B.4 · תרמודינמיקה

IB Diploma Programme · IB Diploma · Physics · HL · נושא 9

הצגת שקפים אימון

9.1

היקף ותנאי מקדימים

דף עבודה זה מכסה נושאי HL נבחרים לקורס שהוערך לראשונה ב-2025; הוא אינו כל תוכנית הלימודים.

תנאי מקדימים: לקרוא את הכמויות והיחידות המצוינות, ולהשתמש באריתמטיקה ובתנאי המודל למטה.

הדוגמאות הן מקוריות ודמיוניות: הן אינן מדידות אמיתיות או חקירות תלמיד אמיתיות.

9.2

מערכות תרמודינמיות וחשבונות אנרגיה

מה would explain this observation?

הדחסת גז יכולה לחמם אותה גם ללא תנור. עבודה היא דרך נוספת להעברת אנרגיה לתוך המערכת.

בנה את המודל

אנרגיה פנימית היא תכונה של המערכת הנבחרת.
חום ועבודה מתארים העברת אנרגיה דרך הגבול שלה.
עבור גז מונו-אטומי אידיאלי, האנרגיה הפנימית תלויה בטמפרטורה ובכמות החומר.
אדיאבטי: תהליך ללא העברת חום.
אנרגיה פנימית: סך כל האנרגיה הקינטית והפוטנציאלית המיקרוסקופית של מערכת.

Energy bar chart: 300 J of heat into a gas, 120 J of work done by the gas, 180 J gain in internal energy — חוק ראשון: Q = ΔU + W, ולכן 300 J = 180 J + 120 J

בחר עדויות שיכולות לבחון אותו

ציין את סימן הסגנון לפני השימוש בחוק הראשון.
כאן שינוי באנרגיה פנימית שווה לחום שנכנס למערכת מינוס העבודה שנעשתה על ידי המערכת.
עבודת הרחבה יכולה להפחית את האנרגיה הפנימית כאשר אין כניסת חום.

במעבדה: זיהה האם התהליך הוא איזותרמי, אדיאבטי או בנפח קבוע. בגרף לחץ-נפח, השטח מתחת לעקומת התהליך נותן את העבודה שנעשתה על ידי הגז. הדרך חשובה לעבודה גם כאשר נקודות הקצה זהות.

עבוד מכמויות ידועות

נתונים: הגז רוכש 300 J מחום ועושה 120 J עבודה.
עם ΔU = Q-W, ΔU = 300-120 = 180 J.
בדחיסה אדיאבטית, Q=0 והעבודה שנעשתה על ידי הגז היא שלילית, ולכן ΔU חיובי.

תורך: גז רוכש 500 J חום ועושה 200 J עבודה. מצא את שינוי האנרגיה הפנימית.

בדוק את המסקנה ואת הגבולות שלה

אדיאבטי לא משמעותו טמפרטורה קבועה.
השתמש בסימן הסגנון שצויין; חלק מקורסים כותבים את העבודה שנעשתה על הגז עם הסימן ההפוך.

לא נכון: לכל תהליך אדיאבטי יש טמפרטורה קבועה. אדיאבטי קובע העברת חום (Q = 0), לא טמפרטורה. דחיסה אדיאבטית מעלה את הטמפרטורה - משאבות אופניים מתחממות - והרחבה אדיאבטית מורידה אותה. איזותרמי, ולא אדיאבטי, הוא התהליך בטמפרטורה קבועה.

מפת מושגים:

אנרגיה פנימית היא תכונה של המערכת הנבחרת.
ציין את סימן הסגנון לפני השימוש בחוק הראשון.
שימו לב: אדיאבטי לא משמעותו טמפרטורה קבועה.

כתבו מבסיס שינוי באנרגיה פנימית של 450 J

גז ספג 800 J חום וביצע 350 J עבודה.
מצאו את השינוי באנרגיה הפנימית. תהליך אדיאבטי הוא ללא העברת חום, ולא טמפרטורה קבועה.

כתוב לפי תהליך איזותרמי

גז מתרחב לאט בטמפרטורה קבועה, ומבצע 200 J עבודה.
ΔU = 0, ולכן Q = W = 200 J: חום נכנס בדיוק באותו קצב שבו עבודה יוצאת — איזותרמה היא איזון, לא היעדר אנרגיה.

כתוב לפי סך נקי של מחזור

במהלך מחזור מלא גז סופג 500 J ומפלט 300 J.
העבודה הכוללת = 500 − 300 = 200 J ו-ΔU = 0 במחזור — האנרגיה הפנימית היא פונקציית מצב; היא חוזרת לערכה ההתחלתי.

חקור

Two sign conventions, one energy change

300 J of heat enters and 120 J of work leaves the gas. Transfer directions determine ΔU; work-by and work-on conventions describe the same physical process.

מילון מונחים אימון