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

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

தரப்பட்ட தகவல்கள்

தரப்பட்டவை (வரைபிலிருந்து): $a$: $V = 2 \times 10^{-3}\ \text{m}^3$, $p = 3 \times 10^5$ Pa; $b$: $V = 2 \times 10^{-3}$, $p = 8 \times 10^5$; $c$: $V = 5 \times 10^{-3}$, $p = 8 \times 10^5$. உறிஞ்சிய வெப்பம்: $a \to b$ $6.0$ kJ, $b \to c$ $1.8$ kJ.

வினா என்ன கேட்கிறது

கேட்கப்படுவது: $a$ இலிருந்து $c$ க்கு நேரடிப் பாதை $ac$ இல் அகச் சக்தி மாற்றம் $\Delta U_{ac}$.

தொடர்புடைய கோட்பாடு

தொகுதி ஒன்றில், தேறிய வெப்பப்பரிமாற்றம் $\Delta Q$ ஆகவும், அகச்சக்திமாற்றம் $\Delta U$ ஆகவும், செய்யப்பட்ட வேலையின் பருமன் $\Delta W$ ஆகவும் இருப்பின்.

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

$\therefore$ வாயுவினால் செய்யப்பட்ட வேலை $= (P \cdot A) \cdot x = P \cdot (Ax) = P\Delta V$

மாறாக்கனவளவில், வாயுவினால் அல்லது வாயுவின் மீது வேலை செய்யப்படுவதில்லை (கனவளவில் மாற்றம் இல்லததால் $\Delta W = 0$)

இலட்சியவாயுவில் அகச்சக்தியானது இயக்கச்சக்தியாக மாத்திரம் தோன்றுகிறது (வாயு ஒன்றில் மூலக்கூறுகளுக்கிடையில் விசைகள் இல்லாததால், நிலைப்பண்பு சக்தி இல்லை)

$\therefore KE = 0$ ($KE \propto T$ என்பதால் இங்கு T ஆனது K இல் உள்ளது)

தேவையான சமன்பாடுகள்

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

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

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

வினாவுடன் தொடர்புபடுத்தல்

திட்டம்: (1) $a \to b$ மாறாக் கனவளவு — $\Delta W = 0$, $\Delta U_{ab} = 6.0$ kJ; (2) $b \to c$ மாறா அமுக்கம் — $W = p\Delta V$, பின் $\Delta U_{bc}$; (3) இலட்சிய வாயுவின் $U$ வெப்பநிலையில் (நிலையில்) மட்டும் தங்கியிருப்பதால் $\Delta U_{ac} = \Delta U_{ab} + \Delta U_{bc}$.

காரணம் / கணக்கீடு

$6.0$

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

$2.4$

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

$-0.6$

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

$5.4$

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

சரிபார்ப்பு

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

பௌதிக நம்பகத்தன்மை: $b \to c$ இல் $p$ மாறாது, $V$ $2 \to 5$ — இலட்சிய வாயுவுக்கு $T \propto pV$ ($16 \to 40$) கூடுகிறது. ஆகவே அகச் சக்தி கூட வேண்டும் ($\Delta U_{bc} > 0$): உறிஞ்சிய வெப்பம் வேலையை ($2.4$ kJ) விடக் கூடவாக இருக்க வேண்டும். தரப்பட்ட $1.8$ kJ அதற்கு முரண் — வினாவின் தரவு சாத்தியமற்றது.

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

முடிவு

உத்தியோகபூர்வ விடைத்தாள்: All — எல்லாத் தெரிவுகளும் சரியாக ஏற்றுக்கொள்ளப்பட்டன.

காரணம்: $b \to c$ என்பது மாறா அமுக்கத்தில் ($8 \times 10^5$ Pa) விரிவு. நூலின் குறிவழக்கின்படி மாறா அமுக்கத்தில் வெப்பம் வழங்கப்படும்போது $\Delta Q$, $\Delta U$, $P\Delta V$ மூன்றும் நேர்: வெப்பநிலை கூடுகிறது. இங்கு வாயு செய்யும் வேலை $p\Delta V = 2.4$ kJ, ஆனால் உறிஞ்சிய வெப்பம் $1.8$ kJ மட்டும் — அதன்படி $\Delta U_{bc} = -0.6$ kJ, அதாவது வெப்பநிலை குறைய வேண்டும். ஆனால் $T \propto pV$ கூடுகிறது. இரண்டும் ஒரே நேரத்தில் உண்மையாக இருக்க முடியாது; ஆகவே வினா பிழையானது, எல்லாருக்கும் புள்ளி வழங்கப்பட்டது.

கற்க வேண்டியது: முறை சரியானது — $\Delta U = \Delta Q - \Delta W$ ஐ ஒவ்வொரு பகுதிக்கும் பிரயோகித்து, $U$ நிலையில் மட்டும் தங்கியிருப்பதால் பாதைகளைக் கூட்டுதல். தரவுகளை அப்படியே கொண்டால் விடை (2) $5.4$ kJ.

ஆசிரியர் குறிப்பு

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

தரவுகளை அப்படியே கொண்டால் $\Delta U_{ac} = 6.0 - 0.6 = 5.4$ kJ — தெரிவு (2). தரவுகள் முரண்பட்டதால் உத்தியோகபூர்வ விடை: எல்லாத் தெரிவுகளும் (All).

உறிஞ்சிய இரு வெப்பங்களையும் கூட்டி ($7.8$ kJ) அதையே அகச் சக்தி மாற்றமாகக் கொள்ளுதல்.

விரிவின்போது வாயு செய்த வேலை $p\Delta V$ ஐக் கழிக்க வேண்டும்: $\Delta U = \Delta Q - \Delta W$.