2020 A/L Physics Past Paper · Question 24 (Sinhala Medium)

Answer: (2) $5.4\ \text{kJ}$

දී ඇති තොරතුරු

රූපයෙන්: $a$: $V = 2 \times 10^{-3}\ \text{m}^3$, $p = 3 \times 10^5$ Pa; $b$: $V = 2 \times 10^{-3}$, $p = 8 \times 10^5$; $c$: $V = 5 \times 10^{-3}$, $p = 8 \times 10^5$.

උරා ගත් තාපය: $a \to b$ $6.0$ kJ, $b \to c$ $1.8$ kJ.

ප්‍රශ්නය අසන්නේ කුමක්ද

සොයන්නේ: $a$ සිට $c$ දක්වා සෘජු මාර්ගය $ac$ හි අභ්‍යන්තර ශක්ති වෙනස $\Delta U_{ac}$.

අදාළ න්‍යාය

යම් පද්ධතියක සඵල තාප හුවමාරුව $\Delta Q$ ද, අභ්‍යන්තර ශක්තියෙහි වෙනස් වීම $\Delta U$ ද සිදු කරනු ලබන කාර්යය $\Delta W$ ද නම්,

$$\Delta Q = \Delta U + \Delta W$$

$\therefore$ වායුව මගින් කළ කාර්යය $= p.Ax$

නියත පරිමා තත්ත්වය යටතේ වායුව මත හෝ වායුව මගින් හෝ කාර්යයක් සිදු නො වේ. පරිමාවේ වෙනසක් සිදු නොවන බැවින්, එනම් $\Delta V = 0$ බැවින් $\Delta W = 0$ වේ.

පරිපූර්ණ වායුවක අභ්‍යන්තර ශක්තිය පවතින්නේ චාලක ශක්තිය වශයෙන් පමණකි (පරිපූර්ණ වායුවක අන්තර් අණුක බල නැති හෙයින් විභව ශක්තිය නැත).

$\therefore \Delta KE = 0$ (වායු සඳහා $KE \propto \theta$ හෙයින්) (මෙහි $KE$ යනු චාලක ශක්තියයි.)

අවශ්‍ය සමීකරණ

$\Delta U = \Delta Q - \Delta W$

$\Delta W = p\,\Delta V$

$\Delta U_{ac} = \Delta U_{ab} + \Delta U_{bc}$

මෙම ප්‍රශ්නයට යෙදීම

සැලැස්ම: (1) $a \to b$ නියත පරිමාව — $\Delta W = 0$, $\Delta U_{ab} = 6.0$ kJ.

(2) $b \to c$ නියත පීඩනය — $W = p\Delta V$, පසුව $\Delta U_{bc}$.

(3) පරිපූර්ණ වායුවක $U$ උෂ්ණත්වය (අවස්ථාව) මත පමණක් රැඳී ඇති බැවින් $\Delta U_{ac} = \Delta U_{ab} + \Delta U_{bc}$.

තර්කය / ගණනය

$6.0$

$\Delta U_{ab} = 6.0 - 0$

$2.4$

$W_{bc} = 8 \times 10^5 \times (5 - 2) \times 10^{-3}$

$-0.6$

$\Delta U_{bc} = 1.8 - 2.4$

$5.4$

$\Delta U_{ac} = 6.0 + (-0.6)$

පරීක්ෂා කිරීම

ඒකක පරීක්ෂාව: $\text{Pa} \times \text{m}^3 = \text{N m}^{-2} \times \text{m}^3 = \text{J}$; $10^5 \times 10^{-3} = 10^2$, එබැවින් $8 \times 3 \times 10^2 = 2400$ J $= 2.4$ kJ ✓.

භෞතික විශ්වාසනීයත්වය: $b \to c$ හි $p$ නියතව පවතී, $V$ $2 \to 5$ වේ — පරිපූර්ණ වායුවක් සඳහා $T \propto pV$ ($16 \to 40$) ඉහළ යයි.

එබැවින් අභ්‍යන්තර ශක්තිය ද ඉහළ යා යුතුය ($\Delta U_{bc} > 0$): උරා ගත් තාපය කාර්යයට ($2.4$ kJ) වඩා වැඩි විය යුතුය.

දී ඇති $1.8$ kJ මෙයට පරස්පර ය — ප්‍රශ්නයේ දත්ත අසීරුය.

$Qab + Qbc - pb * (Vc - Va) * 0.1$

නිගමනය

නිල පිළිතුරු පත්‍රය: සියලු තෝරා ගැනීම් — සියලු විකල්ප නිවැරදි ලෙස පිළිගනු ලැබීය.

හේතුව: $b \to c$ යනු නියත පීඩනයක ($8 \times 10^5$ Pa) විස්තරණයකි. පොතේම සලකුණු සම්මුතිය අනුව නියත පීඩනයක තාපය සපයන විට $\Delta Q$, $\Delta U$, $p\Delta V$ යන සියල්ල ධන වේ: උෂ්ණත්වය ඉහළ යයි. මෙහි වායුව කරන කාර්යය $p\Delta V = 2.4$ kJ වන නමුත් උරා ගත් තාපය $1.8$ kJ පමණි — ඒ අනුව $\Delta U_{bc} = -0.6$ kJ, එනම් උෂ්ණත්වය පහත වැටිය යුතුය. නමුත් $T \propto pV$ ඉහළ යයි. මේ දෙකම එකවර සත්‍ය විය නොහැක; එබැවින් ප්‍රශ්නයේ දත්ත වැරදි ය, සියලු දෙනාට ලකුණු ලබා දෙනු ලැබීය.

ඉගෙන ගත යුත්තේ: ක්‍රමය නිවැරදි ය — $\Delta U = \Delta Q - \Delta W$ එක් එක් කොටසට යොදා, $U$ අවස්ථාව මත පමණක් රැඳී ඇති බැවින් මාර්ග එකතු කිරීම. දත්ත එලෙසින් ගත් විට පිළිතුර (2) $5.4$ kJ.

ගුරු සටහන

$\Delta U_{ac} = 6.0 + 1.8 - 2.4 = 5.4\ \text{kJ}$

දත්ත එලෙසින් ගත් විට $\Delta U_{ac} = 6.0 - 0.6 = 5.4$ kJ — තෝරාගැනීම (2). දත්ත පරස්පර බැවින් නිල පිළිතුර: සියලු තෝරා ගැනීම්.

උරා ගත් තාප දෙකම එකතු කර ($7.8$ kJ) එයම අභ්‍යන්තර ශක්ති වෙනස ලෙස සැලකීම.

විස්තරණයේ දී වායුව කරන කාර්යය $p\Delta V$ අඩු කළ යුතුය: $\Delta U = \Delta Q - \Delta W$.