ऊष्मागतिकी 1: अभ्यास प्रश्न और परीक्षा प्रश्न

पहला नियम, आदर्श गैसें, ऊर्जा संतुलन और ऊष्मा इंजनों, रेफ़्रिजरेटरों और ऊष्मा पंपों पर दूसरे नियम की सीमाएँ। परीक्षा की ज़्यादातर गलतियाँ भौतिकी से नहीं, इकाइयों और तापमानों से होती हैं।

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इस कोर्स के विषय

  1. आदर्श गैस नियमn, V, T से P · द्रव्यमान से · अवस्था परिवर्तन या घनत्वगणनाएँ
  2. ऊर्जा संतुलनधारा को गर्म करना · ऊष्मा विनिमयक · ऊष्मा हानि वाला विनिमयकगणनाएँ
  3. ऊष्मा इंजन और रेफ़्रिजरेटरचक्र के लिए प्रथम नियम · कार्नो सीमा · रेफ़्रिजरेटर और ऊष्मा पंपगणनाएँ
  4. गैस शक्ति चक्रऑटो चक्र · डीज़ल चक्र · ब्रेटन चक्रगणनाएँ

ऊष्मागतिकी 1 के लिए परीक्षा सुझाव

  • गैस नियमों में और हर कार्नो या COP सूत्र में परम तापमान (K) का उपयोग करें।
  • ऊर्जा संतुलन पहले शब्दों में लिखें: जो अंदर आता है उसमें से जो बाहर जाता है घटाने पर परिवर्तन मिलता है।
  • एक ही दो तापमानों के बीच, ऊष्मा पंप का COP हमेशा रेफ़्रिजरेटर के COP से ठीक 1 अधिक होता है।

हल किए गए उदाहरण

आदर्श गैस नियमआसान
n = 5 molV = 15 LT = 30 °CP = ?

एक दृढ़ टंकी में आदर्श गैस है। उसका दाब P ज्ञात कीजिए।

n = 5 molV = 15 LT = 30 °CR = 8.314 J/(mol·K)

ज्ञात करें: P (kPa)

संकेत दिखाएँ
  1. परम तापमान (K) के साथ PV = nRT का उपयोग करें।
  2. इकाइयाँ: V को m³ और R = 8.314 लेने पर P, Pa में आता है। 1 L = 0.001 m³।
  3. T = 303.1 K.
उत्तर और चरण-दर-चरण हल दिखाएँ

आदर्श गैस नियम: PV = nRT, परम तापमान (K) और R से मेल खाती इकाइयों के साथ।

इकाइयाँ बदलें

T = 30 + 273.15 = 303.1 K
V = 15 L = 0.015 m³

आदर्श गैस नियम

P = nRT/V = 5·8.314·303.1/0.015 = 840130 Pa = 840.1 kPa

उत्तर

P = 840.1 kPa
ऊर्जा संतुलनमध्यम
गर्म पक्षठंडा पक्षग्लाइकॉल मिश्रण · 150 °C120 °Cपानी · 15 °Ct = ? °C

गर्म ग्लाइकॉल मिश्रण बिना ऊष्मा हानि वाले प्रतिप्रवाह ऊष्मा विनिमयक में पानी को ठंडा करता है। पानी का निर्गम तापमान tout ज्ञात कीजिए।

ṁh = 1 kg/scp,h = 3.6 kJ/(kg·K)Th: 150 → 120 °Cṁc = 1 kg/scp,c = 4.18 kJ/(kg·K)tin = 15 °C

ज्ञात करें: tout (°C)

संकेत दिखाएँ
  1. गर्म धारा द्वारा खोई ऊष्मा ठंडी धारा द्वारा प्राप्त ऊष्मा के बराबर है।
  2. पहले गर्म पक्ष से Q ज्ञात करें, क्योंकि उसके दोनों तापमान ज्ञात हैं।
  3. Q = 108 kW.
उत्तर और चरण-दर-चरण हल दिखाएँ

विनिमयक ऊर्जा संतुलन: बिना हानि के ṁhcp,h(Th,in − Th,out) = ṁccp,c(tout − tin)।

गर्म धारा द्वारा छोड़ी गई ऊष्मा

Q = 1·3.6·(150 − 120) = 108 kW

पानी द्वारा ली गई ऊष्मा

tout = tin + Q/(ṁccp,c) = 15 + 108/(1·4.18) = 40.84 °C

उत्तर

tout = 40.84 °C

अभ्यास कैसे काम करता है

  • “इस कोर्स का अभ्यास करें” असली परीक्षा की तरह इसके सभी विषयों के प्रश्न मिलाकर देता है।
  • हर प्रश्न में नए मान होते हैं, इसलिए आप उत्तर नहीं बल्कि विधि सीखते हैं।
  • अटक गए? पहले एक छोटा संकेत खोलें, और पूरी व्याख्या तभी जब ज़रूरत हो।
  • मॉक परीक्षाओं में समय सीमा होती है और कोई संकेत नहीं मिलता; अंत में आपको अपना स्कोर और पूरी समीक्षा मिलती है।

इस कोर्स के कैलकुलेटर

कार्नो दक्षता और COP कैलकुलेटरआदर्श गैस नियम कैलकुलेटरऑटो और ब्रेटन चक्र दक्षता कैलकुलेटरसंयुक्त गैस नियम कैलकुलेटर (बॉयल, चार्ल्स और गे-लुसाक)

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