Θερμικές μηχανές. Φύλλο εργασίας.

Στο παρακάτω σχήμα δίνεται μια ατμομηχανή.

Ποια είναι η δεξαμενή ψηλής και ποια χαμηλής θερμοκρασίας;

Δείτε όλο το φύλλο εργασίας κάνοντας κλικ εδώ.

Θερμικές μηχανές. Ένα Test

Μια θερμική μηχανή χρησιμοποιεί μια ποσότητα ιδανικού μονοατομικού αερίου και εκτελεί την κυκλική μεταβολή του σχήματος όπου μεταβολή ΒΓ είναι ισόθερμη. Δίνεται ότι ln2=0,7 και 1atm= 10⁵Ν/m².

Ζητούνται:

i)  Η θερμότητα και η μεταβολή της εσωτερικής ενέργειας κατά τη μεταβολή ΑΒ.

ii)  Η μεταβολή της εσωτερικής ενέργειας κατά τη μεταβολή ΓΑ.

iii) Το έργο και η θερμότητα που ανταλλάσσει το αέριο με το περιβάλλον κατά τη μεταβολή ΓΑ.

iv)  Η απόδοση της  θερμικής μηχανής.

Δείτε το και σε pdf.

Ένα απλό ηλεκτρικό κύκλωμα.

Δίνεται το κύκλωμα που συναρμολογήσαμε στο εργαστήριο (το μεγάλο κουτί στην εικόνα είναι ένα τροφοδοτικό, το οποίο να αντιμετωπίσετε σαν μια πηγή συνεχούς τάσης).

i)    Σχεδιάστε το κύκλωμα.

ii)  Αν η ένδειξη του  αμπερομέτρου είναι  0,4 Α και του βολτομέτρου 2V, να υπολογίστε την αντίσταση του αντιστάτη, θεωρώντας το βολτόμετρο ιδανικό.

iii) Αν η τάση που μας παρέχει το τροφοδοτικό είναι 2,2V, να βρείτε την εσωτερική αντίσταση του αμπερομέτρου.

Απάντηση:

Απόδοση θερμικής μηχανής.

Μια θερμική μηχανή στρέφεται με συχνότητα f=30Ηz (εκτελεί 30 κύκλους το δευτερόλεπτο), διαγράφοντας την κυκλική μεταβολή του σχήματος, όπου η μεταβολή ΑΒ είναι αδιαβατική:

i)   Πόση είναι  η ισχύς της μηχανής;

ii)  Να βρεθεί η απόδοση της θερμικής μηχανής.

Απάντηση:

Μια ευθύγραμμη μεταβολή σε μια θερμική μηχανή.

Το αέριο μιας θερμικής μηχανής  διαγράφει την κυκλική μεταβολή του παρακάτω σχήματος, όπου κατά τη διάρκεια της ΑΒ, απορροφά θερμότητα 4.200J.

i)  Να υπολογιστεί η απόδοση της θερμικής μηχανής.

ii)  Να βρεθεί για το αέριο αυτό ο λόγος γ=C_p/C_v.

Απάντηση:

Γραμμομοριακή θερμότητα αερίου.

Μια ποσότητα αερίου απορροφώντας  θερμότητα 4.000J πηγαίνει από την κατάσταση Α στην κατάσταση Β, ευθύγραμμα όπως το σχήμα.

i)   Να βρεθεί η γραμμομοριακή ειδική θερμότητα του αερίου για την παραπάνω μεταβολή.

ii)  Αν το αέριο πήγαινε από την κατάσταση Α στην κατάσταση Β μέσω της διαδρομής Α→Γ→Β, πόση θερμότητα θα απορροφούσε;

Δίνεται 1atm= 1∙10⁵Ν/m².

Απάντηση:

Ενταση - Δυναμικό σύνθετου ηλεκτρικού πεδίου

Στις κορυφές Α, Β και Γ τριγώνου ΑΒΓ πλευράς ΒΓ = 0,2m, συγκρατούνται ακίνητα τα σημειακά φορτία q_Α = -6 μC και q_Β = q_Γ = q = -2 μC .

Να υπολογίσετε:

α) Την ένταση του ηλεκτρικού πεδίου των τριών φορτίων, στο μέσο M της πλευράς ΒΓ, αν ΑΜ = 0,1m.

β) Το συνολικό δυναμικό του ηλεκτρικού πεδίου των τριών φορτίων, στο μέσο M της πλευράς ΒΓ.

γ) Το έργο της δύναμης του πεδίου για τη μετακίνηση ενός φορτίου q₃ = -3μC από το σημείο Μ στο άπειρο.

δ) Τη δυναμική ενέργεια που θα αποκτήσει το φορτίο q₃ = -3μC, όταν τοποθετηθεί στο σημείο Μ. Τι εκφράζει το πρόσημό της;

ε) Την κινητική ενέργεια με την οποία φτάνει το q₃ στο άπειρο, αν αφεθεί ελεύθερο στο σημείο Μ. Τι παρατηρείτε;

Δίνεται: k = 9·10⁹ Ν·m²/C²

Η συνέχεια ΕΔΩ

1ος Θερμοδυναμικός νόμος σε μεταβολές αερίων.

Ένα αέριο εκτελεί την κυκλική μεταβολή του σχήματος, όπου Ρ_Α=4.10⁵ N/m², V_Α=20L και V_Β=40L.

Αν κατά την μεταβολή ΑΒ το αέριο προσλαμβάνει θερμότητα 20.000J, ενώ κατά την με ταβολή ΒΓ αποβάλλει θερμότητα 7.000J, να βρεθούν το έργο, η μεταβολή της εσωτερικής ενέργειας και η θερμότητα που ανταλλάσσει το αέριο με το περιβάλλον στη μεταβολή ΓΑ.

Απάντηση:

Δυο ερωτήσεις σε μια μεταβολή.

Δίνεται η αντιστρεπτή, ευθύγραμμη σε άξονες p-V, μεταβολή ΑΒ, όπου οι καταστάσεις Α και Β ανήκουν σε  μια αδιαβατική εκτόνωση.

i)    Το ποσό της θερμότητας που ανταλλάσσει το αέριο με το περιβάλλον κατά τη μεταβολή ΑΒ, είναι θετικό, αρνητικό ή μηδέν;

ii)   Να αποδείξτε ότι στη διάρκεια της ευθύγραμμης αυτής μεταβολής, το αέριο δεν μπορεί να απορροφά συνεχώς θερμότητα από το περιβάλλον, αλλά σε κάποιο τμήμα της  αποβάλει θερμότητα.

Απάντηση:

Μια ευθύγραμμη αντιστρεπτή μεταβολή.

Η θερμοκρασία και ο όγκος ορισμένης ποσότητας ιδανικού αερίου μεταβάλλονται όπως φαίνεται στο διπλανό σχήμα.

α.   Στη μεταβολή αυτή η πίεση παραμένει σταθερή αυξάνεται ή μειώνεται;

β.   Η θερμότητα που ανταλλάσσει το αέριο με το περιβάλλον είναι θετικό, αρνητικό ή μηδέν;

Να δικαιολογήστε πλήρως τις  απαντήσεις σας.

Απάντηση:

Ένας πυκνωτής φορτισμένος.

Στο παρακάτω σχήμα ο επίπεδος πυκνωτής χωρητικότητας C=1nF φορτίζεται από μια πηγή τάσης V=50V, οι οπλισμοί του απέχουν ℓ=1cm, ο διακόπτης δ₂ είναι κλειστός, ενώ ο δ₁ ανοικτός.

i)    Πόσο είναι το φορτίο κάθε οπλισμού του πυκνωτή;

ii)   Μπορείτε να βρείτε το δυναμικό του οπλισμού Α;

iii)  Κλείνουμε το διακόπτη δ₁. Δίνεται ότι το δυναμικό της Γης είναι μηδέν, οπότε το σημείο Γ του κυκλώματος που «γειώνεται» αποκτά δυναμικό ίσο με μηδέν.

Χαρακτηρίστε ως σωστές ή λανθασμένες τις παρακάτω προτάσεις.

α) Το φορτίο του πυκνωτή θα αυξηθεί.

β)  Θα φύγουν ηλεκτρόνια από τον οπλισμό Β και θα πάνε στη Γη.

γ)  Η ενέργεια του πυκνωτή θα μειωθεί.

δ)  Το δυναμικό του οπλισμού Α γίνεται ίσο με 50V.

iv)  Ανοίγουμε τώρα τον διακόπτη δ₂. Πόσο γίνεται τώρα το δυναμικό του οπλισμού Α;

v)  Φέρνουμε ένα σημειακό φορτίο q₁=1pC πολύ κοντά στον θετικό οπλισμό. Να βρείτε:

α)  Τη δύναμη που δέχεται από το πεδίο.

β)  Τη δυναμική ενέργεια του  φορτίου q₁.

Απάντηση:

Ισόθερμη και αδιαβατική μεταβολή.

Ένα αέριο βρίσκεται σε δοχείο που κλείνεται με έμβολο σε κατάσταση Α με πίεση p₁=32∙10⁵Ν/m².

i)   Απορροφώντας θερμότητα Q₁=19.200ℓn2 J ισόθερμα, το αέριο έρχεται σε κατάσταση Β με πίεση p₂=4∙10⁵Ν/m². Να βρεθεί ο όγκος στην κατάσταση Α.

ii)  Το ίδιο αέριο έρχεται από την κατάσταση Α σε κατάσταση Γ, σε πίεση p₃=1∙10⁵Ν/m² αδιαβατικά. Αν για το αέριο αυτό γ=5/3, ζητούνται:

α)  Να βρεθεί ο όγκος V_Γ.

β)  Το έργο κατά την αδιαβατική εκτόνωση.

γ)   Να παρασταθούν στους ίδιους άξονες p-V οι μεταβολές ΑΒ και ΑΓ.

δ)  Αν το αέριο μετέβαινε από την κατάσταση Β στην κατάσταση Γ αντιστρεπτά, ακολουθώντας τον «συντομότερο δρόμο», πόση θερμότητα θα αντάλλασσε το αέριο με το περιβάλλον του;

Απάντηση: