TEST 15 11 2011 ΑΈΡΙΑ ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ.

Παρουσίαση με θέμα: "TEST 15 11 2011 ΑΈΡΙΑ ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ."— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 TEST ΑΈΡΙΑ ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ

2 Η σύριγγα που δείχνεται στο σχήμα περιέχει ένα ιδανικό αέριο (δηλ
Η σύριγγα που δείχνεται στο σχήμα περιέχει ένα ιδανικό αέριο (δηλ. που υπακούει στο νόμο: 𝑃·𝑉=𝑛·𝑅·𝑇 όπου P = πίεση, V = όγκος, n = μάζα σε moles ή γραμμομόρια, R μία σταθερή, T = απόλυτη θερμοκρασία δηλ. Τ=θ+273). Η σύριγγα έχει ένα έμβολο με μάζα Μ (δηλ. βάρος = Μ·g). Στο κάτω μέρος η σύριγγα είναι κλεισμένη με μια βαλβίδα, έτσι που δεν μπορεί να εισέλθει ή να εξέλθει αέριο Αρχικά η σύριγγα βρίσκεται σε θερμική ισορροπία σε μια δεξαμενή νερού πάγου (θ = 0°C). Η πίεση και ο όγκος στη σύριγγα είναι αρχικά Ραρχική, V αρχικός. Το σύστημα σύριγγα – αέριο μεταφέρεται μέσα σε ατμούς από νερό που βράζει (θ = 100°C). Το αφήνουμε αρκετό χρόνο ώστε να αποκτήσει και πάλι θερμική ισορροπία (ίδια θερμοκρασία με τον ατμό).

3 Μετά Πριν Βάρος εμβόλου Βάρος εμβόλου Πιεστική δύναμη ατμόσφαιρας
Αρχικά η σύριγγα βρίσκεται σε θερμική ισορροπία σε μια δεξαμενή νερού πάγου (θ = 0°C). Η πίεση και ο όγκος στη σύριγγα είναι αρχικά Ραρχική, V αρχικός. Μετά α. Η πίεση είναι μεγαλύτερη, μικρότερη ή ίση με την αρχική; Εξήγησε τη σκέψη σου. Πιεστική δύναμη ατμόσφαιρας Η πιεστική δύναμη του εμβόλου εξισορροπεί τις ίδιες δυνάμεις άρα είναι μετά την εκτόνωση Είναι ίση με πριν Πιεστική δύναμη ατμόσφαιρας Πριν Βάρος εμβόλου Βάρος εμβόλου Πιεστική δύναμη αερίου Πιεστική δύναμη αερίου

4 Αρχικά η σύριγγα βρίσκεται σε θερμική ισορροπία σε μια δεξαμενή νερού πάγου (θ = 0°C). Η πίεση και ο όγκος στη σύριγγα είναι αρχικά Ραρχική, V αρχικός. Η πιεστική δύναμη του εμβόλου εξισορροπεί τις ίδιες δυνάμεις άρα είναι μετά την εκτόνωση Είναι ίση με πριν β. Ο όγκος του αερίου στη σύριγγα είναι μεγαλύτερος, μικρότερος ή ίσος με τον αρχικό. Εξήγησε τη σκέψη σου. β. Ο όγκος του αερίου στη σύριγγα είναι μεγαλύτερος, Από τη σχέση P·V=n·R·T Αφού P = σταθερή, V αυξάνει. Το ότι αυξάνει η Τ σημαίνει ότι η κινητική ενέργεια των μορίων αυξάνει , άρα στην αρχή αυξάνει η πίεση λόγω της αύξησης της συχνότητας των κρούσεων, όμως με την εκτόνωση του αερίου ελαττώνεται η συχνότητα και η πίεση επανέρχεται στην αρχική τιμή όταν έχουμε πάλι ισορροπία

5 γ. Υπάρχει μεταφορά θερμότητας στο αέριο της σύριγγας; Εξήγησε
Υπάρχει μεταφορά θερμότητας λόγω διαφοράς θερμοκρασίας: στην αρχή είχαμε διαφορά 100°C η οποία συνεχώς ελαττώνεται καθώς μεταφέρεται θερμότητα από το νερό που βράζει στο αέριο μέσα στη σύριγγα

6 δ. Παράγεται έργο στο αέριο της σύριγγας; Εξήγησε
Η εξωτερική δύναμη στο σύστημα είναι της ατμόσφαιρας που είναι αντίθετη προς τη μετατόπιση, άρα το έργο που δίνεται στο έμβολο είναι αρνητικό Πιεστική δύναμη ατμόσφαιρας Μετατόπιση εμβόλου

7 ε. Μεταβάλλεται η εσωτερική ενέργεια του αερίου; Εξήγησε
Αφού αυξάνει η θερμοκρασία αυξάνει η κινητική ενέργεια των μορίων δηλ. αυξάνει η εσωτερική ενέργεια του αερίου.

8 Στ. Αναπαραστήστε τη διαδικασία στο διάγραμμα PV.

9 ζ. Ενώ βρίσκεται στο νερό που βράζει το αέριο συμπιέζεται πολύ αργά μέχρις ότου να φθάσει στον αρχικό του όγκο. Το έργο που δίνεται στο αέριο είναι θετικό, αρνητικό ή μηδενικό; Το έργο που δίνεται οφείλεται σε μια εξωτερική δύναμη που έχει την ίδια φορά με τη μετατόπιση, άρα το έργο είναι θετικό

10 η. Η θερμότητα που προσφέρεται στο αέριο είναι θετική, αρνητική ή μηδενική; Εξήγησε.
Το αέριο καθώς συμπιέζεται έχει την τάση να αυξήσει τη θερμοκρασία του, όμως επειδή η μετατόπιση γίνεται πολύ αργά, βρίσκεται συνεχώς σε θερμική ισορροπία με το περιβάλλον, οπότε δίνει θερμότητα στο περιβάλλον, οπότε μπορούμε να πούμε ότι το περιβάλλον του προσφέρει αρνητική θερμότητα.

11 θ. Η μεταβολή της εσωτερικής ενέργεια; του αερίου είναι θετική, αρνητική ή μηδενική; Εξήγησε
Εφόσον δε μεταβάλλεται η θερμοκρασία η εσωτερική ενέργεια δε μεταβάλλεται

12 Βάρος εμβόλου Πιεστική δύναμη αερίου
Η βαλβίδα ανοίγεται και διαφεύγει σιγά- σιγά ένα μέρος του αερίου. Η βαλβίδα κλείνεται, και μετά παρατηρείται ότι το έμβολο είναι σε ένα χαμηλότερο σημείο. Να υποθέσεις ότι το σύστημα βρίσκεται συνεχώς σε ισορροπία με το περιβάλλον.. α. Είναι η τελική πίεση του αερίου μέσα στη σύριγγα μεγαλύτερη, μικρότερη ή ίση με την αρχική πίεση. Για να ισορροπεί το έμβολο, η πιεστική δύναμη του αερίου ισορροπεί το βάρος και την πιεστική δύναμη της ατμόσφαιρας. β. Κατά τη διαδικασία αυτή, ποια από τις ποσότητες P, V, n και T μένει σταθερή και ποια έχει μεταβληθεί; Η πίεση διατηρήθηκε σταθερή το ίδιο και η θερμοκρασία, όμως ελαττώθηκε η μάζα που εκφράζεται με το n και ο όγκος που εκφράζεται με το V. Βάρος εμβόλου Πιεστική δύναμη αερίου

13 2. Μια μακριά βελόνα χρησιμοποιείται για να κρατιέται το έμβολο στη θέση του όπως δείχνεται στο διάγραμμα. Ο κύλινδρος μετά τοποθετείται σε βραστό νερό. α. Η θερμοκρασία του αερίου αυξάνει, ελαττώνεται, ή παραμένει η ίδια; α. Η θερμοκρασία του αερίου αυξάνει καθώς τοποθετείται στο βραστό νερό. β. Κάνε σκίτσο αυτή τη διαδικασία στο διάγραμμα δεξιά PV. β. ο όγκος μένει σταθερός, όμως η πίεση αυξάνει γ . Μεταβλήθηκε η εσωτερική ενέργεια του αερίου μέσα στο έμβολο της σύριγγας; Εξήγησε Αφού αυξήθηκε η θερμοκρασία αυξήθηκε και η εσωτερική ενέργεια

14 ε. Μετά που σταθεροποιήθηκε η θερμοκρασία στο νερό που βράζει, αφαιρούμε τη σύριγγα. Το αέριο εκτονώνεται. Η τελική πίεση είναι: μεγαλύτερη, μικρότερη ή ίση με την πίεση που είχε με κλειστή τη σύριγγα; Αφού το αέριο εκτονώνεται η τελική πίεση είναι: μικρότερη από την πίεση που είχε με κλειστή τη σύριγγα;

15 στ. Μετά που σταθεροποιήθηκε η θερμοκρασία στο νερό που βράζει, μεταφέρουμε τη σύριγγα χωρίς τη βελόνα μέσα σε ένα «λουτρό» από νερό και πάγο, όπου αφού αποκτήσει τη θερμοκρασία του πάγου, Τώρα το έμβολο μετακινείται πολύ αργά, με τέτοιο τρόπο ώστε το αέριο να βρίσκεται πάντα σε θερμική ισορροπία με το μείγμα πάγου – νερού. ζ. Παράστησε τη διαδικασία σε ένα διάγραμμα PV Εφόσον η διαδικασία είναι πολύ αργή η θερμοκρασία είναι σταθερή και ίση με Τ = 273° Κ(=273 +0), άρα σύμφωνα με το νόμο των αερίων P·V είναι σταθερή, ακολουθεί μία ΥΠΕΡΒΟΛΗ

16 Μετατόπιση εμβόλου Εξωτερική δύναμη
η. Μεταβάλλεται η θερμοκρασία του αερίου; Εξήγησε η θερμοκρασία του αερίου ΔΕ ΜΕΤΑΒΑΛΛΕΤΑΙ αφού βρίσκεται συνεχώς σε θερμική ισορροπία θ. Μεταβάλλεται η εσωτερική ενέργεια του αερίου; Εξήγησε Η εσωτερική ενέργεια του αερίου ΔΕ ΜΕΤΑΒΑΛΛΕΤΑΙ αφού η θερμοκρασία δε μεταβάλλεται, άρα δε μεταβάλλεται η κινητική ενέργεια των μορίων. ι. Το έργο που δόθηκε στο αέριο είναι θετικό ή αρνητικό;. Το έργο που δόθηκε στο αέριο είναι θετικό καθώς η εξωτερική δύναμη προς τα δεξιά και μετατόπιση προς τα δεξιά ια. Το αέριο έχασε ή κέρδισε θερμότητα σ’ αυτή τη διαδικασία; Το αέριο έχασε θερμότητα σ’ αυτή τη διαδικασία γιατί ενώ συμπιεζόταν λόγω του θετικού έργου που του δίνει το έμβολο, θα αύξανε η εσωτερική ενέργεια λόγω της αύξησης της κινητικής ενέργειας. Όμως αφού δεν αυξάνει η εσωτερική ενέργεια θα πρέπει να αποβάλλεται με άτακτες κινήσεις στο περιβάλλον δηλ. να χάνει θερμότητα. ιβ. Το νερό έχασε ή κέρδισε θερμότητα σ’ αυτή τη διαδικασία; Το νερό κέρδισε θερμότητα ίση με αυτή που έχασε το αέριο Μετατόπιση εμβόλου Εξωτερική δύναμη

17 Ένα γραμμομόριο ενός ιδανικού αερίου είναι μέσα σε ένα δοχείο με κινητό έμβολο. Τα ερωτήματα πιο κάτω αναφέρονται στις διαδικασίες που φαίνονται στο διάγραμμα PV δεξιά. Η διαδικασία Ι είναι μία μεταβολή από την κατάσταση Α (PA=5, VA=1) στην κατάσταση Β (PB=5, VB=5) με σταθερή πίεση. Η διαδικασία ΙΙ είναι μια μεταβολή από την κατάσταση B στην κατάσταση Γ έχοντας σταθερό όγκο V=5. Όταν η πίεση γίνει ίση με 1 (σημείο Γ) το αέριο συμπιέζεται από τον όγκο 5 (όγκος VΓ) στον όγκο 1 (όγκος VΔ). Μετά τοποθετείται σε μια πηγή θερμότητας κρατώντας σταθερό το έμβολο ενώ αυξάνει η πίεση.

18 α. Να ταξινομήσεις τις θερμοκρασίες των καταστάσεων Α, Β,Γ, και Δ
α. Να ταξινομήσεις τις θερμοκρασίες των καταστάσεων Α, Β,Γ, και Δ. Αν κάποιες θερμοκρασίες είναι ίσες, να το διατυπώσεις καθαρά. Εξήγησε. Τ=P·V/(n·R) αν θεωρήσω τον παρονομαστή =1 για ευκολία έχω ΤΑ = 5·1 ΤΒ = 5·5 ΤΓ = 1·5 ΤΔ = 1·1 Άρα ΤΒ=25> ΤΑ = ΤΓ = 5> ΤΔ =1 β. Στις ποιες από τις διαδικασίες Ι, ΙΙ, ΙΙΙ και IV, το έμβολο κινείται προς τα μέσα, κινείται προς τα έξω, ή δε μετακινείται; Εξήγησε. Προς τα έξω : διαδικασία Ι αφού έχω αύξηση του όγκου, Προς τα μέσα Διαδικασία ΙΙΙ, αφού έχουμε ελάττωση του όγκου. Ακίνητο στις Διαδικασίες ΙΙΙ και IV, αφού δεν έχω μεταβολή

19 γ. Με βάση την απάντηση σου στο μέρος β, να διατυπώσεις αν οι ακόλουθες ποσότητες είναι θετικές, αρνητικές ή μηδενικές. Να εξηγήσεις τη λογική σου με το να αναφερθείς σε μια δύναμη και μια μετατόπιση. i. Το έργο που παράγεται στο αέριο κατά τη διαδικασία Ι (WI): είναι αρνητικό, γιατί η εξωτερική δύναμη είναι προς τα μέσα με μετακίνηση προς τα έξω ii. Το έργο που παράγεται στο αέριο κατά τη Διαδικασία ΙΙ (WII): Μηδέν :ακίνητο έμβολο iii. Το έργο που παράγεται στο αέριο κατά τη Διαδικασία ΙΙ I(WIIi) Θετικό, η εξωτερική δύναμη προς τα μέσα και η μετακίνηση προς τα μέσα iv. Το έργο που παράγεται στο αέριο κατά τη Διαδικασία ΙV (WIv). Μηδενικό, το έμβολο είναι ακίνητο

20 δ. Στη διαδικασία Ι, η μεταφορά θερμότητας στο αέριο είναι θετική, αρνητική, ή μηδενική; Εξήγησε
Στη διαδικασία Ι έχουμε αύξηση της θερμοκρασίας, άρα αύξηση της εσωτερικής ενέργειας, άρα αφού έχουμε έργο αρνητικό, η θερμότητα θα είναι θετική Στη διαδικασία ΙI, η μεταφορά θερμότητας στο αέριο είναι θετική, αρνητική, ή μηδενική; Εξήγησε Στη διαδικασία ΙΙ η εσωτερική ενέργεια ελαττώνεται αφού ελαττώνεται η θερμοκρασία, το έργο=0 άρα η θερμότητα αρνητική. Στη διαδικασία ΙII, η μεταφορά θερμότητας στο αέριο είναι θετική, αρνητική, ή μηδενική; Εξήγησε: Η εσωτερική ενέργεια ελαττώνεται, το έργο είναι θετικό άρα η μεταφορά θερμότητας είναι αρνητική Στη διαδικασία ΙV, η μεταφορά θερμότητας στο αέριο είναι θετική, αρνητική, ή μηδενική; Εξήγησε : Η εσωτερική ενέργεια αυξάνει, το έργο είναι μηδέν άρα η μεταφορά θερμότητας θετική.