ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ ΣΤΗ ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ β τάξη ενιαίου λυκείου (εξεταστέα ύλη: θερμοδυναμική, φορτία) ΟΝΟΜΑΤΕΠΩΝΥΜΟ ΜΑΘΗΤΗ/ΜΑΘΗΤΡΙΑΣ: ΤΜΗΜΑ: ΘΕΜΑ Α Στις ερωτήσεις Α1 Α 4 να επιλέξετε τη σωστή απάντηση. Α1. Από τις παρακάτω διατάξεις, θερμική μηχανή δεν είναι: Α. Σόμπα πετρελαίου. Β. Κινητήρας αυτοκινήτου. Γ. Ατμομηχανή. Δ. Κινητήρας αεροπλάνου. Α2. Σύμφωνα με το δεύτερο θερμοδυναμικό νόμο: Α. όλη η προσφερόμενη θερμότητα μετατρέπεται εξ ολοκλήρου σε έργο. Β. η μεταφορά θερμότητας από το ψυχρό στο θερμό σώμα μπορεί να επιτευχθεί, αλλά με δαπάνη ενέργειας. Γ. η μετατροπή του ωφέλιμου έργου σε θερμότητα μπορεί να επιτευχθεί, αλλά με δαπάνη ενέργειας. Δ. μια θερμική μηχανή δεν παράγει έργο. Α3. Μια θερμική μηχανή λειτουργεί μεταξύ των θερμοκρασιών Τ 500K και Τ 300K και έχει απόδοση 20%: Α. η παραπάνω μηχανή είναι μια μηχανή Carnot. Β. η παραπάνω μηχανή δεν είναι δυνατό να πραγματοποιηθεί. Γ. η παραπάνω μηχανή έχει συντελεστή απόδοσης 50% μικρότερο από το μέγιστο θεωρητικό συντελεστή απόδοσης. Δ. ο λόγος των θερμοτήτων απορρόφησης και αποβολής σε κάθε θερμοδυναμικό κύκλο για την παραπάνω μηχανή, είναι 5/3 σελίδα 1
Α4. Η απόδοση μιας μηχανής Carnot εξαρτάται: Α. από το παραγόμενο από τη μηχανή έργο. Β. από τη θερμότητα που απορροφά η μηχανή από τη θερμή δεξαμενή σε κάθε κύκλο. Γ. από τη θερμότητα που αποβάλλει η μηχανή στην ψυχρή δεξαμενή σε κάθε κύκλο. Δ. μόνο από τις θερμοκρασίες των δύο δεξαμενών. Α5. Να γράψετε στο τετράδιό σας τα γράμματα της στήλης Α και δίπλα σε κάθε γράμμα τον αριθμό της στήλης Β που αντιστοιχεί στη σωστή απάντηση: Στήλη Α Στήλη Β Α. συντελεστής απόδοσης μηχανής Carnot 1. Β. συντελεστής απόδοσης θερμικής μηχανής 2. W ωφέλιμο < Γ. Πρώτος Θερμοδυναμικός νόμος 3. W + Δ. Δεύτερος Θερμοδυναμικός νόμος 4. 1 Ε. Αδιαβατικός συντελεστής 5. 1 Στ. Κύκλος Carnot 6. γ σελίδα 2
ΘΕΜΑ Β Β1. Να αποδειχθεί ότι στον κύκλο Carnot του ακόλουθου σχήματος ισχύουν: Α. Β. B Α Γ όπου είναι η θερμότητα που αποδίδεται στο αέριο (κατά την ισόθερμη εκτόνωση ΑΒ) και, η θερμότητα που αποβάλλεται από το αέριο (κατά την ισόθερμη συμπίεση ΓΔ) σε κάθε θερμοδυναμικό κύκλο. Μονάδες 10 Β2. Εξηγήστε αν η θερμική μηχανή του ακόλουθου σχήματος μπορεί να πραγματοποιηθεί. Μονάδες 10 σελίδα 3
Β3. Μία ιδανική θερμική μηχανή Carnot έχει απόδοση 40% και η θερμή δεξαμενή έχει απόλυτη θερμοκρασία Τ 500Κ. Αν θέλουμε να αυξήσουμε το συντελεστή απόδοσης της μηχανής κατά 25%, πρέπει να: Α. μειώσουμε τη θερμοκρασία της ψυχρής δεξαμενής κατά 20%. Β. αυξήσουμε τη θερμοκρασία της θερμής δεξαμενής κατά 20%. Γ. αυξήσουμε τη θερμοκρασία της θερμής δεξαμενής κατά 25%. Να επιλέξετε τη σωστή απάντηση. Μονάδες 2 Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. Μονάδες 8 Β4. Ένα φορτισμένο σωματίδιο Α εκτοξεύεται από μεγάλη απόσταση προς ένα άλλο όμοιο σωματίδιο Β, το οποίο συγκρατείται ακίνητο. Η ελάχιστη απόσταση στην οποία θα πλησιάσει το σωματίδιο Α το Β είναι r 1 1m. Η ελάχιστη απόσταση μεταξύ των σωματιδίων, αν το σωματίδιο Β ήταν ελεύθερο να κινηθεί θα είναι: Α. r 2 r 1 Β. r 2 2 r 1 r1 Γ. r 2 2 Να επιλέξετε τη σωστή απάντηση. Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. Μονάδες 2 Μονάδες 8 σελίδα 4
ΘΕΜΑ Γ Ορισμένη ποσότητα ιδανικού αερίου βρίσκεται στην κατάσταση θερμοδυναμικής ισορροπίας Α με A 10-3 m 3 και εκτελεί την παρακάτω αντιστρεπτή κυκλική μεταβολή: Α Β: αδιαβατική συμπίεση Β Γ: ισόθερμη εκτόνωση με p Γ 10 5 N/m 2 Γ Α: ισόχωρη ψύξη Γνωρίζουμε ότι μια ιδανική θερμική μηχανή Carnot, η οποία λειτουργεί ανάμεσα στις δύο ίδιες ακραίες θερμοκρασίες, έχει συντελεστή απόδοσης 0.75. Γ1. Να σχεδιάσετε το διάγραμμα p- για την παραπάνω κυκλική μεταβολή. A Γ2. Να βρείτε το λόγο. Γ3. Να υπολογίσετε το ολικό έργο σε κάθε κύκλο. B Γ4. Να υπολογίσετε το συντελεστή απόδοσης της θερμικής μηχανής, η οποία χρησιμοποιεί ιδανικό αέριο το οποίο εκτελεί τον παραπάνω θερμοδυναμικό κύκλο. Δίνονται: για το ιδανικό αέριο 5 γ και ln 2 0.7 3 Μονάδες 9 ΚΑΛΗ ΕΠΙΤΥΧΙΑ!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! Λούης Μιχάλης Νίκος σελίδα 5