Основные положения и законы термодинамики

1. Первое начало термодинамики гласит: «Изменение внутренней энергии системы при переходе из одного состояния в другое равно сумме механических эквивалентов всех внешних воздействий». Математически это можно записать так: , где dU – изменение внутренней энергии системы; dQ – элементарное количество тепла, подводимого к системе; dA – элементарная работа, совершаемая системой; dM – другие виды элементарных энергий. Можно ли утверждать, что оно является:

а) законом сохранения и превращения энергии, которым сопровождаются термодинамические процессы;

б) утверждением, согласно которому термодинамическая система может совершать работу только за счёт своей внутренней энергии;

в) утверждением, согласно которому термодинамическая система может совершать работу не только за счёт каких-либо внешних источников энергии;

г) утверждением о невозможности существования вечных двигателей первого рода, который совершал бы работу, не потребляя энергию из какого-либо внешнего источника.

2. Соотношение, которое полностью отображает первое начало термодинамики:

а) ;

б) ;

в) ;

г) .

3. Первое начало термодинамики утверждает, что:

а) каждое состояние термодинамической системы характеризуется определённым значением внутренней энергии U, независимо от того, каким путём система приведена в данное состояние;

б) внутренняя энергия термодинамической системы U является функцией состояния системы;

в) каждое состояние термодинамической системы характеризуется определённым значением внутренней энергии U, в зависимости от того, каким путём система приведена в данное состояние.

4. Первое начало термодинамики утверждает, что:

а) работа, совершаемая термодинамической системой, зависит от процесса, приведшего к изменению состояния системы;

б) количество тепла, сообщенное термодинамической системе, зависит от процесса, приведшего к изменению состояния системы;

в) работа, совершаемая термодинамической системой, является функцией состояния системы;

г) количество тепла, сообщенное термодинамической системе, является функцией состояния системы.

5. Формула, представляющая собой математическую запись первого начала термодинамики для произвольной массы газа:

а) ;

б) ;

в) ;

г) .

6. Изотермический процесс – процесс, протекающий при постоянной температуре (T = const). При изотермическом процессе:

а) внутренняя энергия системы изменяется;

б) внутренняя энергия системы остаётся величиной постоянной;

в) все подводимое к системе тепло идет на совершение этой системой работы;

г) часть подводимого к системе тепла идет на совершение этой системой работы.

7. Работа, совершаемая произвольной массой m идеального газа при изотермическом процессе, определяется соотношением:

а) ;

б) ;

в) ;

г) .

8. Изобарический процесс – процесс, протекающий при постоянном давлении (p = const). При этом подводимое к системе тепло идёт:

а) как на изменение ее внутренней энергии, так и на совершение этой системой работы;

б) только на изменение ее внутренней энергии;

в) только на совершение этой системой работы.

9. Работа, совершаемая произвольной массой m идеального газа при изобарическом процессе, определяется соотношением:

а) ;

б) ;

в) ;

г) .

10. Изменение внутренней энергии произвольной массы m идеального газа при изобарическом процессе определяется соотношением:

а) ;

б) ;

в) .

11. Если температура идеального газа увеличилась в 4 раза, то его внутренняя энергия увеличилась в:

а) 4 раза;

б) 2 раза;

в) 1,5 раза;

г) 2,5 раза;

д) не изменилась.

12. Изохорический процесс – это процесс, протекающий при постоянном объеме (V = const). При этом все подводимое к системе тепло идет на изменение ее внутренней энергии. Какие из приведенных соотношений справедливы в данном случае?

а) ;

б) ;

в) ;

г) .

13. Адиабатический процесс – это процесс, протекающий без теплообмена или почти без теплообмена с окружающей средой. При этом работа:

а) может совершаться системой только за счет убыли её внутренней энергии;

б) может совершаться системой только за счет возрастания её внутренней энергии;

в) может совершаться системой только за счет энергии из других внешних источников.

14. Какие из приведенных соотношений справедливы для адиабатического процесса (являются уравнениями Пуассона)?

а) ;

б) ;

в) ;

г) .

15. Работа, совершаемая произвольной массой m идеального газа при адиабатическом расширении, определяется по формуле:

а) ;

б) ;

в) .

16. Если ΔU – изменение внутренней энергии идеального газа, А – работа газа, Q – количество теплоты, сообщаемое газу, то для адиабатного расширения газа справедливы следующие соотношения:

а) Q > 0; A > 0; ΔU = 0;

б) Q = 0; A > 0; ΔU < 0;

в) Q < 0; A < 0; ΔU = 0;

г) Q = 0; А < 0; ΔU > 0.

17. Если над термодинамической системой внешними силами совершается работа A и той же системе передаётся некоторое количество теплоты Q, то этом случае изменение внутренней энергии DU системы будет равно:

а) DU = A;

б) DU = Q;

в) DU = A + Q;

г) DU = A – Q.

18. Какие из приведенных соотношений справедливы для политропического процесса?

а) ;

б) ;

в) ;

г) .

19. Работа, совершаемая произвольной массой m идеального газа при политропическом процессе:

а) ;

б) ;

в) .

20. Если переданное идеальному газу количество теплоты в любой момент времени равно работе, совершённой газом, то можно утверждать, что в данном газе совершается:

а) адиабатический процесс;

б) изотермический процесс;

в) изобарический процесс;

г) изохорический процесс.

21. Если переданное идеальному газу количество теплоты в любой момент времени равно изменению внутренней энергии газа, то можно утверждать, что в данном газе совершается:

а) адиабатический процесс;

б) изотермический процесс;

в) изобарический процесс;

г) изохорический процесс.

22. Если в любой момент времени совершенная идеальным газом работа равна изменению внутренней энергии термодинамической системе, то можно утверждать, что в данном газе совершается:

а) адиабатический процесс;

б) изотермический процесс;

в) изобарический процесс;

г) изохорический процесс.

23. Внутренняя энергия тела может изменяться:

а) только при передаче телу некоторого количества теплоты;

б) только при совершении внешними силами над телом механической работы;

в) при изменении кинетической и потенциальной энергии тела как целого;

г) при передаче телу теплоты и при совершении над ним работы.

24. При изобарическом процессе работа газа всегда:

а) равна нулю;

б) положительна;

в) отрицательна;

г) зависит от величины давления и от изменения объема.

25. Работа, совершаемая идеальным газом при круговом процессе (цикле):

а) эквивалентна разности количеств тепла, подводимого к системе при расширении Q₁ и отводимого от нее при сжатии Q₂;

б) эквивалентна разности количеств тепла, отводимого от системы при сжатии Q₂ и подводимого к системе при расширении Q₁;

в) равна разности работ при расширении А₁ и при сжатии А₂ газа;

г) равна разности работ при при сжатии А₂ и расширении А₁ газа.

26. Коэффициент полезного действия кругового процесса (цикла) – это:

а) физическая величина, равная отношению работы цикла к работе, которую можно было бы совершить при превращении в нее всего количества тепла, подведенного к системе;

б) физическая величина, равная отношению разности количества тепла, подведенного к системе, и количества тепла, отданного системой, к количеству тепла, отданного системой;

в) физическая величина, равная отношению разности количества тепла, подведенного к системе, и количества тепла, отданного системой, к работе, которую можно было бы совершить при превращении в нее всего количества тепла, подведенного к системе.

27. Цикл Карно – это:

а) цикл, состоящий из последовательно чередующихся двух изотермических и двух адиабатических процессов, осуществляемых с рабочим телом (например, паром);

б) цикл, состоящий из последовательно чередующихся двух адиабатических и двух изотермических процессов, осуществляемых с рабочим телом (например, паром);

в) обратимый круговой процесс, в котором совершается превращение теплоты в работу (или работы в теплоту);

г) необратимый круговой процесс, в котором совершается превращение теплоты в работу (или работы в теплоту).

28. Тепловая машина работает по циклу Карно. Если температуру нагревателя увеличить, то КПД цикла:

а) не изменится;

б) увеличится;

в) уменьшится.

29. На рисунке 1 изображен цикл Карно в координатах (T,S), где S – энтропия. Изотермическое расширение происходит на этапе:

а) 3 – 4; б) 1 – 2; в) 4 – 1; г) 2 – 3.

30. Математически первое начало термодинамики для изотермического процесса можно отобразить следующими соотношениями:

а) T = const; PV = const; U = const;

б) T = const; PV/R = const; U = 0;

в) PV = const; Q = DU; A_г = 0;

г) T = const; Q = A_г; DU = 0.

31. Работа, совершаемая произвольной массой m идеального газа цикл Карно, определяется соотношением:

а) ;

б) ;

в) .

32. На рисунке 1 в координатах p – V представлен цикл Карно. На участке АВ рабочее тело приводится в соприкосновение с нагревателем, находящимся при температуре T₁, и:

а) расширяясь, совершает работу; б) только расширяется; в) только совершает работу; г) изотермически получает от нагревателя некоторое количество тепла.

33. На рисунке 1 в координатах p – V представлен цикл Карно. На участке ВС рабочее тело:

а) расширяясь адиабатически, совершает работу; б) только расширяется; в) только совершает работу; г) адиабатически охлаждается до температуры Т₂.

34. На рисунке 1 в координатах p – V представлен цикл Карно. На участке СD рабочее тело:

а) сжимаясь адиабатически, совершает работу; б) сжимаясь изотермически, совершает работу; в) сжимаясь изотермически, совершает работу; г) сжимаясь изотермически, отдаёт некоторое количество тепла.

35. На рисунке 1 в координатах p – V представлен цикл Карно. На участке АD рабочее тело:

а) сжимаясь адиабатически, отдаёт холодильнику некоторое количество тепла; б) сжимаясь изотермически, совершает работу; в) сжимаясь изотермически, не совершает работу; г) сжимаясь изотермически, отдаёт холодильнику некоторое количество тепла.

36. На рисунке 1 в координатах p – V представлен цикл Карно. В точке В температура рабочего тела равна температуре точки:

а) А; б) С; в) D.

37. На рисунке 1 в координатах p – V представлен цикл Карно. В точке C температура рабочего тела равна температуре точки:

а) А; б) С; в) D.

38. На рисунке 1 в координатах p – V представлен цикл Карно. В точке D температура рабочего тела равна температуре точки:

а) А; б) С; в) D.

39. На рисунке 1 в координатах p – V представлен цикл Карно. Работа данного цикла численно равна площади фигуры:

а) АBMNA; б) DCLKD; в) ABСD; г) ADKNA.

40. Коэффициент полезного действия цикла Карно h:

а) не зависит от природы вещества;

б) зависит от природы вещества;

в) зависит лишь от температур, при которых теплота сообщается системе и отбирается от нее;

г) не зависит от температур, при которых совершаются последовательные изотермические и адиабатические процессы.

41. На рисунке 1 в координатах p – V представлен цикл Карно. Коэффициент полезного действия цикла Карно h определяется соотношением:

а)

; б)

;

в)

; г)

42. На рисунке 1 в координатах p – V представлен цикл Карно. Коэффициент полезного действия цикла Карно h численно равен отношению:

а) площади фигуры ABCDA к площади фигуры ABMNA; б) площади фигуры ABCDA к площади фигуры CLKDC; в) разности площадей фигур ABMNA и CLKDC к площади фигуры ABMNA; г) разности площадей фигур ABMNA и CLKDC к площади фигуры CLKDC; д) среди приведенных ответов правильного ответа нет.

43. На рисунке 1 в координатах p – V представлен цикл Карно. Коэффициент полезного действия холодильной машины (холодильника) определяется соотношением:

а)

; б)

;

в)

; г)

44. На рисунках 1–3 в координатах p – V представлены циклы Карно, Отто и Дизеля. Циклу Отто соответствует рисунок:

а) 1; б) 2; в) 3.

45. На рисунках 1–3 в координатах p – V представлены циклы Карно, Отто и Дизеля. Циклу Дизеля соответствует рисунок:

а) 3; б) 2; в) 1.

46. На рисунках 1–3 в координатах p – V представлены циклы Карно, Отто и Дизеля. Циклу Карно соответствует рисунок:

а) 3; б) 2; в) 1.

47. За один цикл тепловая машина, коэффициент полезного действия которой h = 50 %, отдаёт холодильнику 500 Дж теплоты. В этом случае работа, совершаемая тепловой машиной, равна:

а) 1000 Дж

б) 750 Дж;

в) 500 Дж;

г) 250 Дж.

48. За один цикл тепловая машина, коэффициент полезного действия которой h = 50 %, получает от нагревателя 500 Дж теплоты. В этом случае работа, совершаемая тепловой машиной, равна:

а) 1000 Дж

б) 750 Дж;

в) 500 Дж;

г) 250 Дж.

49. За один цикл тепловая машина, коэффициент полезного действия которой h = 50 %, совершает работу в 500 Дж. В этом случае тепловая машина отдаёт холодильнику:

а) 1000 Дж теплоты;

б) 750 Дж теплоты;

в) 500 Дж теплоты;

г) 250 Дж теплоты.

50. Газ совершает работу против внешних сил 500 Дж, получая из вне 500 Дж теплоты. В этом случае изменение внутренней энергии газа равно:

а) 0 Дж;

б) 300 Дж;

в) 200 Дж;

г) 100 Дж.

51. Если тепловая машина с КПД 50% за один цикл отдает холодильнику 500 Дж теплоты, то работа, совершаемая машиной за один цикл, равна:

а) 250 Дж;

б) 500 Дж;

в) 750 Дж;

г) 800 Дж.

52. Над термодинамической системой внешние силы совершают работу, равную A, и этой же системе передаётся количество тепла, равное Q. Изменение внутренней энергии термодинамической системы ∆U в этом случае равно:

а) ;

б) ;

в) ;

г) .

53. Абсолютная температура нагревателя в идеальной тепловой машине вдвое больше температуры холодильника, КПД такой машины равен:

а) 600 %;

б) 50 %;

в) 40 %;

г) 30 %.

54. Если температура нагревателя идеальной тепловой машины 227ºС, а температура холодильника 27ºС, то газ в машине совершает полезную работу, равную:

а) 0,4 Q;

б) 0,5 Q;

в) 0,6 Q;

г) 0,7 Q.

55. КПД идеальной тепловой машины, которая совершает полезную работу 200 Дж, получая для этого 800 Дж теплоты, равен:

а) 40 %;

б) 10 %;

в) 20 %;

г) 25 %.

56. Диаграмма циклического процесса идеального одноатомного газа представлена на рисунке 1. Отношение работы при нагревании газа к работе при охлаждении равно:

а) 3; б) 5; в) 1,5; г) 2,5.

57. В идеальной тепловой машине абсолютная температура нагревателя вдвое больше температуры холодильника. Если, не меняя температуру нагревателя, температуру холодильника уменьшить вдвое, то КПД этой машины:

а) возрастет на 20 %;

б) возрастет на 25 %;

в) возрастет на 30 %;

г) возрастет на 35 %.

58. Энтропия – это:

а) физическая величина, элементарное изменение которой при переходе системы из одного состояния в другое равно только полученному количеству теплоты, деленному на температуру, при которой произошел этот процесс;

б) физическая величина, элементарное изменение которой при переходе системы из одного состояния в другое равно только отданному количеству теплоты, деленному на температуру, при которой произошел этот процесс;

в) физическая величина, элементарное изменение которой при переходе системы из одного состояния в другое равно любому количеству теплоты, деленному на температуру, при которой произошел этот процесс;

г) физическая величина, элементарное изменение которой при переходе системы из одного состояния в другое равно полученному или отданному количеству теплоты, деленному на температуру, при которой произошел этот процесс.

59. В термодинамике энтропия – это:

а) мера обратимого и необратимого рассеяния энергии;

б) мера обратимого рассеяния энергии;

в) мера необратимого рассеяния энергии;

г) функция состояния системы, которая позволяет строго математически сформулировать второе начало термодинамики.

60. Второе начало термодинамики:

а) «В изолированной системе возможны только такие процессы, при которых энтропия системы возрастает»;

б) «В изолированной системе возможны только такие процессы, при которых энтропия системы убывает»;

в) «В изолированной системе возможны только такие процессы, при которых энтропия системы остаётся величиной постоянной»;

г) «Невозможен процесс, единственным результатом которого является превращение в работу теплоты, полученной от нагревателя».

61. Математически второе начало термодинамики отображается соотношением:

а) ;

б) ;

в) ;

г) .

62. Связь энтропии системы с вероятностью выражается соотношением:

а) ;

б) ;

в) ;

г) .

63. В общем случае изменение энтропии системы при переходе из одного состояния в другое определяется формулой:

а) ;

б) ;

в) ;

г) .

64. Изменение энтропии системы при изотермическом процессе:

а) ;

б) ;

в) ;

г) .

65. Изменение энтропии системы при изобарическом процессе:

а) ;

б) ;

в) ;

г) .

66. Изменение энтропии системы при изохорическом процессе:

а) ;

б) ;

в) ;

г) .

67. Изменение энтропии системы при адиабатическом процессе:

а) ;

б) ;

в) ;

г) .

68. Изменение энтропии системы, совершающей цикл Карно:

а) ;

б) ;

в) ;

г) .

69. В случае совершения системой обратимого цикла Карно энтропия замкнутой системы:

а) изменяется;

б) не изменяется;

в) остаётся величиной постоянной;

г) уменьшается.

70. В случае совершения системой необратимого цикла Карно энтропия замкнутой системы:

а) возрастает;

б) не изменяется;

в) остаётся величиной постоянной;

г) уменьшается.

71. Для произвольных процессов, происходящих в замкнутой системе, энтропия системы:

а) ;

б) ;

в) ;

г) .

72. Для произвольных процессов, происходящих в замкнутой системе, энтропия:

а) может убывать;

б) не может убывать;

в) не может возрастать;

г) может возрастать.

73. Третье начало термодинамики (теорема Нернста) формулируется так:

а) «Изменение энтропии системы (DS) при любых обратимых изотермических процессах, совершаемых между двумя равновесными состояниями при любых температурах, стремится к нулю»;

б) «Изменение энтропии системы (DS) при любых обратимых изотермических процессах, совершаемых между двумя равновесными состояниями при температурах, приближающихся к абсолютному нулю, стремится к нулю»;

в) «При помощи последовательности термодинамических процессов нельзя достичь температуры, равной абсолютному нулю»;

г) «При помощи последовательности термодинамических процессов можно достичь температуры, равной абсолютному нулю».

74. Термодинамика неравновесных процессов – это:

а) общая теория макроскопического описания неравновесных процессов, позволяющая количественное изучение этих процессов для состояний, не сильно отличающихся от равновесного состояния;

б) общая теория макроскопического описания неравновесных процессов, позволяющая количественное изучение этих процессов для любых состояний;

в) общая теория макроскопического описания равновесных процессов;

г) общая теория макроскопического описания неравновесных процессов.

75. На рисунке 1 представлен цикл тепловой машины в координатах Т, S, где Т – термодинамическая температура, S – энтропия. Укажите нагреватели и холодильники с соответствующими температурами:

а) нагреватели – Т₃, Т₅, холодильники – Т₁, Т₂, Т₄; б) нагреватели – Т₃, Т₄, Т₅, холодильники – T₁ Т₂; в) нагреватели – Т₄, Т₅, холодильники – T₁, Т₂, Т₃; г) нагреватели – Т₂ Т₄, Т₅, холодильники – T₁, Т₃; д) среди приведенных ответов правильного ответа нет.

76. На рисунке 1 изображен цикл Карно в координатах (T,S), где S – энтропия. Изотермическое расширение происходит на этапе:

а) 3-4; б) 1-2; в) 4-1; г) 2-3.