30 câu trắc nghiệm Cơ sở của nhiệt động lực học nâng cao (P2)
-
4757 lượt thi
-
15 câu hỏi
-
30 phút
Danh sách câu hỏi
Câu 1:
Để giữ nhiệt độ trong phòng là 20oC, người ta dùng một máy lạnh trong trường hợp này người ta gọi là máy điều hòa không khí, mỗi giờ tiêu thụ công bằng 5.106J. Tính nhiệt lượng lấy đi từ không khí trong phòng mỗi giờ, biết rằng hiệu năng của máy lạnh là ε = 4.
Đáp án: A
Hiệu năng của máy lạnh:
ε = Q2/A
Q2 là nhiệt lượng lấy đi từ không khí trong phòng mỗi giờ.
→ Q2 = 5.106.4 = 20.106J
Câu 2:
Người ta đốt nóng cho dãn nở đẳng áp 20 g ôxi ở áp suất 2,8 at và nhiệt độ 27 oC đến thể tích 8 lít. Cho ôxi có μ = 32g/mol, lấy R = 8,31J/mol.K, nhiệt dung riêng đẳng áp Cp = 0,91.103 J/kg.K; 1at = 9,81.104N/m2. Độ biến thiên nội năng của khí trong quá trình dãn nở là:
Đáp án: C
Ở trạng thái cuối ta có:
Thể tích:
V2 = 8.10-3 m3
Áp suất:
p = 2,8 at = 2,8.9,81.104 N/m2.
Mặt khác:
Công của khí sinh ra khi dãn nở trong quá trình đẳng áp:
Chú ý rằng:
Độ biến thiên nội năng:
∆U = A + Q
Với quy ước dấu, khí sinh công A < 0, nhận nhiệt Q > 0.
Trong đó:
Câu 3:
Ở động cơ nhiệt, nhiệt độ của nguồn nóng là 520oC, của nguồn lạnh là 20oC. Hỏi công cực đại mà động cơ thực hiện được nếu nó nhận từ nguồn nóng nhiệt lượng 107J? Công cực đại là công mà động cơ nhiệt sinh ra nếu hiệu suất của nó là cực đại.
Đáp án: B
Ta có:
Công cực đại:
Amax= 107.0,63 = 6,3.106J
Câu 4:
Hiệu suất thực của một máy hơi nước bằng nửa hiệu suất cực đại. Nhiệt độ của hơi khi ra khỏi lò hơi (nguồn nóng) là 277oC và nhiệt độ của buồng ngưng (nguồn lạnh) là 77oC. Tính công suất của máy hơi nước này nếu mỗi giờ nó tiêu thụ 700kg than có năng suất tỏa nhiệt là 31.106J/kg
Đáp án: D
Hiệu suất thực của máy hơi nước là:
Mặt khác:
H = A/Q1 → A = H.Q1
Công suất của máy hơi nước:
(năng suất tỏa nhiệt của nhiên liệu là nhiệt lượng tỏa ra khi đốt cháy hết 1 đơn vị khối lượng nhiên liệu).
Câu 5:
Nhiệt độ của không khí trong căn phòng rộng 80 m3 là 17 oC. Sau khi sưởi ấm nhiệt độ của phòng là 27 oC. Tính công mà không khí của căn phòng sinh ra khi dãn đẳng áp ở áp suất 105 Pa.
Đáp án: B
Công của không khí sinh ra khi dãn đẳng áp ở áp suất 105 Pa:
A = p.∆V = p.(V2 – V1) (1)
Áp dụng phương trình Clapêrôn – Menđêlêep, ta có:
Trừ về theo vế của hai phương trình ta được:
Từ (1) và (2) ta có:
Thay số ta được:
Câu 6:
Một động cơ nhiệt làm việc sau một thời gian thì tác nhân đã nhận từ nguồn nóng nhiệt lượng 2,5.106 J, truyền cho nguồn lạnh nhiệt lượng 1,8.106 J. Hiệu suất thực của động cơ nhiệt này bằng bao nhiêu lần so với hiệu suất cực đại nếu nhiệt độ của nguồn nóng và nguồn lạnh lần lượt là 2870C và 470C.
Đáp án: A
Hiệu suất thực:
Hiệu suất cực đại:
So sánh:
Câu 7:
Một máy lạnh có hiệu năng cực đại hoạt động giữa nguồn lạnh ở nhiệt độ là -7oC và nguồn nóng ở nhiệt độ là 47oC. Nếu máy được cung cấp công từ một động cơ điện có công suất 80W thì mỗi giờ máy lạnh có thể lấy đi từ nguồn lạnh một nhiệt lượng là bao nhiêu? Biết rằng máy chỉ cần làm việc 1/3 thời gian nhờ cơ chế điều nhiệt trong máy lạnh.
Đáp án: A
Dùng công thức
ta tính được:
Vì theo định nghĩa thì
Do động cơ điện chỉ cần làm việc 1/3 thời gian nên mỗi giờ động cơ điện cung cấp một công là:
A = P.t = 80.1200 = 96000J.
Từ đó ta tính được:
Q2 = 5,4.96000 = 518400J.
Câu 8:
Khi truyền nhiệt lượng 6.106 J cho khí trong một xilanh hình trụ thì khí nở ra đẩy pit-tông lên làm thể tích của khí tăng thêm 0,50 m3. Tính độ biến thiên nội năng của khí. Biết áp suất của khí là 8.106 N/m2 và coi áp suất này không đổi trong quá trình khí thực hiện công.
Đáp án: C
Gọi S là diện tích tiết diện thẳng của xilanh, h là quãng đường pittông dịch chuyển, P là áp suất khí trong xilanh, ta có:
Công mà chất khí thực hiện có độ lớn là:
A = F.h = P.S.h = P.ΔV
= 8.106.0,5 = 4.106 J.
Vì chất khí thực hiện công và nhận nhiệt nên:
Q > 0, A < 0
Ta có:
ΔU = A + Q
= - 4.106 + 6.106 = 2.106 (J)
Vậy độ biến thiên nội năng của khí là:
ΔU = 2.106 (J)
Câu 9:
Một máy hơi nước có công suất 28 kW, nhiệt độ nguồn nóng là t1 = 227 oC, nguồn lạnh là t2 = 57 oC. Biết hiệu suất của động cơ này bằng 2/3 lần hiệu suất lý tưởng ứng với 2 nhiệt độ trên. Tính lượng than tiêu thụ trong thời gian 5 giờ, biết năng suất tỏa nhiệt của than là q = 34.106J.
Đáp án: B
Hiệu suất lý tưởng:
Hiệu suất động cơ:
Mặt khác:
Lượng than cần dùng:
Câu 10:
Một bình nhôm khối lượng 0,5 kg chứa 0,118 kg nước ở nhiệt độ 20 oC. Người ta thả vào bình một miếng sắt khối lượng 0,2 kg được nung nóng tới 75 oC. Bỏ qua sự truyền nhiệt ra môi trường bên ngoài. Nhiệt dung riêng của nhôm là 0,92.103 J/(kg.K); của nước là 4,18.103 J(kg.K); của sắt là 0,46. 103 J(kg.K). Xác định nhiệt độ của nước khi bắt đầu có sự cân bằng nhiệt.
Đáp án: D
Nhiệt lượng mà nước thu vào cho đến khi cân bằng nhiệt:
Q1= m1c1Δt1
Nhiệt lượng mà bình nhôm thu vào cho đến khi cân bằng nhiệt:
Q2 = m2c2Δt2
Nhiệt lượng miếng sắt tỏa ra cho đến khi cân bằng nhiệt:
Q3= m3 c3 Δt3
Tổng nhiệt lượng thu vào bằng nhiệt lượng tỏa ra:
Q1 + Q2 = Q3
→ (m1c1 + m2c2)Δt1 = m3c3Δt3
Thay số ta được:
(0,118.4,18.103 + 0,5.0,92.103)(t - 20)
= 0,2.0,46.103(75 - t)
=> t = 24,8oC.
Vậy nhiệt độ cân bằng trong bình là:
Câu 11:
Một nhiệt lượng kế bằng đồng thau khối lượng 128 g chứa 210 g nước ở nhiệt độ 8,4 oC. Người ta thả một miếng kim loại khối lượng 192 g đã nung nóng tới 100 oC vào nhiệt lượng kế. Bỏ qua sự truyền nhiệt ra môi trường bên ngoài. Nhiệt dung riêng của đồng thau là 0,128.103 J/(kg.K). Xác định nhiệt dung riêng của chất làm miếng kim loại, biết nhiệt độ khi bắt đầu có sự cân bằng nhiệt là 21,5 oC.
Đáp án: A
Nhiệt lượng mà nước thu vào cho đến khi cân bằng nhiệt:
Q1= m1c1Δt1
Nhiệt lượng mà bình nhôm thu vào cho đến khi cân bằng nhiệt:
Q2= m2c2Δt2
Nhiệt lượng miếng sắt tỏa ra cho đến khi cân bằng nhiệt:
Q3= m3c3Δt3
Ta có:
Q1 + Q2 = Q3
<=>(m1c1 + m2c2) (t - 8,4) = m3c3 (100 - t)
<=> (0,210.4,18.103 + 0,128.0,128.103)(21,5 - 8,4)
= 0,192.c3(100 – 21,5)
-> c3 = 0,78.103 J/kg.K
Vậy nhiệt dung riêng của chất làm miếng kim loại là 0,78.103 J/kg.K
Câu 12:
Trong một bình cách nhiệt dung tích 100l có chứa 5g khí hidro và 12g khí oxy ở nhiệt độ t0 = 20oC. Xác định áp suất trong bình sau khi đốt cháy hỗn hợp trên, biết rằng khi tạo thành một mol nước thì tỏa ra một nhiệt lượng Q0 = 2,4.105J. Cho nhiệt dung riêng đẳng tích của khí hidro và nước lần lượt là C1 = 14,3kJ/kg.K và C2 = 2,1kJ/kg.K. Chọn đáp án đúng.
Đáp án: D
Phản ứng xảy ra:
2H2 + O2 2H2O.
Theo đó 12g Oxy sẽ kết hợp với 4.12/32 = 1,5g Hidro và thành 13,5 g hơi nước.
Sau phản ứng trong bình có m1 = 3,5g khí hidro và m2 = 13,5g hơi nước.
Lượng nhiệt tỏa ra từ phản ứng là:
Q = Q0.13,5/18 = 1,8.105J.
Lượng nhiệt này sẽ làm tăng nội năng của hơi nước và khí hidro.
Ta có: Q = (c1m1 + c2m2)∆T
=> Nhiệt độ khí trong bình là
T = T0 + ∆T =2589 K
Vậy áp suất trong bình là:
p = p1 + p2
Câu 13:
Một máy lạnh lí tưởng hoạt động giữa nguồn lạnh 0oC và nguồn nóng 60oC. Tính công suất của động cơ để trong một giờ có thể sản xuất được 1T nước đá 0oC từ nước 20oC. Cho biết nhiệt dung riêng của nước là 4200J/kg.K và nhiệt nóng chảy của nước đá là λ = 330kJ/kg.
Đáp án: A
Ta có: Hiệu năng của máy lạnh:
Để có 1T nước đá từ nước 20oC thì trong 1h phải lấy nhiệt lượng từ nguồn lạnh là:
Q = mc∆t + λ.m = 414.106 J.
Trong 1s nhận nhiệt từ nguồn lạnh là :
Q2 = Q/t = 115000 J.
→ A = 25274,7 J. Do đó công suất động cơ máy lạnh là:
Câu 14:
Phần dưới của một bình trụ có diện tích đáy là S = 0,2 m2 chứa V0 = 0,1m3 không khí ở 27oC và áp suất 760mmHg, phía trên được đậy kín bởi một pit-tông rất nhẹ có thể di chuyển được. Khối khí nhận thêm nhiệt lượng do đốt cháy 1,5g xăng nên pit-tông dịch chuyển dưới áp suất không đổi và nhiệt độ tăng thêm 200oC. Năng suất tỏa nhiệt của xăng là 4.107J/kg, khối lượng riêng của Hg là 13300 kg/m3. Hiệu suất của quá trình này là:
Đáp án: D
Khi không dãn nở, lực nâng pit-tong một đoạn h là:
A = F.h = pS.h = p(V – V0).
Qua trình đẳng áp:
Khi 1,5 g xăng cháy hết sẽ tỏa ra nhiệt lượng:
Q = m.q = 1,5.10-3.4.107J = 60000J.
Vậy H = A/Q = 0,11 = 11%.
Câu 15:
Từ một máy lạnh, cứ trong một giờ có nhiệt lượng Q = 843840J thoát ra khỏi thành máy. Nhiệt độ trong máy là t2 = 50C và nhiệt độ phòng t1 = 200C. Công suất nhỏ nhất của máy lạnh bằng bao nhiêu?
Đáp án: C
Công suất của máy lạnh nhỏ nhất khi máy có hiệu năng cực đại
Công suất của máy lạnh:
P = A/t = 43200/3600 = 12W