Termodinamik örnek soruları
Soru 1
Termodinamiğin üçüncü yasasının doğrudan bir sonucu olan ifade aşağıdakilerden hangisidir?
- A)Birbirinden ayrı iki sistem üçüncü bir sistemle dengedeyse kendi aralarında da dengededir.
- B)Yalıtılmış bir sistemin toplam enerjisi zamanla değişmez.
- C)Isı, kendiliğinden soğuk cisimden sıcak cisme akmaz.
- D)Hiçbir süreçle, sonlu sayıda adımda bir sistem mutlak sıfır sıcaklığına ulaştırılamaz.
- E)Yalıtılmış bir sistemin entropisi kendiliğinden gerçekleşen süreçlerde azalamaz.
Cevabı ve çözümü göster
Doğru cevap: D
Üçüncü yasa, T → 0'da mükemmel kristalin entropisinin sıfıra gittiğini söyler; sonuçlarından biri mutlak sıfıra sonlu adımda ulaşılamamasıdır. Diğer seçenekler sırasıyla sıfırıncı yasayı (A), birinci yasayı (B), ikinci yasanın Clausius ifadesini (C) ve entropi artışı ilkesini (E) anlatır.
Soru 2
Isıca yalıtılmış bir kapta 2 kg su vardır. Suyun içindeki bir çarkı döndüren ve ipe bağlı 40 kg'lık bir kütle, 10 m yükseklikten 50 kez düşürülüyor (her düşüşte kütlenin potansiyel enerjisi tamamen suya aktarılıyor). Suyun özısısı 4200 J/kg·°C ve g = 10 m/s² olduğuna göre suyun sıcaklık artışı yaklaşık kaç °C'dir? (Kabın ısı sığası ihmal ediliyor.)
- A)2,4
- B)4,8
- C)23,8
- D)47,6
- E)238
Cevabı ve çözümü göster
Doğru cevap: C
Aktarılan enerji E = 50·(40·10·10) = 200 000 J'dür. ΔT = E/(m·c) = 200 000/(2·4200) ≈ 23,8 °C bulunur. Bu, Joule'ün ısının mekanik eşdeğeri deneyinin ilkesidir.
Soru 3
Yalnızca öteleme ve dönme serbestlik derecelerinin etkin olduğu (titreşimlerin donmuş olduğu), doğrusal olmayan çok atomlu bir ideal gaz için ısı sığaları oranı γ = C_p/C_v kaçtır?
- A)5/3
- B)9/7
- C)7/5
- D)6/5
- E)4/3
Cevabı ve çözümü göster
Doğru cevap: E
Doğrusal olmayan molekülde 3 öteleme + 3 dönme = 6 serbestlik derecesi vardır; C_v = 3R ve C_p = 4R olur, γ = 4/3'tür. 5/3 tek atomlu, 7/5 iki atomlu (titreşim donmuş) gaza aittir.
Soru 4
Bir miktar ideal gaz adyabatik ve tersinir olarak genleşiyor. Buna göre,
I. Gazın sıcaklığı azalır.
II. Gazın entropisi artar.
III. Gazın yaptığı iş, iç enerjisindeki azalmaya eşittir.
ifadelerinden hangileri doğrudur?
- A)Yalnız I
- B)Yalnız III
- C)I ve II
- D)I ve III
- E)I, II ve III
Cevabı ve çözümü göster
Doğru cevap: D
Q = 0 olduğundan birinci yasaya göre W = −ΔU'dur (III doğru); gaz iş yaptıkça iç enerjisi ve dolayısıyla sıcaklığı azalır (I doğru). Tersinir adyabatik süreç izentropiktir; entropi değişmez (II yanlış).
Soru 5
Küre biçimli bir kara cismin yarıçapı ile yüzey sıcaklığı değiştirilerek yarıçapı iki katına çıkarılıyor, mutlak sıcaklığı ise yarıya düşürülüyor.
Bu cismin yaydığı toplam ışıma gücü ilk değerinin kaç katı olur?
- A)1/16
- B)1/8
- C)1/4
- D)1/2
- E)4
Cevabı ve çözümü göster
Doğru cevap: C
Stefan–Boltzmann yasasına göre P = σAT⁴ ve A ∝ R²'dir. P₂/P₁ = (2)²·(1/2)⁴ = 4/16 = 1/4 bulunur.