LINTVERSITI SAINS MALAYSTA
Peperiksaa Semester Pertama Si.tang Akademik Z}M /2005
Olrobs 2004
ZCT 2l2n - Termodinamik Masa
:
2i,l-n
Sila pastikan batrawa kertas peperiksaan ini mengandrmgi DUABELA5 muka surar yang bercetak sebelum anda memulat
DUAPULUH TUJUH soala-
Bahagian A: Sjla lorekkan jawapan anda dengan Kesemuanya waj ib dij awab.
terag rtalam borang OMR untuk soalan,soal an l-25.
Batraeian B Jawab keduadua soalan berikut dengan terang diatas skrip jawapan.
...2t-
3i.3
-2-
[zcr 2t2]
Bahaeian A: sjla lorekkan jawapan anda dengan terang dalam borang oMR untuk soalan-soal Kesemuanya waj ib dijawab.
l'
an l-25.
Gas neon yan-g monatomik pada isipadu 1.8 / berada pada tekanan 4.0 atm ttan suhu 440K. Jisim atomik gu rreo' iar!! ?0.2 {mor. Kemudian" suhu gas ini dinaikkan kepada 540K dan isipadunya dinaikkan'kepada 3.g /. Tekanan akhir gas ini dalam writatm ialah:
a_
2.1
b.
2.3
d. e.
2.8 3.0
c. 2.6
2.
Persamaan keadaan Van der Waals ialah /
r\
v")' \Ip*%lv-nn\=nnr. a'
sebutan
# ^*untuk molekul gas berada pada
tekanan yang sarna. Sebutan nb adalah untuk menerangkan bahawa suatu molekul mempunyai isipadu finit{terhingga) dan bukan suatu titik zarah.
b'
c' d' e. 3.
menerangkan bahawa tidak semestinya kesemua
Sebutan
4
adenekuntuk menerangkan bahawa molekul-molekul saling
menolak antara satu dengan lain. Persamaan ini boleh diaplikasi pada bahan pepejal tetapi bukan pada bahan cecair atau gas. Persamaan ini tidak setepat persamaan Hukum gas unggur, tetapi ia berguna sebagai anggaran kepada Hukum gas unggul.
suatu pemampatan pada tekanan tetap 40 kpa dikenakan keatas s',rtu gas monatomik unggul 7.0 mor. pemampatan tersebut menurunkan isipadu gas daripada 0.21 m3 kepada 0.r2 m3. Kerja yang dilakukan oteh gas rrar"m unit k/ ialah;
a.
-3.6 3.6 -9.0 9.0
b. c. d. e.0
...3/-
314
lzcr 2r2l
-J-
4- suatu gas monatomik unggul merarui
pengembangan isoterma pada 300 K meningkatkan isipadunya daripada 0.04 ;'k"p"dr 6.sz ,rt. redan akhirnya ialah 80 frPa- perubatran tenaga dalam gas daranr unit k/ialah
a.
b.
c.
-27 27 -53
d. 53 e.0 5.
Mana antara berikut adalah pemyataan yang tidak benar?
a' Haba adalah pemindatran tenaga kedalam a13u keluar suatu b.
c' d.
e' 6.
disebabkan perbezaan suhu antaraiistem dan
p.*"r.iruo""y"
sisrem
Haba yang.ditambah kepada suatu gas unggul semasa berubah daripada keadaan I kepada keadaan 2 bergaritung u""iy" r."pada keadaan-keadaan awal dan akhimy4 dan tidak bergantung t fintasan yang dilatuinya Apabila gas berubah daripada s"tu k.uJu"okepada "p"au satu keadaan lagr, kerja yang dilakukan bergantung kepada lintasan y*! alauioy. Apabila suatu gas unggulmengalami p"ng.;u";go, bebas, suhunya tidak
berubah. Pada garisan bertig4 kesemua tiga fasa iaitu pepejal, cecair dan gas boleh wujud serentak.
Pertimbangkan persaman yang tidak benar?
e=L(I+w.
Mana antaxa berikut adalah pemyaraan
Ini dipanggil Hukum pertama Termodinamik. Ini dipanggil Hukum Keabadian Tenasa. c. p boleh positif atau negatif. d. Y.i!fu kerja yang dilakukan oleh sistem, dan fukan keatas sistem. e. Oleh kerana A dT W bergantung kepada lintasan, maka LU juga a. b.
bergantung kepada lintasan.
Situasi 1: Suatu proses adiabatik dikenakan keatas 15 mol gas unggul. Suhu awalrrya ialah 320 K dan.isipadu awalnya 0.g0 Isipadu akhir gas ,".rfr,rt ialah 0.40 m3 den pemalar adiabatik gas ialah 1.44.
zf.
.-.4
315
lzcr 2t2l
-47-
Dalam situasi
l.
suhu akhir gas dalam unit
sI adalah berbampiran dengan;
435 450 465 d. 480 e. 495 a-
b. c.
Dalam situasi
8.
dengan;
9'
a
0
b. c. d.
-14
-32
e.
32
dengan;
10.
haba yang diserap oleh gas dalam unit /c/ adalah berhampiran
l4
Daiam situasi
L
0
b.
-14
c.
T4
d.
-32 32
e.
l,
I' kerja yang dilakukan oleh gas dalam unit ft/, adalah berhampiran
Dalam situasi 1, mreran haba tentu pada tekanan tetap bagi gas dalam unit sI
adalah berhampiran d"ngan;
a. 23 b. 2s
c. 27
d.
29
e.31 11' Dua enjin haba Carnot beroperasi dengan eqiin
A menyerap 19.0 ft,rse unit kitaran daripada takungan haba pada sutru +1q u^iiy'*g airirrgkir oleh enjin A diserap oleh enjin B yang melakukan 2.6 kl kerja i"rJrt ." unilrutaran. Enjin B pula menyingirkan haha pada suhu 260 K- reia se unit kit"*tt-t-g ajarcruo oleh enjin A dalam unit k/adalah berhampiran dengan;
y
a
4.4
b. 5.0 c. 5.7 d- 6.3 e. 7.0
...5/-
316
[zcT 2r2]
-5-
12' Suatu enjin haba bukan camot, beroperasi antara dua takungan haba pada suhu 670 K dan270 K. Iamelala*an 3.r klkeaa bersih dan menyinekirkan g.2 kIha,,-, dalam satu kitaran. Kecekapan terma enjilhaba ini aaaran berhanpiran denga a.
0.20
b. 0.23 c. 0.25 d. 0.28 e.
0.30
t3'lyT
g
.g-g unggul 3ebg11 7r0 mengarami pemampa,,n isorerma bol€h diterbalikkan pada suhu 330 K. Pemampatan tersebut mengrrangkan isi@l gas daripada 0.40 m3 kepada 0.rg mi. Jr.rlq ia"n +s.o Perubatran entopi gas dalaur unit SI adalah r"r"k-r ;;lt".r"b,rt bohr-pil dengaq
g/d.
a.
b. c. d. e.
-59 59 -100 100 0
14. Mana antara berikut adalah pernyataan yang
a.
b' c' d' e.
Pengaliran haba daripua"
j*l
tidak tepzt?
yang
panas akan mencabuli Hukum pertama
llbih
sejuk kepada j^"ad yang leb,ih
Termoiinamik
Proses-proses boleh diterbarikkan adalah
p;;;*p**, keseimbangan. Pegembangan bebas bagi suatu gas ialih satu contoh proses tidak boleh diterbalikkan. Tenaga kinetik-makroscopik adalah berkaitan dengan pergerakan molekul yang teratur dan berkoordinat sementara p"ogutiruo hlba melibatkan perubahan dalam tenaga bagi pergerakan motetut yang rarrruang 62a tiaat teratur. Semua proses-proses yang benar tidak boleh diterbalikkan.
*6 3
i.'i
lzcT
6-
2121
Situasi 2:
suatu gas unggul rlimana
,,
=:^
dibawa dari
titik a ke titik D seperti dalam
dibawah disepojang tiga lintasan a-c-b, a4_b d^n a-b. Kadkan pz =24 dan v,
15.
rajah
=Zvr.
Dalam sitrasi z, haba yang dibekarkan kepada gas seunit mol dalam proses mengihtr lin@sen a-c-b ialah:
a. b.
8R4 gRTl
c. llnz 2
16.
.
d.
ln,
e.
.!9nr
2
z
2, haba yang dibekalkan kepada gas seunit mol dalam proses mengikut lintasan a-d-b ialah; Dalam situasi
L b.
8Rf, eR4
c. llar 2 d-
"2
nr,
e. '92'm, 318
...7t-
[zcr 2r2]
-7 17.
Dalam situasi 2, haba yang dibekalkan kepada gas seunit mol dalam proses mengikut lintasan a_b :u,leth; -
a 8R4 b. gRr, c. llnz 2'
d-
!nr.
e'
tg
2',
t*r
18' Dalarr situasi 2, muatan haba tentu molal bagi gas dalam proses mengikut lintasan a-b ialeth;
a3R b. 8R c. 9R d- gR 3
e.
t9R 6
19' Diatas rajah zmerawan
E
luas dibawah lengkungan graf mewakilkan;
a-
Kerja
b. c. d.
Pengaliran haba Perubatran dalam entropi Tenaga dalam Perubatran dalam entalpi
e.
20' *Tiada proses boleh wujud dimana hasil satu-satunya ialah pengaliran haba keluar daripada satu sistem pida suhu tertentu_aan pen!*iran haba yang mempunyai magnitud yang sama kedalam sistem kedua pudu ,uhu y*g rebih tinggi.,, Pernyataan ini adalah;
a. tidak benar. b. bersamaan dengan Hukum pertama Termodinamik. 9 pemyataan clausius tentang Hukun Kedua rermoainam*. d. pernyataan Kervin-pranck tlnang Hukum Kedua e' bersamaan dengan perubatran entropi bagi sistem Termodinamik. yang
melalui proses boleh
diterbalikkan.
...8/-
319
[zcT
-8-
212J
2r'"Tiadaproses boleh wujud dimana hasil satu-satunya ialah transformasi k",ja wke
l*HT3f"ni,ry.ffi# *Hffi-duil ff
f"u" oG="il"^-aenitud
bersamaan d:ngan Hukum pertama Termodinamik.
a.
b. pernyataan clausi'T tentang Hukum Kedua c. pemyataan Kelvin-pranck_tentang Hukrrm Kedua Termod.inamik
rr.-Jiou-it
d.
H:lffiffi**gan
perubarran
"ri"pi
urei sistei
r-,
-"t"ui
proses boleh
tidak benar.
e.
22' satu ks
ar dipanaskan secara boleh diterbalikkan dengan gelung p€manas elektrik daripada suhu 20"c kepada gO'c. air iarah. a-
p"*tJ*ffi.i?"0,
0
b. 710 J/K c. 779 J/K d. 3135 J/K e.
s79s
JlK
23. Daripada persamaan:
[#)"
=+(#)"*
[#) ,=+l(#), -"]
mana antara berikut adalah benar?
a. ( 9L\ \aP
),
=-'[#J".'
),
=.[g'J laP ),
b (Y\ \aP
c. (pz\ =Bv-I \aP ),
d (v) = r[gl') + y \ar ),
\ar ), ( an\ e. l-i =-SvT +v \ar ),
...9
320
lzcT 2r2l
-924.Persam?en
lfu
=
c"rr+r(#). dv adalah berguna untuk mengirakan;
a perubahan dalam suhu bagt suatu pepejal atau cecair apabila dimamFatkrn secara adiabatik. haba yang keluar darpada suatu sistem apabila ia melalui proses isoterma haba-yang diserap apabila sistem melarui satu proses adiafatik. peruPahan tekanan pepejal apabila suhunya berubatr pada isipadu tetap. perubahan isipadu cecair apabila suhunya berubatr pada tekanan rerap.
b. c.
d. e.
ia
25. Persamean keadaan bagi suatu gas ialatr (p + b)v p7 perubahan entropi bagr gas = dqlam proses isoterma ialatr;
Yz
-vt
,R D. --;--, v2-
-vt'
cy
c. Tz
d.
-Tt
^^(z) \vt /
e ".hfL) ' \r,) (60 markah\ Bahagian B Jawab kedua-dua soalan berikut dengan terang diatas skrip jawapan.
1-
= | atm dan Z: 273 Kkepada p:0.5 ann 546 K melalui proses isoterma boleh diterbalikkan dan kemudiannya, diikuti proses isobarik boleh diterbalikkan. Seterusnya, ia kembali kepada keadaan asalnya dengan melalui proses isokorik boleh diterbalikkan dan ai*uti dengan Satu mol gas unggul diambil daripada P
dan T :
proses adiabatik boleh diterbalikkan. Anggap bahawa
,"
=1p.
a. Lukiskan kitaran ini di atas njah p-V. b. 9-tt"t setiap proses dan keselunrhan
c.
kitaran, kirakan perubahan dalam T, P, W, Q, U danfL (tuliskan keputusa dalam bentuk irau"fl Lukiskan kitaran ini di atas njahV-7. V,
(20 rnokalt) ...10
321
-
lzcr
l0-
2121
Tekanan ke atas suatu blok kuprum pada suhu 0'c ditingkatkan secara isoterma boleh diterbalikkan daripada I atm keparta 1000 atm. A"gtrpk bahawa p, x dan padalah malar kT*Taan dengan 5 x l0r i.t, g * 10-E II" " da g.9-* ttr frg rz- masing-nrasing. Kirakan
fu
a. b.
c. d.
ti
Kerja yang dilalcukan keatas kuprum sermit ftg. Haba yang terlesap seunit frg. Dalam bahagian a dan b yang manakah yang lebfr bese? Apakah maksudnya? Jika disebaliknya pemampatan dilakukan secara adiabatik dan bukm isoterm4 berapakah peningkatan suhu kuprum? (20 mukah)
... I
322
1/-
_
1l
tzcr
_
ZCT 212/2 _ TERMODINAMIK
PERSAMAAN PEI{TING cP
cP*=4.18x103 J ks'K
t*p*- =o-og23fulod
g-K
I kalori = 4.186
J
IatDr- I.0l3x 10,
llitre =1000cm3
.R=8.3
A/
+ m-
U3 J
trzol.K
Hukum Gas Unggul
PV
Persamaan Van der Waals
pekali pengembangan
=y2
p7
["-i),,
isipadu
-b)=Rr
p= +(*J = f fg) Y\aT)p ,\ar),
ungsut U=+#=+ fkali kemamparrn isoterma * = _lfg') y untukgas
\aP
)r
untukgasunggul * =-1(-$r)=
=.=t._ [+l f+l fgt ret \tu = (?\ lay ),lE ),lE )
)
\e/.
dW =P 4Y u2
c,o,
P
=_]
h=u _
cP
J
,, .l( +) L\aP
C= lim Q =oQ tr+o fif dT I=hz_ht
+ Pv
-l(+] aylr-"1,, L\
dq = c,
r
dU=dQ-dW
-ut = I - P(v, - vr)
dq =
,
v\ P')
_ * j )r "lo,
Untukgas monatomik, Untuk gas diatomi\
cp
-c, -cu
l-z^ r
1,
L\dv
J\Ar ), 1( apt
=l[*J)r *plf*l
f( an\-l[4.,1" - -L(.a.,t,
dan :a =1 ?-l R2R2
a-: ?-l R2R2dan 323
...12
2121
[zcT 2r2l
-t2-
[a')
(a*\ ( a,\
(y\ [e:) fs) = fry) la, ), - {.a"J,la' ), *-
[tj, l* ),1*), =
l* ),
p€katiJoule pekali
n=
[#),
Joute.rhomson _ = (#)
bagi mana-mana
b*T
^
dalam proses adiabatikboleh diterbarikkan;
[#)" =?(#), untuk sas
unggur,
[#),
=
_+ l-t
PvT
TP T =pemalor
=l(=pemalar
dimspzpemalaradiabatik, lr,
1. =:-lP, l-v-
dQ=T
T
=2cv cr",
-R
A'siasad=",n|
ds
I
_r ( a")= "" ) =Fl.ar).
i
lar )"
a'=|@n-vdp)
(#)" =+(#),=? Tds =
= pemalar
v" p,v,l - - - ' tJ
ds=7@u+pdv) (a"
Tvr-'
c,dT +
* = [#)
.n,
Lsrn,"r
=*",T:
*(#),*
(#).=+f[#),*"]= (#).
" =(#),0, * (#),* (#),=+i(#).-"]= -(#),
r(t\
\ar ), ^
rds=c,dr-r(#),* rds="'(x),dv+cu(#)" -oooOooo-
324
