جواب صفحه ۱۴۸ و ۱۴۹ آخر فصل ۵ فیزیک دهم - همیار آموزش

جواب صفحه ۱۴۸ و ۱۴۹ فیزیک دهم

جواب فصل  ۵ فیزیک دهم / تمرینات آخر فصل پنجم فیزیک دهم

✅ جدول راهنمایی واحد ها در آخر مطلب قرار گرفت
✅جهت مشاهده تمام فرمول های فصل ۵ اینجا کلیک کنید

جواب سوالات صفحه ۱۴۸ فیزیک دهم

۱- ظرفی شامل ۳/۰kg آب است. با هم زدن آب داخل ظرف، ۴۰kJ کار روی آن انجام می‌دهیم و در این مدت ۳۱kJ ۳۱ گرما از ظرف به بیرون منتقل می‌شود. انرژی درونی آب چقدر تغییر می‌کند؟
پاسخ: از قانون اول ترمودینامیک داریم:

W=۴۰KH , Q=-۳۰KJ , ΔU=؟

۲- الف) در فرایند هم حجم چگونه می‌توان فشار گاز را افزایش یا کاهش داد؟
پاسخ: یک سیلندر را که درآن مقداری هوا حبس شده است، بر میداریم پیستون را با گیره هایی ثابت می کنیم (تا حجم ثابت بماند) با افزایش دما، فشار گاز افزایش و با کاهش دما، فشارگاز کاهش می یابد.

ب) در فرایند هم فشار چگونه می‌توان حجم گاز را افزایش یا کاهش داد؟
پاسخ: یک سیلندر را که در آن مقداری هوا حبس شده است، دریک ظرف آب قرار میدهیم پیستون میتواند آزادانه حرکت کند با افزایش دما، حجم گاز افزایش وبا کاهش دما، حجم گاز کاهش می یابد.

۳- ته یک سرنگ را که دسته آن می‌تواند آزادانه حرکت کند مسدود می‌کنیم، آن را درون مقداری آب می‌اندازیم و آب را به تدریج گرم می‌کنیم. هوای درون سرنگ چه فرایندی را طی می‌کند؟
پاسخ: به علت اختلاف جزئی دمای بین منبع (آب) و هوای درون سرنگ، گرما به کندی به هوای محبوس درون سرنگ منتقل می شود و هوا به آرامی در فشار ثابت اندکی منبسط شده و پیستون، سرنگ را اندکی به جلو می راند. اگر دادن گرما تدریجی ادامه یابد، ضمن افزایش دما، حجم هوای درون سرنگ، نیز افزایش می یابد.

۴- نمودار P-V ی گازی رقیق در شکل روبه رو نشان داده شده است. در این فرایند با فرض آنکه انرژی درونی در نقطه (۱) برابر ۴۵۶J و در نقطه (۲) برابر ۹۱۲J اشد، چقدر گرما مبادله شده است؟ آیا گاز گرما گرفته است یا از دست داده است؟ پاسخ: چون Q مثبت شده است این بدین معنی است که گاز گرما گرفته است.

۵- گازی مطابق شکل، از طریق مسیر abc از حالت a به c، می‌رود. گاز در این مسیر، ۹۰ ژول گرما می‌گیرد و ۷۰ ژول کار انجام می‌دهد.
الف) تغییر انرژی درونی گاز در مسیر abc چقدر است؟ پاسخ:

$$ Q_{abc}=۹۰J \:,\: W_{abc}=-۷۰J \:,\: ∆T_{abc}=? $$

نخست قانون اول ترمودینامیک را برای مسیر abc می نویسیم:

$$ ∆T_{abc}=Q_{abc}+W_{abc} =۹۰J+(-۷۰J)=۲۰J $$

ب) اگر برای رسیدن به حالت c فرایند از مسیر abc انجام شود، کار انجام شده توسط گاز در مقایسه با مسیر abc تر است یا کمتر؟ گرمای داده شده به گاز بیشتر است یا کمتر؟
پاسخ: نقاط ابتدا و انتهای هر دو مسیر مشترک است پس تغییر انرژی درونی هر دو مسیر یکسان است از طرفی چون گاز در مسیر adc کار کمتری (مساحت سطح زیر نمودار کمتری دارد) انجام داده است، گرمای کمتری نیز دریافت کرده است.

پ) اگر گاز را از مسیر خمیده از حالت c به حالت a برگردانیم، چقدر باید از آن انرژی بگیریم؟ پاسخ:

۶- یک مکعب آلومینیمی توپُر به ضلع ۲۰/۰cm از C^ـ∘ ۵۰/۰  تا C^ـ∘ ۱۵۰/۰  در فشار متعارف جو (۱/۰۱ × ۱۰^۵Pa)گرم می‌شود. کار انجام شده توسط مکعب و تغییر انرژی درونی آن را محاسبه کنید. c=۹۰۰j/kgC^ـ∘
پاسخ به روش اول:

نتیجه: در جامد ها تقریباً همه گرمای داده شده به جسم صرف تغییر انرژی درونی آن می شود.

پاسخ به روش دوم: با استفاده از تعریف کار و رابطه انبساط حجمی داریم:از طرفی:توجه کنید که کار انجام شده در برابر Q بسیار ناچیز و اهمیت ندارد که این فرایند در خلا صور گیرد (W=۰ ) یا خیر. تغییر انرژی درونی در دو حالت یکسان است.

۷- مطابق شکل زیر، حجم گازی آرمانی طی سه فرایند هم فشار، هم دما و بی دررو از V۱ به حجم بزرگ تر V۲ می‌رسد.الف) اندازه کار انجام شده توسط گاز را در این سه فرایند مقایسه کنید.
پاسخ: با توجه به سطح زیر نمودار درسه فرایند داریم:

$$ |W_{بی‌دررو}|<|W_{هم دما}|<|W_{هم فشار}| $$

ب) دمای نهایی را در این فرایندها مقایسه کنید.
پاسخ: مطابق نمودار بنابراین:

پ) گرمای داده شده به گاز را در این فرایندها مقایسه کنید. پاسخ: 

۸- برای چرخه گازی که نمودار P-V ی آن در اینجا نشان داده شده است، ΔU گاز، W و Q مثبت است یا منفی، و یا برابر صفر است؟

پاسخ: تغییر انرژی درونی یک چرخه صفر است و چون چرخه پاد ساعت گرد است بنابراین کار انجام شده در چرخه مثبت است ۹- شکل زیر چرخه‌ای را نشان می دهد که یک گاز طی کرده است.الف) تعیین کنید که گاز در این چرخه گرما گرفته یا از دست داده است؟ پاسخ: ب) اگر مقدار گرمای مبادله شده در این چرخه ۴۰۰J باشد، کار انجام شده روی گاز چقدر است؟ پاسخ: 

جواب سوالات صفحه ۱۴۹ فیزیک دهم

۱۰- یک گاز کامل دو اتمی چرخه نشان داده شده در شکل روبه رو را می پیماید. دمای گاز در حالت (۱) برابر ۲۰۰K است.الف) دما در سه نقطه دیگر چقدر است؟ پاسخ:

ب) کار انجام شده درچرخه چقدر است؟
پاسخ: مقدار کار انجام شده برابر با مساحت محصور در چرخه است که چنین می شود:

پ) در چه فرایندهایی گاز گرما گرفته است؟ پاسخ:

ت) در چه فرایندهایی گاز گرما از دست داده است؟ پاسخ:

۱۱- گاز داخل یک استوانه، چرخه‌ای مطابق شکل روبه رو را می‌پیماید. گرمای مبادله شده در این چرخه چند ژول است؟

پاسخ: قدر مطلق کار انجام شده در چرخه برابر مساحت محصور در چرخه است و در چرخه های ساعتگرد کار انجام شده برروی دستگاه منفی است. بنابراین:

۱۲- دستگاهی متشکل از ۰/۳۲mol گاز کامل تک اتمی حجمی برابر ۲/۲L را در فشار ۲/۴atm اشغال کرده است. این دستگاه چرخه‌ای مطابق شکل را می‌پیماید که در آن فرایند CA فرایندی هم دما است.
الف) دما در نقاط C و A، B چقدر است؟ب) ΔU را برای هریک از سه فرایند چرخه به دست آورید.
تغییر انرژی درونی همه فرایند ها از رابطه ΔU=nC_vΔT به دست می آید

$$ ΔU{AB}=nC_vΔT = n\frac{۳}{۲}R(T_B-T_A) = ۰/۳۲×\frac{۳}{۲}×۸/۳۱۴(۴۰۰-۲۰۰) \implies ΔU{AB} \simeq ۸۰۰J \\ ΔU{BC}=nC_vΔT = n\frac{۳}{۲}R(T_C-T_B) = ۰/۳۲×\frac{۳}{۲}×۸/۳۱۴(۲۰۰-۴۰۰) \implies ΔU{AB} \simeq -۸۰۰J \\ ΔU{CA}=nC_vΔT \implies {فرانید :\ همدما :\ است} \implies ΔU{CA}=۰ $$

۱۳ – یک ماشین گرمایی آرمانی در هر چرخه ۱۰۰/۰J گرما از منبع دما بالا می‌گیرد و ۶۰/۰J گرما به منبع دما پایین می‌دهد و بقیه آن تبدیل به کار می‌شود.

الف) بازده این ماشین چقدر است؟

QH= ۱۰۰ J , QL = -۶۰J , ɳ=? , t=۰/۵s , P=?

ب) اگر هر چرخه ۰/۵۰۰s طول بکشد، توان خروجی این ماشین چقدر است؟

۱۴- یک ماشین گرمایی درون سوز در هر چرخه ۸/۰۰kJ گرما از سوزاندن سوخت دریافت می‌کند و ۲/۰۰kJ کار تحویل می‌دهد. گرمای حاصل از سوخت (۱۰^۴J/g × ۵/۰) است و ماشین در هر ثانیه ۴۰/۰ چرخه را می‌پیماید. کمیت‌های زیر را حساب کنید.

Q_H = ۸۰۰۰J , |W|= ۲۰۰۰J , Q_H =۵۰/۰۰۰j/g , t=۱s ⇒ ۴۰ چرخه , QL=? , ɳ=? , سوخت مصرف شده = ? , P=?

الف) بازده ماشین.

ب) با فرض آرمانی بودن ماشین، گرمای تلف شده در هرچرخه.پ) سوخت مصرف شده در هرچرخه.

ت) توان ماشین.

جدول راهنمای فصل ترمودینامیک