Τράπεζα θεμάτων Β λυκείου φυσική προσανατολισμού 16107

wall Tv

Η φωτογραφία δείχνει ένα τοίχο από τηλεοράσεις και ένα νέο άνθρωπο να κάθεται σκεφτικός μπροστά τους. Προτείνουμε να αφήσετε την τηλεόραση και να ανοίξετε ένα βιβλίο. Δώστε ερεθίσματα στον εγκέφαλο σας (ειδικά οι νεότεροι) και θα δημιουργηθούν σκέψεις .

Η άσκηση που σας παρουσιάζουμε έχει μόνο μία άγνωστη μεταβολή, μια άσκηση κλασσική που έπρεπε να υπάρχει και σε αυτή την συλλογή ασκήσεων.

Επιστρέψτε στη σελίδα που φιλοξενεί όλα τα θέματα.

ΘΕΜΑ Δ

Ορισμένη ποσότητα ιδανικού αερίου πραγματοποιεί την αντιστρεπτή μεταβολή ΑΒ του σχήματος από την κατάσταση θερμοδυναμικής ισορροπίας Α στην κατάσταση θερμοδυναμικής ισορροπίας Β. 16107 b kat Δ1. Να βρεθεί η πίεση του αερίου στην κατάσταση θερμοδυναμικής ισορροπίας Α.

Δ2. Να υπολογισθεί το παραγόμενο έργο.

Δ3. Να υπολογισθεί η θερμότητα που ανταλλάσσει το αέριο με το περιβάλλον.

Δ4. Να βρεθεί πόσες φορές είναι μεγαλύτερη η μέση κινητική ενέργεια των μορίων στην κατάσταση θερμοδυναμικής ισορροπίας Β από την αντίστοιχη στην κατάσταση θερμοδυναμικής ισορροπίας Α.

Δίνεται ότι: Cv = 3∙R / 2, όπου R είναι η σταθερά των ιδανικών αερίων και 1 L = 10-3 m.

Λύση

Δ1. Αν ο μαθητής παρατηρήσει ότι η ευθεία περνάει από την αρχή των αξόνων, μπορεί εύκολα να διαπιστώσει ότι τα ποσά είναι ανάλογα, άρα: ΡΑ / VA = ΡB / VB ⇒ ΡΑ = Ρ· VA / VB ⇒ ΡΑ = 1,8·105·( 2·10-3 / 4·10-3) ⇒ ΡΑ = 0,9·10N / m² .

(Την παραπάνω διδακτική προσέγγιση μας έδωσε ο Διονύσης Μάργαρης, τον ευχαριστούμε)

Σκέψη που έδωσε ο συνάδελφος Φίλιππος Βαρδάκης: Η ευθεία του σχήματος (που δίνεται) έχει την ίδια κλίση στα Α και Β, άρα: ΡΑ / VA = ΡB / VB ⇒ ΡΑ =  η συνέχεια είναι η ίδια.. Εμείς ξεκινήσαμε με την καταστατική, είδαμε το πρόβλημα με τις άγνωστες θερμοκρασίες και δώσαμε λύση μέσω της κλίσης (παρόμοια με του Φίλιππα, χωρίς να πιστεύουμε ότι το ερώτημα εξηγήθηκε)

Δ2. To έργο της Α → Β μεταβολής μπορούμε να το υπολογίσουμε από το εμβαδό στο Ρ – V διάγραμμα: WΑB = εμβαδό τραπεζίου = ½·(1,8 + 0,9)·105· (4 – 2)·10-3 ⇒ WΑB = 270 joule .

Δ3. H μεταβολή της εσωτερικής ενέργειας στην Α → Β :

ΔUΑB = n·Cv·ΔΤΑB ⇒ ΔUΑB = n·(3·R / 2)·(TB – TA)  ⇒ ΔUΑB = (3 / 2)·(n·R·TB – n·R·TA) ⇒ ΔUΑB = (3 / 2)·(PB·VB – PA·VA)  ⇒ ΔUΑB = (3 / 2)·(1,8·105·4·10-3 – 0,9·105·2·10-3) ⇒ ΔUΑB = 810 joule .

O 1oς θερμοδυναμικός νόμος στην Α → Β μεταβολή:

(ο 1ος θερμοδυναμικός νόμος είναι μια άλλη έκφραση της αρχής διατήρησης της ενέργειας, η ενέργεια μεταφέρεται και μετασχηματίζεται αλλά ούτε δημιουργείται ούτε καταστρέφεται)

QΑB = WΑB + ΔUΑB ⇒ QΑB = 2700 + 8100 ⇒ QΑB = 1080 joyle.

Δ4. Μας ζητάει να συγκρίνουμε την μέση κινητική ενέργεια των μορίων στην κατάσταση θερμοδυναμικής ισορροπίας Β με την αντίστοιχη στην κατάσταση Α.

Κμ = (3 / 2)·k·T η μέση κινητική ενέργεια (εξαρτάται μόνο από την θερμοκρασία), άρα στις καταστάσεις Α και Β θα δίνεται:

Κμ,Α = (3 / 2)·k·TΑ  και Κμ,Β = (3 / 2)·k·TΒ  ,

(όταν θέλουμε να συγκρίνουμε δύο μεγέθη στη φυσική, τα διαιρούμε μεταξύ τους)

Κμ,Β / Κμ,Α = (3 / 2)·k·TΒ  / (3 / 2)·k·TΑ ⇒ Κμ,Β / Κμ,Α = TΒ  / TΑ  .

Από την καταστατική εξίσωση ΡΑ ·VA = n·R·TA ⇒ TA = ΡΑ ·VA / n·R ανάλογα TΒ = ΡΒ ·VΒ / n·R , άρα

Κμ,Β / Κμ,Α = TΒ  / TΑ ⇒ Κμ,Β / Κμ,Α = (ΡΒ ·VΒ / n·R) / (ΡΑ ·VA / n·R) ⇒ Κμ,Β / Κμ,Α = ΡΒ ·VΒ / ΡΑ ·V⇒ Κμ,Β / Κμ,Α = 1,8·105· 4·10-3 / 0,9·105·2·10-3 ⇒  Κμ,Β / Κμ,Α = 4 ⇒  Κμ,Β = 4·Κμ,Α .

Μια άσκηση που μας άρεσε, έχει διδακτική αξία. Προτείνουμε να διδαχθεί στη τάξη. Το πρώτο ερώτημα μπορεί να διατυπωθεί καλύτερα.

Επιστρέψτε στη σελίδα που φιλοξενεί όλα τα θέματα.

Advertisements

4 thoughts on “Τράπεζα θεμάτων Β λυκείου φυσική προσανατολισμού 16107

Σχολιάστε

Εισάγετε τα παρακάτω στοιχεία ή επιλέξτε ένα εικονίδιο για να συνδεθείτε:

Λογότυπο WordPress.com

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό WordPress.com. Αποσύνδεση / Αλλαγή )

Φωτογραφία Twitter

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Twitter. Αποσύνδεση / Αλλαγή )

Φωτογραφία Facebook

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Facebook. Αποσύνδεση / Αλλαγή )

Φωτογραφία Google+

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Google+. Αποσύνδεση / Αλλαγή )

Σύνδεση με %s