ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ. Περιεχόμενα

ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ Περιεχόμενα ΘΕΡΜΙΔΟΜΕΤΡΙΑ, ΔΙΑΔΟΣΗ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ... 2 Ερωτήσεις κλειστού τύπου... 2 Ερωτήσεις ανοικτού τύπου... 3 Ασκήσεις... 4 ΚΙΝΗΤΙΚΟ-ΜΟΡΙΑΚΟ ΜΟΝΤΕΛΟ ΓΙΑ ΙΔΑΝΙΚΟ ΑΕΡΙΟ, ΘΕΡΜΟΧΩΡΗΤΙΚΟΤΗΤΑ... 5 Ερωτήσεις κλειστού τύπου... 5 Ερωτήσεις ανοικτού τύπου... 5 Ασκήσεις... 5 1 Ο ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΟ ΑΞΙΩΜΑ, ΜΕΤΑΒΟΛΕΣ, ΕΣΩΤΕΡΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ, ΕΝΘΑΛΠΙΑ, 2 Ο ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΟ ΑΞΙΩΜΑ, ΕΝΤΡΟΠΙΑ, ΕΛΕΥΘΕΡΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ... 7 Ερωτήσεις κλειστού τύπου... 7 Ερωτήσεις ανοικτού τύπου... 8 Ασκήσεις... 9

ΘΕΡΜΙΔΟΜΕΤΡΙΑ, ΔΙΑΔΟΣΗ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ Ερωτήσεις κλειστού τύπου 1. (εξετάσεις Σεπ. 2015) Συμπληρώστε με Σωστό (Σ) ή Λάθος (Λ) για τις ακόλουθες προτάσεις: (..) Οι μεταβολές της εντροπίας εξαρτώνται τόσο από την αρχική και τελική κατάσταση όσο και από τη διαδρομή που το σύστημα ακολουθεί για να μεταβεί από τη μια κατάσταση στην άλλη. (..) Ένα σώμα, η θερμοκρασία του οποίου είναι μικρότερη ή ίση των 0 C, δεν εκπέμπει θερμική ακτινοβολία. (..) Σύμφωνα με το νόμο μετατόπισης του Wien, όσο αυξάνει η θερμοκρασία τόσο αυξάνει το μήκος κύματος στο οποίο παρατηρούμε το μέγιστο στην καμπύλη της θερμικής ακτινοβολίας ενός σώματος. (..) Η διάδοση θερμότητας με μεταφορά γίνεται μόνο στα ρευστά. (..) Λέμε ότι ένα σώμα είναι καλός θερμικός αγωγός όταν χαρακτηρίζεται από μια μεγάλη τιμή ειδικής θερμότητας. (..) Μπορούμε να υπολογίσουμε τη θερμότητα που πρέπει να προσφέρουμε για να λιώσει ένα κομμάτι μάζας m από την εξίσωση Q = m c ΔΤ 2. (εξετάσεις Ιουν. 2015) Ποιες από τις ακόλουθες προτάσεις είναι σωστές και ποιες λάθος; (α)το μεγαλύτερο μέρος της πτώσης της θερμοκρασίας που προκαλούν τα παγάκια σε ένα αναψυκτικό οφείλεται στο λιώσιμό τους (..) (β) Ένας κύβος αλουμινίου θερμοκρασίας -15 C θα προκαλέσει μεγαλύτερη πτώση στη θερμοκρασία ενός αναψυκτικού από ότι ένα ίσο κυβικό παγάκι ίδιας θερμοκρασίας (..) (γ) Όλα τα σώματα εκπέμπουν ενέργεια με τη μορφή ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας σε μήκη κύματος που εξαρτώνται από τη θερμοκρασία τους. (. ) (δ) Ο γυάλινος θόλος ενός θερμοκηπίου είναι αδιαφανής για την ηλιακή ακτινοβολία και διαφανής για την δευτερογενή ακτινοβολία που εκπέμπεται από την γήινη επιφάνεια. (. ) (ε) Τα αέρια θερμοκηπίου οπισθοσκεδάζουν σε σημαντικό ποσοστό την ακτινοβολία περιοχής υπέρυθρου (. ) (στ) Αέρια θερμοκηπίου θεωρούνται το Ο 2, το Ν 2 (. ) 3. (εξετάσεις Φεβ. 2015) Η επιφάνεια ενός γραφείου είναι ξύλινη ενώ τα συρτάρια του μεταλλικά. Όταν ακουμπάτε το χέρι σας στην ξύλινη επιφάνεια την αισθάνεστε θερμότερη από όταν το ακουμπάτε σε ένα συρτάρι. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι (α) σε θερμοκρασία δωματίου, το ξύλο έχει μεγαλύτερη εσωτερική ενέργεια ανά άτομο από το μέταλλο, (β) σε θερμοκρασία δωματίου, το ξύλο έχει μικρότερη θερμοχωρητικότητα (ειδική θερμότητα) από το μέταλλο, (γ) σε θερμοκρασία δωματίου, το ξύλο έχει μικρότερο συντελεστή θερμικής αγωγιμότητας από το μέταλλο, (δ) το χέρι σας κάνει καλύτερη θερμική επαφή με το ξύλο παρά με το μέταλλο. 4. (εξετάσεις Φεβ. 2015) Ένα κομμάτι χαλκού μάζας 2 kg έρχεται σε επαφή με ένα άλλο κομμάτι χαλκού μάζας 1 kg. Όταν τα δύο σώματα έρθουν σε θερμική ισορροπία

(α) θα έχουν την ίδια εσωτερική ενέργεια, (β) το σώμα με τη μεγαλύτερη μάζα θα έχει τη μισή εσωτερική ενέργεια σε σχέση με το άλλο, (γ) το σώμα με τη μεγαλύτερη μάζα θα έχει διπλάσια εσωτερική ενέργεια σε σχέση με το άλλο, (δ) θα περιέχουν την ίδια ποσότητα θερμότητας. 5. (εξετάσεις Φεβ. 2016) Μια χιονισμένη ημέρα κάνετε ένα περίπατο στην εξοχή. Βλέπετε να προεξέχει από το χιόνι ένα κομμάτι ξύλου και ένα κομμάτι αλουμινίου. Το ξύλο σε σχέση με το αλουμίνιο βρίσκεται Α) σε μικρότερη θερμοκρασία Β) σε μεγαλύτερη θερμοκρασία Γ) στην ίδια θερμοκρασία Δ) σε αρκετά μεγαλύτερη θερμοκρασία Όταν ακουμπήσετε το ξύλο και το αλουμίνιο, το δεύτερο σας φαίνεται πιο «παγωμένο» γιατί Α) η θερμότητα εκρέει από το χέρι σου προς αυτό με αγωγή πιο γρήγορα (ρυθμός αγωγής θερμότητας) Β) η θερμότητα εκρέει από αυτό προς το χέρι σου με αγωγή πιο γρήγορα (ρυθμός αγωγής θερμότητας) Γ) η θερμοκρασία του είναι μικρότερη Δ) τα μέταλλα είναι πιο ψυχρά Για να περιορίσεις την αγωγή θερμότητας από το χέρι σου σε ένα υλικό καλό θα είναι να κάνεις ένα ή περισσότερα από τα ακόλουθα: Α) Να ακουμπήσεις μικρότερη επιφάνεια (Α) παγωμένου υλικού Β) Να προτιμήσεις το υλικό να είναι καλός αγωγός της θερμότητας (υψηλό k) Γ) Να προτιμήσεις το υλικό να είναι κακός αγωγός της θερμότητας (χαμηλό k) Δ) Να διαδώσεις την περίσσεια θερμότητας σου με ακτινοβολία μέσω του αέρα. 6. (1 η Προαιρετική Εξέταση Προόδου 2013-14) Ποιες από τις ακόλουθες προτάσεις είναι σωστές και ποιες λάθος; (α) Όλα τα σώματα εκπέμπουν ενέργεια με τη μορφή ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας σε μήκη κύματος που εξαρτώνται από τη θερμοκρασία τους. (. ) (β) Ο γυάλινος θόλος ενός θερμοκηπίου είναι αδιαφανής για την ηλιακή ακτινοβολία και διαφανής για την δευτερογενή ακτινοβολία που εκπέμπεται από την γήινη επιφάνεια. (. ) (γ) Αέρια θερμοκηπίου θεωρούνται το Ο 2, το Ν 2 (. ) (δ) Αέρια θερμοκηπίου θεωρούνται το CΟ 2, το CH 4 (. ) (ε) Τα αέρια θερμοκηπίου απορροφούν σε μεγάλο ποσοστό την μεγάλου μήκους κύματος (περιοχής υπέρυθρου) γήινη ακτινοβολία και επανεκπέμπουν θερμική ακτινοβολία θερμαίνοντας την επιφάνεια. (. ) (στ) Η τρύπα του όζοντος αποτελεί μέρος του φαινομένου του θερμοκηπίου Ερωτήσεις ανοικτού τύπου 1. (εξετάσεις Ιουν. 2015) Διαθέτετε ένα κυβικό ξύλινο κουτί όγκου 1 m 3 και με πάχος τοιχωμάτων 2 cm και μία ηλεκτρική θερμάστρα με απόδοση 300 W. Για τις ανάγκες ενός πειράματος χρειάζεστε σταθερή θερμοκρασία 30 C στο εσωτερικό του κουτιού ενώ η θερμοκρασία του περιβάλλοντος είναι 10 C. Να εξετάσετε ποσοτικά αν μπορείτε να το πετύχετε με τη θερμάστρα που διαθέτετε και αν όχι προτείνετε μια οικονομική λύση (όχι αγορά ισχυρότερης θερμάστρας).

Ασκήσεις 1. (εξετάσεις Σεπ. 2015) Ενα εκδρομικό ψυγείο απο styrofoam έχει συνολική επιφάνεια τοιχωμάτων μαζί με το σκέπασμα 0,80 m 2 και πάχος τοιχώματος 1 cm. Είναι γεμάτο με παγάκια, στους 0 C. i) Με τι ρυθμό ρέει η θερμότητα προς το εσωτερικό του αν η θερμοκρασία του εξωτερικού τοιχώματος είναι 30 C; ii) Πόση είναι η μάζα του πάγου που θα λιώσει πάγος σε μια μέρα; (Ο συντελεστής θερμικής αγωγιμότητας του υλικού των τοιχωμάτων είναι 0,01 W / m K). 2. (εξετάσεις Φεβ. 2015) Πόσα γραμμάρια πάγου πρέπει να προσθέσουμε σε 500 cm 3 νερού σε 30 C ώστε όταν αυτός θα λιώσει πλήρως η τελική θερμοκρασία του νερού να είναι 5 C; 3. (1 η Προαιρετική Εξέταση Προόδου 2013-14) Σε ένα δοχείο θερμός (θεωρήστε ότι το εσωτερικό του είναι τέλεια θερμικά μονωμένο) γεμάτο με νερό 200 ml (18 ºC) ρίχνουμε 3 κυβικά παγάκια ακμής 2 cm (που βρίσκονται σε 0 ºC). Σε ποια θερμοκρασία θα βρεθεί το νερό όταν λιώσουν τα παγάκια; Πόση είναι συνολικά η μεταβολή της εντροπίας του πάγου και του νερού; Σχολιάστε το αποτέλεσμα σύμφωνα με τον 2 ο θερμοδυναμικό αξίωμα. 4. (εξετάσεις Σεπ. 2014) Η θερμοκρασία σε ένα άδειο (μόνο αέρας) αλλά τέλεια θερμομονωμένο δοχείο Dewar χωρητικότητας 50 λίτρων είναι αρχικά 20 C. Πόση θα γίνει η θερμοκρασία του αν αφήσουμε να λιώσουν μέσα σε αυτό 3 κυβικά παγάκια με ακμή 1 cm το καθένα που αρχικά ήταν σε θερμοκρασία 0 C; 5. (εξετάσεις Σεπ. 2016) A) Ένας ηλεκτρικός βραστήρας από αλουμίνιο μάζας 0,52kg είναι θερμικά μονωμένος με το εξωτερικό περιβάλλον του και περιέχει θερμαντικό στοιχείο των 2,8kW και βαλβίδα εκτόνωσης που διατηρεί την πίεση των ατμών στο εσωτερικό του πάντα ίση με την ατμοσφαιρική πίεση. Γεμίζουμε πλήρως τον βραστήρα με 0,8lt νερού και πριν βάλουμε σε λειτουργία το θερμαντικό στοιχείο, αφήνουμε το σύστημα βραστήρα-νερού να έρθει σε θερμική ισορροπία, η οποία επιτυγχάνεται τελικά στους 12 C. Πόσος χρόνος απαιτείται (α) για να αρχίσει ο βρασμός του νερού και (β) να εξατμιστεί όλο το νερό. B) Αν ο βραστήρας δεν είναι θερμικά μονωμένος με το εξωτερικό περιβάλλον του, το οποίο βρίσκεται σε θερμοκρασία 20 C, σε πόση θερμοκρασία μπορεί να φτάσει το νερό στο εσωτερικό του αν το πάχος των τοιχωμάτων του βραστήρα είναι 2 cm και η συνολική επιφάνειά του 1500cm 2 ; Είναι τότε το σύστημα σε θερμική ισορροπία; Πως χαρακτηρίζεται η κατάστασή του;

ΚΙΝΗΤΙΚΟ-ΜΟΡΙΑΚΟ ΜΟΝΤΕΛΟ ΓΙΑ ΙΔΑΝΙΚΟ ΑΕΡΙΟ, ΘΕΡΜΟΧΩΡΗΤΙΚΟΤΗΤΑ Ερωτήσεις κλειστού τύπου 1. (εξετάσεις Φεβ. 2015) Η μέση μεταφορική ταχύτητα των μορίων ενός ιδανικού αερίου διπλασιάζεται. Η θερμοκρασία Kelvin του αερίου (α) υπότετραπλασιάζεται, (β) υποδιπλασιάζεται, (γ) διπλασιάζεται, (δ) τετραπλασιάζεται 2. (εξετάσεις Σεπ. 2014) Σημειώστε Σωστό (Σ) ή Λάθος (Λ) αριστερά από κάθε μία από τις ακόλουθες προτάσεις. Σε ένα απομονωμένο σύστημα σταθερού όγκου που αποτελείται από ιδανικό μονοατομικό αέριο σε συγκεκριμένη, σταθερή θερμοκρασία, (... ) Η εσωτερική του ενέργεια είναι σταθερή (... ) Η εσωτερική του ενέργεια συνεχώς αυξάνεται (... ) Όλα τα μόρια του κινούνται με την ίδια ταχύτητα (... ) Τα μόρια του κινούνται με ταχύτητες που ακολουθούν την κατανομή Maxwell (... ) Αν η θερμοκρασία του συστήματος ήταν μεγαλύτερη η καμπύλη της κατανομής Maxwell θα ήταν ψηλότερη και μετατοπισμένη σε μεγαλύτερες ταχύτητες. (... ) Αν η θερμοκρασία του συστήματος ήταν μεγαλύτερη η καμπύλη της κατανομής Maxwell θα ήταν χαμηλότερη και μετατοπισμένη σε μεγαλύτερες ταχύτητες. (... ) Η εσωτερική ενέργεια του συστήματος είναι μόνο η ολική μεταφορική κινητική ενέργεια του μορίων του (... ) Η εσωτερική ενέργεια του συστήματος είναι ίση με την ολική ενέργεια ταλαντώσεων και την ολική μεταφορική και περιστροφική κινητική ενέργεια του μορίων του. (... ) Η γραμμοριακή θερμοχωρητικότητα του συστήματος είναι C V = 5/2 R (... ) Η γραμμοριακή θερμοχωρητικότητα του συστήματος είναι C V = 3/2 R Ερωτήσεις ανοικτού τύπου 1. (εξετάσεις Σεπ. 2015) Δύο ράβδοι από διαφορετικά μέταλλα έρχονται σε επαφή μεταξύ τους και αποκαθίσταται θερμική ισορροπία. Θα έχουν οι ράβδοι την ίδια θερμοκρασία; την ίδια εσωτερική ενέργεια; Θα είναι ίδια η rms ταχύτητα (ρίζα της μέσης τετραγωνικής ταχύτητας) των ατόμων τους; Ασκήσεις 1. (εξετάσεις Ιουν. 2015) Σε δοχείο Α, σταθερού όγκου περιέχονται 22,4 L He σε κανονικές συνθήκες (STP). Σε παρόμοιο δοχείο Β περιέχονται 44,8 L Ν 2 πάλι σε STP. Πόση θερμότητα Q A και Q B πρέπει να εισρεύσει σε κάθε δοχείο (υποθέστε ότι δεν έχει θερμικές απώλειες προς το περιβάλλον του) ώστε η θερμοκρασία κάθε αερίου να αυξηθεί κατά 5 C;

2. (1 η Προαιρετική Εξέταση Προόδου 2013-14) α) Πόση είναι η μέση κινητική ενέργεια ενός μορίου Ν 2 σε θερμοκρασία 300 Κ (αγνοήστε τις ταλαντώσεις). β) Πόση θερμότητα απαιτείται για να αυξηθεί η θερμοκρασία 1 mol αερίου Ν 2 κοντά στη θερμοκρασία δωματίου κατά 20 ºC όταν το αέριο παραμένει σε σταθερό όγκο; 3. (εξετάσεις Φεβ. 2014) Πόση είναι η μέση μεταφορική κινητική ενέργεια ενός ατόμου He σε θερμοκρασία 300Κ (1 mol He = 4 g); β) Ποια είναι η μέση τετραγωνική τιμή της ταχύτητας (υ rms ); γ) Ποιό αέριο υπό σταθερό όγκο έχει μεγαλύτερη γραμμομοριακή ειδική θερμότητα το He ή το Ν 2 και γιατί; 4. (εξετάσεις Σεπ. 2016) Α) Αν η θερμοκρασία Kelvin ενός ιδανικού αερίου τετραπλασιαστεί, η μέση μεταφορική ταχύτητα των μορίων του: (α) διπλασιάζεται (β) υποδιπλασιάζεται (γ) τετραπλασιάζεται (δ) υποτετραπλασιάζεται (ε) παραμένει σταθερή Β) Πόση θερμότητα πρέπει να δώσουμε σε 1 mol αερίου Ν 2 που αρχικά βρίσκεται σε 27 C και παραμένει σε σταθερό όγκο ώστε η μέση μεταφορική ταχύτητα των μορίων του να διπλασιαστεί;

1 Ο ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΟ ΑΞΙΩΜΑ, ΜΕΤΑΒΟΛΕΣ, ΕΣΩΤΕΡΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ, ΕΝΘΑΛΠΙΑ, 2 Ο ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΟ ΑΞΙΩΜΑ, ΕΝΤΡΟΠΙΑ, ΕΛΕΥΘΕΡΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ Ερωτήσεις κλειστού τύπου 1. (εξετάσεις Ιουν. 2016) (Ι) Με την πάροδο του χρόνου, η συνολική ενέργεια στο σύμπαν Α. Μειώνεται Β. Αυξάνεται Γ. Αυξομειώνεται Δ. Διατηρείται σταθερή (ΙΙ) Με την πάροδο του χρόνου, η συνολική εντροπία του σύμπαντος Α. Μειώνεται Β. Αυξάνεται Γ. Αυξομειώνεται Δ. Διατηρείται σταθερή (ΙΙΙ) Η δημιουργία ενός ζωντανού οργανισμού συνεπάγεται ότι ως θερμοδυναμικό σύστημα Α. η εντροπία αυξάνεται τους ως σύστημα Β. η εντροπία του μειώνεται Γ. βρίσκεται σε θερμική ισορροπία με το περιβάλλον του Δ. διατηρεί συνεχώς σταθερή την ενέργειά του (ΙV) Σε ένα απομονωμένο σύστημα συγκεκριμένης ενέργειας, το πλήθος των μικροκαταστάσεων της μακρoκατάστασης (1) είναι Ω1 = e 4 και της μακροκατάστασης (2) Ω2 = e 14. α) Σε ποια μακροκατάσταση είναι πιθανότερο να βρίσκεται το σύστημα; Αιτιολογήστε. β) Αν αρχικά είναι στην (2) θα μεταβληθεί προς την (1); Γιατί; γ) Πόση θα είναι η μεταβολή ενέργειας του συστήματος; δ) Χαρακτηρίστε ως Σωστή ή Λάθος καθεμια από τις ακόλουθες προτάσεις: Στην μακροκατάσταση (1) έχει μικρότερη ενέργεια από την (2) ( ) Στην μακροκατάσταση (1) η ενέργεια του έχει μεγαλύτερη τάξη από την (2) ( ) Στην (1) η ενέργεια είναι πιο ομοιόμορφα κατανεμημένη από την (2) (...) Στην (1) η ενέργεια είναι πιο ωφέλιμη (μπορεί να αποδώσει περισσότερο έργο) από την (2) ( ) 2. (εξετάσεις Φεβ. 2015) Ποια από τις ακόλουθες προτάσεις είναι λανθασμένη; Η εντροπία ενός απομονωμένου συστήματος (α) είναι μια μέτρηση της αταξίας του (β) πάντα αυξάνεται εκτός αν η μεταβολή είναι ψευδοστατική (γ) είναι μια μέτρηση της κατανομής της εσωτερικής ενέργειας στις επιτρεπτές μικροκαταστάσεις του συστήματος, (δ) είναι ανάλογη του στατιστικού βάρους του συστήματος. 3. (εξετάσεις Φεβ. 2015) Τα ζωντανά κύτταρα αποτελούν μια υλική κατάσταση χαμηλής εντροπίας. Τα ζωντανά κύτταρα (α) παραβιάζουν το 2 ο θερμοδυναμικό αξίωμα, (β) μπορούν να υπάρχουν επειδή βοηθούν στην αύξηση της εντροπίας όλου του υπόλοιπου σύμπαντος, (γ) δεν υπόκεινται σε φυσικούς νόμους όπως αυτούς της θερμοδυναμικής, (δ) αποδεικνύουν ότι τα αξιώματα της θερμοδυναμικής είναι ατελή.

4. (εξετάσεις Σεπ. 2016) Υποθέστε ότι τρία όμοια άτομα καταλαμβάνουν τις ενεργειακές στάθμες που δίνονται στο σχήμα Σχ1. Σχ. 1 Σχ. 2 Μακροκατάσταση (1) Σχ. 3 Μακροκατάσταση (2) Αν η συνολική ενέργεια του συστήματος είναι 3ε, το πλήθος των μακροκαταστάσεων του συστήματος είναι: (α) 1, (β) 2, (γ) 3, (δ) 4. Πόσες μικροκαταστάσεις αντιστοιχούν στην μακροκατάσταση (1) (στατιστικό βάρος Ω 1 ) που δίνεται στο σχήμα Σχ. 2 και συμβολίζεται ως (2, 0, 0,1); (α) 1, (β) 2, (γ) 3, (δ) 6. Πόσες μικροκαταστάσεις αντιστοιχούν στην μακροκατάσταση (2) (στατιστικό βάρος Ω 2 ) που δίνεται στο σχήμα Σχ. 3 και συμβολίζεται ως (1, 1, 1,0); (α) 1, (β) 2, (γ) 3, (δ) 6. Ποια από τις μακροκαταστάσεις (1) ή (2) έχει περισσότερες πιθανότητες να εμφανιστεί; Σε ποια μακροκατάσταση (1) ή (2) η εντροπία του συστήματος είναι μεγαλύτερη; Σε ποια μακροκατάσταση (1) ή (2) η ενέργεια του συστήματος είναι μεγαλύτερη; Σε ποια μακροκατάσταση (1) ή (2) η ενέργεια του συστήματος έχει μεγαλύτερη τάξη; Σε ποια μακροκατάσταση (1) ή (2) η ενέργεια του συστήματος είναι πιο ωφέλιμη; Συμπληρώστε τον ακόλουθο πίνακα για μια ισόθερμη μεταβολή ΔΗ ΔS ΔG Η μεταβολή συμβαίνει Πάντα < 0 < 0 σε χαμηλή Τ > 0 < 0 > 0 Μόνο σε υψηλήτ Ερωτήσεις ανοικτού τύπου 1. (εξετάσεις Φεβ. 2016) Ένα κλειστό δοχείο με αδιαβατικά τοιχώματα, διαχωρίζεται εσωτερικά σε ίσα μέρη με ένα οριζόντιο διαχωριστικό. Το ένα μέρος του δοχείου περιέχει ζεστό νερό και το άλλο κρύο. Α) Αφαιρώντας το διαχωριστικό, μπορούμε να πάρουμε μηχανικό έργο; αν όχι γιατί και αν ναι πως; Β) Τι θα συμβεί μετά από λίγη ώρα στο σύστημα; Γιατί; Γ) Αν S 0 είναι η τιμή της εντροπίας του συστήματος πριν την ανάμειξη και S μετά, ποια είναι μεγαλύτερη; Πως διατυπώνεται αυτό με τον 2ο θερμοδυναμικό νόμο; Δ) Μπορώ να πάρω μετά από πολύ ώρα μηχανικό έργο; Γιατί ναι ή όχι; Αν ναι πόσο είναι αυτό, αν όχι τι συνέβη στην ενέργεια του συστήματος;

2. (εξετάσεις Ιουν. 2015) Για 3 ισόθερμες και ισοβαρείς θερμοδυναμικές μεταβολές ενός συστήματος ισχύουν τα ακόλουθα: 1 η : ΔΗ 1 = - 2000 J/mol και ΔS 1 = 100 J/mol K 2 η : ΔΗ 2 = 1000 J/mol και ΔS 2 = - 80 J/mol K 3 η : ΔΗ 3 = - 6006 J/mol και ΔS 3 = -22 J/mol K Βρείτε αν και πότε κάθε μία από αυτές συμβαίνει αυθόρμητα. 3. (εξετάσεις Φεβ. 2015) Για μια ισόθερμη και ισοβαρή μεταβολή ενός κλειστού συστήματος ισχύει: α) ΔΗ < 0. Τι σημαίνει αυτό για τη ροή θερμότητας μεταξύ του συστήματος και του περιβάλλοντός του; β) ΔS >0. Τι σημαίνει αυτό για την ενέργεια του συστήματος; Πως χαρακτηρίζεται η θερμοδυναμική μεταβολή όταν συμβαίνουν τα (α) και (β) και γιατί; 4. (1 η Προαιρετική Εξέταση Προόδου 2013-14) α) Η απόλυτη τιμή της μεταβολής της ενθαλπίας κατά την τήξη του πάγου είναι ΔΗ = 6000 J/mol (επιπλέον βαθμός σε όποιον δείξει πως προκύπτει αυτή η τιμή). Η τιμή αυτή είναι θετική ή αρνητική; Γιατί; β) Η απόλυτη τιμή της μεταβολής της εντροπίας κατά την τήξη του πάγου είναι ΔS = 21,966 J/(mol Κ). Η τιμή αυτή είναι θετική ή αρνητική; Γιατί; (γ) Ποιά είναι η ελάχιστη τιμή της θερμοκρασίας για την οποία αυτή η αλλαγή φάσης είναι αυθόρμητη και γιατί; 5. (εξετάσεις Σεπ. 2014) Αν θεωρήσουμε έναν ζωντανό οργανισμό ως θερμοδυναμικό σύστημα, η δημιουργία και η ανάπτυξη του σε θερμοδυναμικούς όρους σημαίνει ότι η εντροπία του συστήματος είναι σταθερή, αυξάνεται ή ελαττώνεται; Γιατί; Είναι σύννομη η μεταβολή ή μη της εντροπίας ενός τέτοιου συστήματος με το 2ο θερμοδυναμικό αξίωμα και γιατί; Ασκήσεις 1. (εξετάσεις Ιουν. 2016) Η θερμοκρασία στο εσωτερικό ενός καταψύκτη είναι -20 C. Βγάζουμε ένα κομμάτι πάγου μάζας 125g από αυτόν και το τοποθετούμε στο εξωτερικό περιβάλλον (1 atm) που έχει θερμοκρασία 20 C. α) Πόση θερμότητα θα απορροφήσει ο πάγος μέχρι να λιώσει; (ΠΡΟΣΟΧΗ: Να λιώσει, όχι να έρθει σε θερμική ισορροπία με το περιβάλλον το νερό) β) Πόση είναι τότε η μεταβολή της ενθαλπίας του; γ) Πόση η μεταβολή της εντροπίας του πάγου κατά την τήξη του; δ) Γιατί η τήξη του πάγου είναι αυθόρμητη υπό αυτές τις συνθήκες; ε) Πότε θα έλιωνε γρηγορότερα ο πάγος, αν το τοποθετούσαμε στο εσωτερικό ενός κουτιού με ξύλινα ή με μεταλλικά τοιχώματα; Γιατί; στ) Υπολογίστε τον χρόνο αυτό, αν το κουτί είναι ξύλινο, κυβικό (θεωρείστε ότι εφάπτεται τέλεια στο κομμάτι του πάγου), με ακμή 5cm και πάχος 2 cm. Υποθέστε ότι βρισκεται σε θερμική επαφή με το περιβάλλον από όλες τις έδρες του. 2. (εξετάσεις Φεβ. 2016) Βγάζουμε ένα μεγάλο κομμάτι πάγου από την κατάψυξη και το αφήνουμε να λιώσει σε συνήθεις συνθήκες θερμοκρασίας και πίεσης. Α) Πόση είναι η μεταβολή της ενθαλπίας του πάγου κατά την τήξη 10 g πάγου; Β) Πόση είναι η τότε μεταβολή της εντροπίας του; Γ) Σε ποιές θερμοκρασίες περιβάλλοντος η τήξη του πάγου είναι αυθόρμητη και γιατί;