Faculty Science and Technology (TNW)
Hand in the complete form!
Student nr.:………………………………….
Do not take it apart!
AT/TN/ST:…………………………………. Name:……...………………………………..
Threshold Test / Drempeltoets Advanced Technology MOD02 201300147 Scheikundige Technologie MOD02 201300158 Technische Natuurkunde MOD02 201300128 Choose your language: Test is in English (first part) and in Dutch (second part). Friday December 13th, 2013 15.45 – 17.30 This test comprises 21 problems in multiple choice. Clearly indicate the correct answer by marking A, B or C with a circle around it. A sheet with formulas and constants is attached. Fill in name and student number and indicate program. Hand in the complete form! Do not take it apart!
De drempeltoets bestaat uit 21 vragen in multiple choice. Geef duidelijk het correcte antwoord aan door A, B of C te omcirkelen. Een formulier met formules en constanten is toegevoegd.Vul naam en student nummer in en geef opleiding aan. Lever het complete formulier in. Niet uit elkaar trekken!
Thermodynamics, Formulas and constants an 2 p 2 V
pV = nRT
V nb nRT
nR = Nk
U = N.f.½kT
U = Q + W
W = - p dV
Q U CV T V T V
Q H CP T P T P
R = 8,315 J/mol.K k = 1,381 . 10-23 J/K h = 6,626 . 10-34 Js NA = 6,022 . 1023 1 atm = 1,013 bar 1 bar = 105 Pascal
pV const.
CP CV
TV
C P CV nR dS
Q T
const.
c = 3 . 108 m/s 1 eV = 1,6 . 10-19 Joule
f 2 f
S = k ln 1
S T U N ,V N
1
N! N !N !
S P T V N ,U
( N , q)
N q 1! q!N 1!
V 4mU 3 / 2 5 S ( N ,V ,U ) Nk ln 2 N 3 Nh 2
H = U + PV
1. According to the Einstein model of a solid, one mole of lead has a heat capacity at constant volume of A. 24.9 J/K B. 49.9 J/K C. 99.8 J/K 2. Consider two cylinders filled with the same amounts of the same gas. Both cylinders are in the same state A (pressure, temperature, volume). We compress the gas in each of the cylinders to the same smaller volume, but in different ways. In one cylinder the gas is compressed isothermally to state B, and in the other the gas is compressed adiabatically to state C. Which of the statements about the work performed on the gas is correct? A. WAB > WAC B. WAB < WAC C. WAB = WAC 3. Which of the following statements is correct? A. The number of molecules of 1 kg of liquid water is less than the number of molecules in 1 kg of water vapor. B. The number of molecules of 1 kg of liquid water is more than the number of molecules in 1 kg of water vapor. C. The number of molecules of 1 kg of liquid water is the same as the number of molecules in 1 kg of water vapor. 4. What is the number of moles in 2 liters of an ideal gas at 3 bar and 400 K? A. 0.18 B. 5.5 C. 180 5. Consider an adiabatic expansion of an amount of gas. The pressure reduces from 4 bar to 2 bar. The work performed on the gas A. W > 0 B. W < 0 C. W = 0 6. Consider a closed cylinder that at one end has a piston. The cylinder is filled with an ideal gas. Can we decrease the volume while keeping the pressure constant? A. Yes, you than need to heat the gas B. Yes, you then need to reject heat from the gas to the environment C. No, you cannot reduce the volume while keeping the pressure constant
7. In the schematic P-T diagram the different phases, vapor, liquid, and solid are indicated. Which one of the following statement is correct?
P
b
A. Area a represents the vapor phase B. Area a represents the solid phase
c
C. Area c represents the liquid phase
a T 8. Consider the reaction A + 3B 3C + 2D Let the enthalpy of formation be as follows: A: -100 J/mol; B: -300 J/mol; C: -200 J/mol; D: -400 J/mol What can we say about the heat of reaction? A. 200 J/mol of heat is produced in the reaction B. 400 J/mol of heat has to be supplied to perform the reaction C. 400 J/mol of heat is produced in the reaction 9. Compared to the triple point, the critical point has A. a higher pressure B. a lower pressure C. the same pressure an 2 10. In the Van der Waals equation p 2 V nb nRT the a-term accounts for V A. the fact that molecules have certain dimensions B. interaction between the particles, and its value can be positive or negative C. interaction between the particles and its value is always negative
11. A heat pump operates between a cold and a hot reservoir. The efficiency is 400%. The required input power is 2 kW. How much heat is taken from the cold reservoir? A. 6 kW B. 8 kW C. 10 kW
12. The thermal energy of one mole of oxygen at 1 bar and 24 liter is A. 6000 J B. 60 J C. 3600 J 13. In free expansion of a gas, the entropy of the gas… A. S is unchanged B. S increases C. S decreases 14. Consider two blocks of the same material. Block A is 2 grams; block B is 3 grams. The total amount of energy quanta is 500. In what case will we have maximum entropy? A. qA = 200 and qB = 300 B. qA = 250 and qB = 250 C. qA = 300 and qB = 200 15. In an adiabatic process with an ideal gas, A. there is no heat flow B. there is no work performed C. there is no temperature change 16. Consider the process between two states A and B that is indicated in the P-V diagram. What can we say about this process? A. It is a quasistatic process B. It is not a quasistatic process C. We cannot say whether the process is quasistatic or not.
P
B
A
V
17. In a process with a gas, states A and B are at the same pressure. We consider two processes going from state A to state B, as shown in the figure. What statement about the work performed on the gas is correct? A. W1 = W2 B. W1 > W2 C. W1 < W2
1
P B X
X A 2 V
18. Compare the entropy of 1 mole of argon gas to that of 1 mole of helium gas, both at standard conditions, 1 bar and 25 0C. Considering both as ideal gases, which statement is correct? A. Shelium > Sargon B. Shelium = Sargon C. Shelium < Sargon
19. A process with an ideal gas is shown in the P-V diagram. Which statement is correct: A. U > 0 B. U= 0 C. U < 0
A
P B
V
20. Consider a two-state paramagnetic system consisting of 60 dipoles that can point up or down. What is the macrostate with maximum entropy? A. 0 dipoles pointing up B. 30 dipoles pointing up C. 60 dipoles pointing up 21. Consider an Einstein solid with 20 oscillators and 15 energy quanta. What is the multiplicity of this macrostate? A. 1.86 x 109 B. 1.39 x 109 C. 1.55 x 104
1. Volgens het Einstein model van een vaste stof, heeft 1 mol lood een warmtecapaciteit bij constant volume gelijk aan A. 24.9 J/K B. 49.9 J/K C. 99.8 J/K 2. Beschouw twee cilinders die gevuld zijn met dezelfde hoeveelheden van hetzelfde ideale gas. Beide cilinders zijn in dezelfde begintoestand A (druk, volume, temperatuur). We comprimeren het gas in elk van de cilinders maar op verschillende manieren. In de ene cilinder wordt het gas isotherm naar toestand B gecomprimeerd, en in de andere adiabatisch gecomprimeerd naar toestand C. Welke bewering over de arbeid uitgeoefend op het gas is correct? A. WAB > WAC B. WAB < WAC C. WAB = WAC 3. Welke van de volgende beweringen is correct? A. Het aantal moleculen in 1 kg vloeibaar water is lager dan het aantal moleculen in 1 kg waterdamp. B. Het aantal moleculen in 1 kg vloeibaar water is hoger dan het aantal moleculen in 1 kg waterdamp. C. Het aantal moleculen in 1 kg vloeibaar water is gelijk aan het aantal moleculen in 1 kg waterdamp. 4. Wat is het aantal mol in 2 liter van een ideaal gas bij 3 bar en 400 K? A. 0.18 B. 5.5 C. 180 5. Beschouw een adiabatische expansie van een hoeveelheid gas. De druk reduceert van 4 bar naar 2 bar. De arbeid die hierbij wordt verricht op het gas is A. W > 0 B. W < 0 C. W = 0
6. Beschouw een dichte cilinder met aan een van de uiteinden een zuiger. De cilinder is gevuld met een gas. Kunnen we het volume verkleinen terwijl de druk constant blijft? A. Ja, we moeten het gas dan verwarmen. B. Ja, we moeten dan warmte afvoeren van het gas naar de omgeving. C. Nee, je kunt niet het volume verkleinen en tegelijkertijd de druk constant houden.
7. In het schematische P-T diagram zijn de drie fasen aangegeven: damp, vloeistof, en vast. Welke van de volgende beweringen is correct?
P
b
A. Gebied a correspondeert met de dampfase. B. Gebied a correspondeert met de vaste fase
c
C. Gebied c correspondeert met de vloeistoffase
a T 8. Beschouw de reactie A + 3B 3C + 2D Gegeven zijn de vormingsenthalpiën: A: -100 J/mol; B: -300 J/mol; C: -200 J/mol; D: 400 J/mol. Wat kunnen we zeggen van de reactiewarmte? A. 200 J/mol warmte wordt geproduceerd in de reactie B. 400 J/mol warmte moet worden toegevoerd C. 400 J/mol warmte wordt geproduceerd in de reactie
9. Vergeleken met het tripelpunt, heeft het kritieke punt A. een hogere druk B. een lagere druk C. dezelfde druk
an 2 10. In de Van der Waals vergelijking p 2 V nb nRT correspondeert de a-term V met A. het feit dat molecule bepaalde afmetingen hebben B. de interactie tussen de deeltjes, en de waarde ervan kan positief of negatief zijn C. de interactie tussen de deeltjes en de waarde ervan is altijd negatief 11. Een warmtepomp werkt tussen een koud en een warm reservoir. Het rendement is 400%. Het vereiste input-vermogen is 2 kW. Hoeveel warmte onttrekt de warmtepomp aan het koude reservoir? A. 6 kW B. 8 kW C. 10 kW
12. De thermische energie van 1 mol zuurstof bij een druk van 1 bar en volume van 24 liter is A. 6000 J B. 60 J C. 3600 J 13. Bij vrije expansie van een gas….. A. blijft de entropie van het gas gelijk B. neemt de entropie van het gas toe C. neemt de entropie van het gas af 14. Beschouw twee blokjes van hetzelfde materiaal. Blokje A is 2 gram; blokje B is 3 gram. De totale hoeveelheid energie-quanta is 500. In welk van onderstaande gevallen zullen we maximale entropie hebben? A. qA = 200 en qB = 300 B. qA = 250 en qB = 250 C. qA = 300 en qB = 200 15. In een adiabatisch proces met een ideaal gas, A. is er geen warmtestroom B. wordt er geen arbeid verricht C. is er geen temperatuurverandering
16. Beschouw het proces tussen de twee toestanden A en B zoals aangegeven in het P-V diagram. Wat kunnen we zeggen van dit proces? A. Het is een quasistatisch proces B. Het is geen quasistatisch process C. Het is niet te zeggen of het een quasistatisch process is of niet.
P
B
A
V
17. In een proces hebben de toestanden A en B dezelfde druk. We beschouwen twee processen die van A naar B leiden, zie figuur. Wat kunnen we zeggen van de arbeid die op het gas wordt uitgeoefend? A. W1 = W2 B. W1 > W2 C. W1 < W2
1
P B X
X A 2 V
18. Vergelijk de entropie van 1 mol argongas met dat van 1 mol heliumgas, beide op standaard condities, 1 bar and 25 0C. Welke van de volgende beweringen is correct, als we beide gassen als ideaal gas beschouwen? A. Shelium > Sargon B. Shelium = Sargon C. Shelium < Sargon
19. Een proces met een ideaal gas is weergegeven in het P-V diagram. Welke bewering is correct? A. U > 0 B. U= 0 C. U < 0
A
P B
V
20. Beschouw een twee-toestanden paramagnetisch systeem met 60 dipolen die “op” of “neer” gericht kunnen zijn. Wat is de macrotoestand met de maximum entropie? A. 0 dipolen “op” gericht B. 30 dipolen “op” gericht C. 60 dipolen “op” gericht
21. Beschouw een Einstein solid met 20 oscillatoren en 15 energie-quanta. Wat is de multipliciteit in deze macrotoestand? A. 1.86 x 109 B. 1.39 x 109 C. 1.55 x 104
