دانشجو؟ ۵۰۰ هزار تومان هدیه همین حالادانشجو؟ با کارت دانشجویی یا ایمیل دانشگاهی ۵۰۰٬۰۰۰ تومان هدیه بگیر، و اگر دانشگاهت تا ۱۶ آذر به ۵۰ دانشجوی فعال برسد ۲ میلیون تومان دیگرجدول دانشگاه‌هادانشجو؟ ۵۰۰ هزار تومان هدیه همین حالادانشجو؟ با کارت دانشجویی یا ایمیل دانشگاهی ۵۰۰٬۰۰۰ تومان هدیه همین حالا، و ۲ میلیون تومان دیگر اگر دانشگاهت تا ۱۶ آذر به ۵۰ دانشجوی فعال برسدجدول دانشگاه‌ها
1xAi
کنکور ریاضی ۱۴۰۳ نوبت دوم · فیزیک

سوال ۷۵ فیزیک کنکور ریاضی ۱۴۰۳ نوبت دوم با پاسخ تشریحی

سوال ۷۵ دفترچهٔ اختصاصی کنکور ریاضی ۱۴۰۳ نوبت دوم، با کلید رسمی سازمان سنجش. پاسخ تشریحی، دلیل نادرستی گزینه‌های دیگر و راهنمایی‌ها را هوش مصنوعی 1xAi بر پایهٔ همین کلید و متن کتاب درسی نوشته است.

سوال ۷۵ · فیزیک

کنکور ریاضی ۱۴۰۳ نوبت دوم · سوال ۷۵ · کلید رسمی سازمان سنجش

فیزیک · فیزیک ۱ (ریاضی) · فصل ۵: ترمودینامیک

کدام مورد درست است؟

  1. گزینهٔ ۱: گرمای مبادله‌شده بین گاز و محیط، در تراکم هم‌دما صفر است.
  2. گزینهٔ ۲: کار انجام‌شده روی گاز در انبساط بی‌دررو، برابر با تغییر انرژی درونی گاز است.
  3. گزینهٔ ۳: کار انجام‌شده روی گاز در یک چرخهٔ کامل، برابر با گرمای دادهشده به گاز است.
  4. گزینهٔ ۴: گرمای دادهشده به گاز در انبساط هم‌فشار برابر با کار انجام‌شده توسط گاز روی محیط است.
نمایش پاسخ و پاسخ تشریحی

پاسخ درست: گزینهٔ ۲ (کلید رسمی سازمان سنجش)

پاسخ تشریحی

برای بررسی عبارت‌ها باید قرارداد علامت کار را مشخص کنیم. مطابق قانون اول ترمودینامیک در کتاب، ΔU=Q+W\Delta U=Q+W است؛ در این رابطه، QQ گرمای دریافتی گاز و WW کار انجام‌شده روی گاز است. بنابراین در تراکم، W>0W>0 و در انبساط، W<0W<0 است. همچنین انرژی درونی گاز آرمانی فقط به دمای آن بستگی دارد (فیزیک ۱ (ریاضی)، صفحهٔ ۱۳۰).

۱. بررسی تراکم هم‌دما:
در فرایند هم‌دمای گاز آرمانی، ΔT=0\Delta T=0 و در نتیجه ΔU=0\Delta U=0 است. پس قانون اول می‌دهد:
0=Q+W ⇒ Q=−W0=Q+W\ \Rightarrow\ Q=-W.
چون در تراکم روی گاز کار مثبت انجام می‌شود، W>0W>0 و در نتیجه Q<0Q<0 است. یعنی گاز برای ثابت ماندن دمایش به محیط گرما می‌دهد؛ گرمای مبادله‌شده صفر نیست. پس عبارت اول نادرست است.

۲. بررسی انبساط بی‌دررو:
در فرایند بی‌دررو، گرمایی بین گاز و محیط مبادله نمی‌شود؛ یعنی Q=0Q=0. با جای‌گذاری در قانون اول داریم:
ΔU=0+W=W\Delta U=0+W=W.
بنابراین کار انجام‌شده روی گاز دقیقاً برابر با تغییر انرژی درونی آن است. در انبساط، هر دو کمیت منفی‌اند؛ یعنی گاز با انجام کار روی محیط، انرژی درونی از دست می‌دهد. منفی بودن آن‌ها مانع برابری‌شان نیست. پس عبارت دوم درست است.

۳. بررسی چرخهٔ کامل:
در یک چرخه، گاز به حالت اولیه بازمی‌گردد، پس ΔU=0\Delta U=0 است. بنابراین:
0=Q+W ⇒ W=−Q0=Q+W\ \Rightarrow\ W=-Q.
پس کار خالص انجام‌شده روی گاز، قرینهٔ گرمای خالص دریافتی آن است، نه برابر با آن. این رابطه در بخش چرخهٔ ترمودینامیکی نیز آمده است (فیزیک ۱ (ریاضی)، صفحهٔ ۱۳۹). پس عبارت سوم نادرست است.

۴. بررسی انبساط هم‌فشار:
برای مقدار ثابتی از گاز آرمانی، از PV=nRTPV=nRT نتیجه می‌شود که در فشار ثابت، افزایش حجم با افزایش دما همراه است؛ بنابراین ΔU>0\Delta U>0. اگر کار انجام‌شده توسط گاز را با Wتوسط گازW_{\text{توسط گاز}} نشان دهیم، چون W=−Wتوسط گازW=-W_{\text{توسط گاز}}، قانون اول به شکل زیر درمی‌آید:
Q=ΔU+Wتوسط گازQ=\Delta U+W_{\text{توسط گاز}}.
پس بخشی از گرمای دریافتی صرف افزایش انرژی درونی و بخشی صرف کار روی محیط می‌شود؛ در نتیجه گرمای دریافتی از کار انجام‌شده توسط گاز بیشتر است. پس عبارت چهارم نیز نادرست است.

پاسخ: گزینهٔ ۲

چرا گزینه‌های دیگر نادرست‌اند

  • گزینهٔ ۱: ممکن است ثابت بودن دما را با نبود تبادل گرما اشتباه بگیرید. در تراکم هم‌دمای گاز آرمانی، تغییر انرژی درونی صفر است، اما چون W>0W>0 است، از قانون اول داریم Q=−W<0Q=-W<0؛ پس گاز گرما از دست می‌دهد.
  • گزینهٔ ۳: این انتخاب معمولاً از اشتباه گرفتن کار انجام‌شده «روی گاز» با کار انجام‌شده «توسط گاز» ناشی می‌شود. در چرخه، ΔU=0\Delta U=0 و بنابراین W=−QW=-Q است، نه W=QW=Q.
  • گزینهٔ ۴: ممکن است تصور کنید تمام گرمای دریافتی صرف انجام کار می‌شود. در انبساط هم‌فشار گاز آرمانی، دما و انرژی درونی نیز افزایش می‌یابند؛ بنابراین Q=ΔU+Wتوسط گاز>Wتوسط گازQ=\Delta U+W_{\text{توسط گاز}}>W_{\text{توسط گاز}} است.

راهنمایی قدم‌به‌قدم (پیش از دیدن پاسخ)

  1. قانون اول ترمودینامیک و تفاوت شرط‌های «هم‌دما»، «بی‌دررو» و «چرخه» را مرور کنید؛ به‌ویژه دقت کنید کار روی گاز با کار توسط گاز هم‌علامت نیست.
  2. با قرارداد کتاب، قانون اول به‌صورت ΔU=Q+W\Delta U=Q+W نوشته می‌شود که در آن WW کار انجام‌شده روی گاز است. در فرایند بی‌دررو کدام جمله حذف می‌شود؟
  3. پس از حذف جملهٔ گرما در فرایند بی‌دررو، رابطهٔ انرژی درونی و کار را بررسی کنید. منفی بودن کار روی گاز در انبساط، برابری جبری این دو کمیت را به هم نمی‌زند.

فیزیک ۱ (ریاضی) · فصل ۵: ترمودینامیک

سوال‌های رسمی دیگر کنکور تجربی از همین فصل:

فصل «ترمودینامیک» را در پنل یادگیری تمرین کن

در پنل یادگیری 1xAi سوال‌هایی مثل همین را جواب می‌دهی و جوابت ثبت می‌شود؛ پیش از دیدن پاسخ، سه راهنمایی پله‌پله داری و معلم هوشمند بی‌آن‌که جواب را لو بدهد کمکت می‌کند. تمرین و آزمون رایگان است؛ معلم هوشمند هم سهمیهٔ روزانهٔ رایگان دارد.

ساختن حساب رایگان است و بعد از ثبت‌نام مستقیم به همین بخش از پنل برمی‌گردی.

فیزیک · ریاضی ۱۴۰۳ نوبت دوم