Matura tuż za rogiem… Tydzień #7

Termodynamika

Siódmy tydzień poświęcony jest powtórce dużego i ważnego działu – termodynamice. Drobne elementy tego zagadnienia pojawiły się w już w gimnazjum, ale trzon materiału to poziom rozszerzony szkoły średniej.

Podstawa programowa

Co wobec tego trzeba wiedzieć, rozumieć i umieć? 

Szczegółowe wymagania egzaminacyjne

Zdający:

Energia.
(GIM) analizuje jakościowo zmiany energii wewnętrznej spowodowane wykonaniem pracy i przepływem ciepła;
(GIM) wyjaśnia związek między energią kinetyczną cząsteczek i temperaturą;

Termodynamika.
(LO) wyjaśnia założenia gazu doskonałego i stosuje równanie gazu doskonałego (równanie Clapeyrona) do wyznaczenia parametrów gazu;
(LO) opisuje przemianę izotermiczną, izobaryczną i izochoryczną;
(LO) interpretuje wykresy ilustrujące przemiany gazu doskonałego;
(LO) opisuje związek pomiędzy temperaturą w skali Kelwina a średnią energią kinetyczną cząsteczek;
(LO) stosuje pierwszą zasadę termodynamiki, odróżnia przekaz energii w formie pracy od przekazu energii w formie ciepła;
(LO) oblicza zmianę energii wewnętrznej w przemianach izobarycznej i izochorycznej oraz pracę wykonaną w przemianie izobarycznej;
(LO) posługuje się pojęciem ciepła molowego w przemianach gazowych;
(LO) analizuje pierwszą zasadę termodynamiki jako zasadę zachowania energii;
(LO) interpretuje drugą zasadę termodynamiki;
(LO) analizuje przedstawione cykle termodynamiczne, oblicza sprawność silników cieplnych w oparciu o wymieniane ciepło i wykonaną pracę;

Równania

Jakie równania związane z tą tematyką znajdziemy w karcie wzorów maturalnych?

Zestaw zadań

Zadanie 1

Rysunek przedstawia cykl przemian termodynamicznych 400 gramów helu He-4. W zadaniu zakładamy, że hel jest gazem doskonałym.

a) Dla kolejnych etapów cyklu uzupełnij tabelę wpisując odpowiedni tekst.

b) Oblicz ilość cząsteczek helu.

c) Wyjaśnij dlaczego gazu doskonałego nie można skroplić.

d) Oblicz objętość tego gazu w warunkach opisywanych na wykresie punktem C.

Zadanie 2

Rysunek przedstawia cykl przemian termodynamicznych 20 moli neonu Ne-20. W zadaniu zakładamy, że neon jest gazem doskonałym.

a) Dla kolejnych etapów cyklu uzupełnij tabelę wpisując odpowiedni tekst.

b) Wykaż, że masa cząsteczki tego gazu wynosi około 3.32 x 10-26 kg.

c) Określ dwie podstawowe różnice, wynikające z modelu gazu doskonałego, występujące pomiędzy gazem doskonałym a gazem rzeczywistym.

d) Oblicz temperaturę tego gazu w warunkach opisywanych na wykresie punktem A.

Zadanie 3

Na wykresie przedstawiono cykl przemian termodynamicznych 2 moli gazu doskonałego zamkniętego w cylindrze z ruchomym tłokiem. Kierunek przemian określono kolejnym literami alfabetu – ABC. Ciepło molowe przy stałym ciśnieniu dla tego gazu wynosi 2.5R.

a) Oblicz objętość gazu w punktach A, B i C.

b) Narysuj wykres tych przemian w układzie p(V) (na rysunku obok). Wyskaluj osie.

c) W której przemianie wykonywana była praca nad gazem, w której przez gaz, a w której praca nie była wykonywana?

praca wykonywana nad gazem __________________________
praca wykonywana przez gaz   __________________________
praca nie jest wykonywana       __________________________

d) Oblicz zmianę energii wewnętrznej w przemianie AB i podaj, czy energia wewnętrzna zmalała czy wzrosła.

e) Przyjmij, że opisywany gaz jest jednoatomowy, a jego masa molowa wynosi 2 g mol-1.
W pewnym momencie przemiany AB jego temperatura wynosi 800K.
Oblicz średnią energię kinetyczną atomów tego gazu w tej temperaturze.

Zadanie 4

Wykonując odpowiednie obliczenia, sprawdź, czy krzywa przedstawiona poniżej reprezentuje przemianę izotermiczną gazu doskonałego.

Zadanie 5
Arkusz egzaminu maturalnego z fizyki CKE – maj 2020 – poziom rozszerzony.
Zadanie 6
Arkusz egzaminu maturalnego z fizyki CKE – maj 2020 – poziom rozszerzony.
Zadanie 7
Arkusz egzaminu maturalnego z fizyki CKE – maj 2019 – poziom rozszerzony.
Zadanie 8
Arkusz egzaminu maturalnego z fizyki CKE – maj 2018 – poziom rozszerzony.
Zadanie 9
Arkusz egzaminu maturalnego z fizyki CKE – maj 20194 – poziom podstawowy.
Zadanie 10
Arkusz egzaminu maturalnego z fizyki CKE – maj 2012 – poziom rozszerzony.


Odpowiedzi do zadań

Zadanie 1

a)

b) 6.02 x 1025

c) Według założeń modelu gazu doskonałego cząsteczki takiego gazu nie oddziałują ze sobą.

d) 0.05 m3

Zadanie 2

a)

c) zakłada się, że cząsteczki gazu doskonałego są punktami materialnymi oraz że nie oddziałują ze sobą.

d) ~602K

Zadanie 3

a) 33.24 dm3, 33.24 dm3, 13.3 dm3

b)

c) BC, CA, AB

d) 15 kJ, wzrasta

e) 1.66 x 10-20J

Zadanie 4

Należy sprawdzić, czy iloczyn współrzędnych dla co najmniej trzech punktów krzywej ma tę samą wartość. W tym przypadku wynosi 2.1 x 105 Pa m3

Zadanie 5
Zadanie 6
Zadanie 7
Zadanie 8
Zadanie 9
Zadanie 10

Symulacje

%d blogerów lubi to: