Принципи на термодинамиката
Термодинамиката изучава превръщането на топлина в работа и обратно. Първият принцип е законът за запазване на енергията: топлината, предадена на системата, отива за изменение на вътрешната ѝ енергия и за работа. Вторият принцип гласи, че топлината сама не преминава от по-студено към по-топло тяло и че не може цялата получена топлина да се превърне в работа. Прилагаме ги към изопроцесите и адиабатния процес.
Какво да запомним
- Първи принцип: Q = ΔU + A.
- Работа на газа при p = const: A = pΔV.
- Вътрешна енергия на едноатомен идеален газ: U = (3/2)nRT.
- Изотермен процес: ΔU = 0, Q = A; адиабатен процес: Q = 0.
- Втори принцип: топлината сама преминава само от по-топлото към по-студеното тяло.
Пример
Газ получава 500 J топлина и извършва работа 200 J. Вътрешната му енергия нараства с ΔU = 500 − 200 = 300 J.
Проверете се: 15 въпроса
Натиснете въпроса, за да видите верния отговор и обяснението.
Кой принцип на термодинамиката изразява закона за запазване на енергията при топлинни процеси?
- Вторият
- Третият
- Първият
- Нулевият
Отговор: Първият принцип
Q = ΔU + A: топлината отива за изменение на вътрешната енергия и за работа.
Газ се разширява изобарно при налягане 2·105 Pa и обемът му нараства с 3 L. Каква работа извършва?
- 600 J
- 6·105 J
- 60 J
- 6000 J
Отговор: 600 J
A = pΔV = 2·105·3·10−3 = 600 J.
Как се изменя температурата на газ при адиабатно разширение?
- Увеличава се
- Не се изменя
- Става 0 K
- Намалява
Отговор: Намалява
При Q = 0 газът извършва работа за сметка на вътрешната си енергия, затова се охлажда.
При изотермно свиване идеален газ отдава 300 J топлина. Каква работа са извършили външните сили върху газа?
- 0 J
- 300 J
- 600 J
- 150 J
Отговор: 300 J
При T = const ΔU = 0, затова цялата работа на външните сили се отдава като топлина.
Как се нарича процес, при който газът не обменя топлина с околната среда?
- Изотермен
- Изобарен
- Изохорен
- Адиабатен
Отговор: Адиабатен
При адиабатен процес Q = 0.
Газ получава 400 J топлина и извършва работа 400 J. Колко е изменението на вътрешната му енергия?
- 0 J
- 800 J
- 400 J
- −400 J
Отговор: 0 J
ΔU = Q − A = 400 − 400 = 0.
Каква е вътрешната енергия на 2 mol едноатомен идеален газ при 300 K? (R = 8,31 J/(mol·K))
- ≈ 5 kJ
- ≈ 2,5 kJ
- ≈ 7,5 kJ
- ≈ 15 kJ
Отговор: ≈ 7,5 kJ
U = (3/2)νRT = 1,5·2·8,31·300 ≈ 7480 J.
Как се записва първият принцип на термодинамиката?
- Q = mcΔt
- A = pΔV
- U = (3/2)nRT
- Q = ΔU + A
Отговор: Q = ΔU + A
Топлината Q отива за изменение на вътрешната енергия ΔU и за работа A на газа.
Кой принцип на термодинамиката гласи, че топлината сама не преминава от по-студено към по-топло тяло?
- Първият принцип
- Законът на Бойл-Мариот
- Вторият принцип
- Законът на Шарл
Отговор: Вторият принцип
Това е една от формулировките на втория принцип на термодинамиката.
Газ получава 700 J топлина и вътрешната му енергия нараства с 500 J. Каква работа извършва газът?
- 1200 J
- 200 J
- 500 J
- 700 J
Отговор: 200 J
A = Q − ΔU = 700 − 500 = 200 J.
При изохорно нагряване газ получава 250 J топлина. С колко се изменя вътрешната му енергия?
- Нараства с 250 J
- Не се изменя
- Нараства с 125 J
- Намалява с 250 J
Отговор: 250 J
При V = const работата е нула, затова ΔU = Q = 250 J.
При адиабатно разширение газ извършва работа 150 J. Как се изменя вътрешната му енергия?
- Нараства с 150 J
- Не се изменя
- Намалява с 300 J
- Намалява с 150 J
Отговор: Намалява с 150 J
Q = 0, затова ΔU = −A = −150 J.
Каква работа извършват 2 mol идеален газ при изобарно нагряване с 50 K? (R = 8,31 J/(mol·K))
- ≈ 415 J
- ≈ 1662 J
- ≈ 831 J
- ≈ 8,3 J
Отговор: ≈ 831 J
A = pΔV = nRΔT = 2·8,31·50 ≈ 831 J.
1 mol едноатомен идеален газ се нагрява изохорно с 100 K. Колко топлина получава? (R = 8,31 J/(mol·K))
- ≈ 831 J
- ≈ 1,25 kJ
- ≈ 2,08 kJ
- 0 J
Отговор: ≈ 1,25 kJ
A = 0, Q = ΔU = (3/2)nRΔT = 1,5·8,31·100 ≈ 1246 J.
1 mol едноатомен идеален газ се нагрява изобарно с 100 K. Колко топлина получава? (R = 8,31 J/(mol·K))
- ≈ 2,08 kJ
- ≈ 1,25 kJ
- ≈ 831 J
- ≈ 3,3 kJ
Отговор: ≈ 2,08 kJ
Q = ΔU + A = (3/2)nRΔT + nRΔT = 2,5·8,31·100 ≈ 2077 J.