48. A gázok belső energiája, a hőtan I. főtétele
48. A gázok belső energiája, a hőtan I. főtétele
https://kemfiz.hu/fizika_kozep_hotan.html
🌡️ A termodinamika I. főtétele
A gáz belső energiájának megváltozása egyenlő a gáz által felvett vagy leadott hőmennyiség és a munkavégzés összegével.
Ezt az összefüggést a hőtan (vagy a termodinamika) I. főtételének nevezzük.
ΔEb = Q + W
ΔEb: a gáz belső energiájának változása
Q: a gázzal közölt hő
W: a gáz által végzett munkavégzés
🔁 Állapotváltozások és energia
1. Izochor állapotváltozás V=állandó
Állandó térfogaton: nincs munkavégzés → minden hő a belső energiát növeli.
II. Izobár állapotváltozás p=állandó
Állandó nyomáson: a gáz tágul → munkát végez → több hő szükséges ugyanakkora ΔE-hez.
👉 Több hő kell állandó nyomáson.
Merev falú vagy dugattyús edény
Merev falú: nincs térfogatváltozás → nincs munkavégzés.
Dugattyús: a gáz tágul → munkát végez → több hő kell azonos hőmérséklet-változáshoz.
👉 Több hő kell dugattyús edényben.
🔄 Hőmérséklet és munkavégzés
A gáz munkát végezhet miközben lehűl, ha a leadott hő kisebb, mint a végzett munka.
Ha a gáz munkát végez, de ugyanannyi hőt kap, mint amennyit munkára fordít → ΔE = 0 → hőmérséklet állandó.
III. ⚖️ Izoterm folyamatok (állandó hőmérséklet)
Az ideális gáz belső energiája csak a hőmérséklettől függ.
Izoterm folyamatban: ΔE = 0 → Q = W
Ha a gáz munkát végez, hőt kell leadnia (összenyomáskor), vagy felvennie (táguláskor), hogy a hőmérséklet ne változzon.
💡 Összefoglaló megállapítások
A belső energia változása nemcsak hőközléssel, hanem külső munkavégzéssel is elérhető.
A gáz belső energiája nagyobb lehet, mint a közölt hő, ha külső munkát is végeznek rajta.
A hőmérséklet állandó maradhat, ha a gáz munkavégzése során megfelelő mennyiségű hőt vesz fel.
Hőtan főtételei
https://kemfiz.hu/fizika_kozep/hotan/
Feladatok:
1, 3, 5, 12, 17, 18, 19, 21, 25, 30, 41
🔹 1.
Ugyanakkora belsőenergia-növekedés eléréséhez melyik esetben kell nagyobb hő: ha állandó térfogaton vagy ha állandó nyomáson történik a melegítés?
Válasz: A) Állandó nyomáson.
Indoklás: Állandó nyomáson a gáz munkát is végez a tágulás során, így több hő szükséges ugyanakkora belsőenergia-növekedéshez.
🔹 3.
Egy bizonyos gázt először merev falú edényben, majd könnyen mozgó dugattyúval elzárt edényben melegítünk. Azonos hőmérséklet-változás eléréséhez melyik esetben kell több hő?
Válasz: B) Ha az edény dugattyús.
Indoklás: Dugattyús edényben a gáz munkát is végez, ezért több hő szükséges ugyanakkora hőmérséklet-változáshoz.
🔹 5.
A gáz 100 J hőt vesz fel, miközben a kitáguló gáz 20 J munkát végez. Hogyan változik a folyamatban a gáz belső energiája?
Válasz: B) A belső energia 80 J-lal növekszik.
Indoklás: A termodinamika I. főtétele szerint: ΔE = Q + W = 100 − 20 = 80 J.
🔹 12.
Egy hőtani folyamatban a gáz kitágult, 740 J munkát végzett, miközben 800 J hőt vett fel. Mennyivel változott a gáz belső energiája?
Válasz: A) +60 J
Indoklás:
ΔE = Q +W = 800 − 740 = +60 J belsőenergia-növekedés.
🔹 17.
Egy dugattyúval elzárt edényben valamilyen gáz található. Hogyan melegíthetjük fel?
Válasz: C) Hőközléssel és munkavégzéssel is.
Indoklás: A gáz belső energiája növelhető hőközléssel és külső munkavégzéssel is.
🔹 18.
Egy dugattyúval elzárt hengerben lévő gázzal Q hőt közlünk. Lehet-e a gáz belső energiájának megváltozása nagyobb a közölt hőnél (ΔE > Q)?
Válasz: B) Igen, ha a gázt a hőközlés közben össze is nyomjuk.
Indoklás: Külső munkavégzés is növeli a belső energiát, így ΔE > Q lehetséges.
🔹 19.
Egy súrlódásmentesen mozgó dugattyúval elzárt gáz kitágult, miközben hőt közöltünk vele. A folyamat során a gáz munkavégzése 500 J volt, és a gázzal 500 J hőt közöltünk. Nőtt vagy csökkent a gáz hőmérséklete a folyamat során?
Válasz: B) Nem változott, mivel a belső energiája változatlan maradt.
Indoklás: ΔE = Q + W = 500 − 500 = 0 → nincs belsőenergia-változás, tehát a hőmérséklet sem változik.
🔹 21.
Végezhet-e egy gáz munkát a környezetén, miközben lehűl?
Válasz: A) Igen, végezhet, többféle állapotváltozás során is.
Indoklás: A hőtan I. főtétele szerint:
ΔE=Q+W
Ha a gáz munkát végez (W > 0), de nem kap elegendő hőt (Q < W), akkor a belső energiája csökken, tehát lehűlhet miközben munkát végez.
🔹 25.
Dugattyús hengerbe zárt ideális gázt izoterm módon nyomunk össze. Melyik állítás igaz?
Válasz: B) A gáz hőt ad le a környezetének.
Indoklás: Izoterm folyamatban a hőmérséklet állandó, tehát a belső energia nem változik. A gáz belső energiája csak akkor marad állandó, ha a munkavégzéshez szükséges energiát hőleadással biztosítja:
ΔE=Q+W=0
Mivel a gáz munkát végez, hőt kell leadnia.
🔹 30.
Melyik állítás érvényes az ideális gázok izoterm állapotváltozására?
Válasz: B) Nincs belsőenergia-változás.
Indoklás: Az ideális gáz belső energiája csak a hőmérséklettől függ. Izoterm folyamatban a hőmérséklet állandó, tehát:
ΔE=0
A hőtan I. főtétele alapján:
Q=-W
🔹 41.
A folyamat közben a gáz munkát végez. Maradhat-e állandó a hőmérséklete?
Válasz: D) Igen, ha a gáz hőt vesz fel a környezetéből.
Indoklás: Ha a gáz munkát végez, de ugyanannyi hőt kap, mint amennyit munkára fordít, akkor a belső energia nem változik:
ΔE=Q+W=0
Ezért a hőmérséklet is állandó marad.