установена от Жозеф Гей-Люсак.

3. Какво става с обема на газ при изобарно нагряване?

   • Намалява
   • Не се изменя
   • Увеличава се
   • Става нула

   Отговор: Увеличава се

   При постоянно налягане V/T = const, затова при нагряване обемът расте.

4. Коя зависимост е изпълнена при изобарен процес?

   • pV = const
   • p/T = const
   • pT = const
   • V/T = const

   Отговор: V/T = const

   При постоянно налягане обемът е право пропорционален на абсолютната температура.

5. Как се изменя обемът на газ при изобарно охлаждане?

   • Увеличава се
   • Не се изменя
   • Намалява
   • Става нула веднага

   Отговор: Намалява

   При постоянно налягане обемът е право пропорционален на абсолютната температура.

6. Защо надут балон, изнесен на студено, се свива?

   • Въздухът в него изстива при почти постоянно налягане и обемът му намалява
   • Гумата пропуска въздуха
   • Студеният вятър натиска балона
   • Въздухът в него замръзва

   Отговор: Въздухът в него изстива при почти постоянно налягане и обемът му намалява

   Налягането в балона остава близко до атмосферното, а при понижаване на температурата обемът намалява.

7. Газ заема 3 L при 300 K. Какъв ще е обемът му при 400 K, ако налягането е постоянно?

   • 4 L
   • 2,25 L
   • 12 L
   • 3 L

   Отговор: 4 L

   V₂ = V₁T₂/T₁ = 3·400 : 300 = 4 L.

8. Как изглежда графиката на обема спрямо абсолютната температура (V, T) при изобарен процес?

   • Права през началото на координатната система
   • Хипербола
   • Вертикална права
   • Парабола

   Отговор: Права през началото на координатната система

   V = const · T е права пропорционалност.

9. Как изглежда графиката на изобарен процес в координати (p, V)?

   • Хипербола
   • Права през началото
   • Отсечка, успоредна на оста p
   • Отсечка, успоредна на оста V

   Отговор: Отсечка, успоредна на оста V

   Налягането не се изменя, затова точките лежат на хоризонтална отсечка, успоредна на оста на обема.

10. Газ при постоянно налягане 100 kPa се нагрява и обемът му нараства от 2 L на 6 L. Каква работа извършва?

    • 400 J
    • 600 J
    • 800 J
    • 4 J

    Отговор: 400 J

    A = pΔV = 100 000·0,004 = 400 J.

11. Газ заема 6 L при 27 °C. При каква температура по Целзий ще заема 8 L при същото налягане?

    • 36 °C
    • 400 °C
    • 100 °C
    • 127 °C

    Отговор: 127 °C

    T₁ = 300 K, T₂ = 300 · 8/6 = 400 K, т.е. 127 °C.

12. При изобарно нагряване обемът на газ се увеличава 1,5 пъти. Колко пъти се увеличава абсолютната му температура?

    • 2,25 пъти
    • 1,5 пъти
    • 3 пъти
    • Не се изменя

    Отговор: 1,5 пъти

    От V/T = const температурата се изменя толкова пъти, колкото и обемът.

13. При изобарно нагряване газ получава 500 J топлина и извършва работа 200 J. Как се изменя вътрешната му енергия?

    • Увеличава се със 700 J
    • Увеличава се с 500 J
    • Увеличава се с 300 J
    • Увеличава се с 200 J

    Отговор: Увеличава се с 300 J

    ΔU = Q − A = 500 − 200 = 300 J.

14. Газ с обем 4 L при налягане 100 kPa се нагрява изобарно от 300 K до 450 K. Каква работа извършва?

    • 400 J
    • 200 J
    • 600 J
    • 150 J

    Отговор: 200 J

    V₂ = 4 · 450/300 = 6 L, ΔV = 2 L, A = pΔV = 10⁵ · 2·10⁻³ = 200 J.

15. За какво отива топлината, която газът получава при изобарно нагряване?

    • Само за извършване на работа
    • Само за увеличаване на вътрешната енергия
    • Част за увеличаване на вътрешната енергия и част за работа
    • Нито за едно от двете

    Отговор: Част за увеличаване на вътрешната енергия и част за работа

    Газът се нагрява (ΔU расте) и се разширява (извършва работа A): Q = ΔU + A.

Адиабатен процес

1. Коя величина е нула при адиабатен процес?

   • Количеството топлина, обменено с околната среда
   • Работата на газа
   • Изменението на вътрешната енергия
   • Налягането на газа

   Отговор: Количеството топлина, обменено с околната среда

   При адиабатен процес Q = 0 и вътрешната енергия се мени само чрез работа.

2. Как се нарича процес, при който газът не обменя топлина с околната среда?

   • Изотермен
   • Адиабатен
   • Изохорен
   • Изобарен

   Отговор: Адиабатен

   При адиабатния процес Q = 0.

3. Какво става с температурата на газ при адиабатно разширение?

   • Повишава се
   • Понижава се
   • Не се изменя
   • Става 0 K

   Отговор: Понижава се

   Газът извършва работа за сметка на вътрешната си енергия и се охлажда.

4. Какво става с температурата на газ при адиабатно свиване?

   • Понижава се
   • Не се изменя
   • Повишава се
   • Става 0 K

   Отговор: Повишава се

   Работата на външните сили увеличава вътрешната енергия на газа, а топлина не се отдава.

5. Защо вентилът на гума се охлажда, когато от нея бързо излиза въздух?

   • Въздухът се свива и се нагрява
   • Гумата отдава топлина на вентила
   • Вентилът е метален и винаги е студен
   • Въздухът се разширява почти адиабатно и се охлажда

   Отговор: Въздухът се разширява почти адиабатно и се охлажда

   Бързото разширение е почти без топлообмен, газът извършва работа за сметка на вътрешната си енергия и се охлажда.

6. Кога един процес може да се смята за адиабатен?

   • Когато е много бавен
   • Когато налягането е постоянно
   • Когато обемът е постоянен
   • Когато е много бърз или газът е добре топлоизолиран

   Отговор: Когато е много бърз или газът е добре топлоизолиран

   При много бърз процес или добра топлоизолация топлообменът е пренебрежимо малък.

7. Газ се разширява адиабатно и извършва работа 300 J. Как се изменя вътрешната му енергия?

   • Увеличава се с 300 J
   • Не се изменя
   • Намалява с 600 J
   • Намалява с 300 J

   Отговор: Намалява с 300 J

   Q = 0, ΔU = Q − A = −300 J.

8. Кой процес е най-близък до адиабатен?

   • Бързото свиване на горивната смес в цилиндъра на двигател
   • Бавното нагряване на газ в отворен съд
   • Бавното разширение на газ в съд, потопен във вода
   • Нагряване на газ в затворен съд на котлон

   Отговор: Бързото свиване на горивната смес в цилиндъра на двигател

   Процесът е адиабатен, когато е толкова бърз, че топлообменът не успява да се осъществи.

9. Как изглежда първият принцип за адиабатен процес, ако A е работата на газа?

   • ΔU = −A
   • ΔU = Q
   • Q = A
   • ΔU = 0

   Отговор: ΔU = −A

   При Q = 0 от Q = ΔU + A следва ΔU = −A.

10. Защо въздухът, който се издига в атмосферата, се охлажда?

    • Разширява се почти адиабатно, защото налягането горе е по-ниско
    • Отдалечава се от Слънцето
    • Сблъсква се с облаците
    • Губи част от молекулите си

    Отговор: Разширява се почти адиабатно, защото налягането горе е по-ниско

    Разширявайки се, въздухът извършва работа за сметка на вътрешната си енергия.

11. Една и съща маса газ се свива до един и същ обем веднъж адиабатно и веднъж изотермно. При кой процес крайното налягане е по-голямо?

    • При изотермния
    • Еднакво е
    • При адиабатния
    • Зависи само от масата на газа

    Отговор: При адиабатния

    При адиабатно свиване газът се и нагрява, затова налягането расте повече, отколкото при постоянна температура.

12. Защо аерозолен флакон изстива, когато пръскаме продължително?

    • Течността вътре замръзва от въздуха
    • Ръката ни го охлажда
    • Газът вътре се разширява бързо, почти адиабатно, и се охлажда
    • Флаконът е метален

    Отговор: Газът вътре се разширява бързо, почти адиабатно, и се охлажда

    Разширяващият се газ извършва работа и вътрешната му енергия намалява.

13. Газ в цилиндър с топлоизолирани стени се свива бързо. Какъв е процесът?

    • Изотермен
    • Адиабатен
    • Изохорен
    • Изобарен

    Отговор: Адиабатен

    Топлоизолацията и бързината не позволяват топлообмен, затова Q = 0.

14. Защо фьонът, вятърът, който се спуска по подветрените склонове на планините, е топъл и сух?

    • Нагрява се от вулкани в планината
    • Охлажда се при спускане
    • Затопля се от снега по върховете
    • Спускащият се въздух се свива почти адиабатно и се нагрява

    Отговор: Спускащият се въздух се свива почти адиабатно и се нагрява

    При спускане налягането расте, въздухът се свива почти без топлообмен и температурата му се повишава.

15. Адиабата и изотерма минават през една и съща точка в координати (p, V). Как се сравняват?

    • Изотермата е по-стръмна
    • Адиабатата е по-стръмна
    • Съвпадат
    • Адиабатата е права линия

    Отговор: Адиабатата е по-стръмна

    При адиабатно разширение налягането пада и заради увеличения обем, и заради охлаждането, затова адиабатата е по-стръмна.

Финален въпрос