الفيزياء · الصف الثاني الثانوي
أسئلة: الطاقة الداخلية للغاز
12 سؤال اختيار من متعدد و6 سؤال مقالي بنموذج إجابة، لمراجعة درس «الطاقة الداخلية للغاز» من الفيزياء (الصف الثاني الثانوي). راجع الأسئلة أدناه، أو اختبر نفسك فورًا.
اختبار سريع من 10 أسئلة عشوائية من بنك الأسئلة أعلاه — تُخلط الأسئلة والاختيارات في كل مرة، فلن يتكرر الاختبار بنفس الترتيب.
اختيار من متعدد
ماذا تمثل الطاقة الداخلية لغاز مثالي أحادي الذرة؟
عرض الإجابة والتعليل
الإجابة الصحيحة: مجموع طاقات الحركة الانتقالية لجميع جزيئاته
في الغاز المثالي أحادي الذرة لا توجد طاقة وضع أو دوران معتبرة، فتكون الطاقة الداخلية بالكامل هي مجموع طاقات الحركة الانتقالية لجزيئاته.
لماذا تُعد الطاقة الداخلية خاصة للحالة (Function of State)؟
عرض الإجابة والتعليل
الإجابة الصحيحة: لأن قيمتها تعتمد فقط على الحالة الحالية للغاز ولا تعتمد على المسار
خاصية الحالة تعني أن قيمة المتغير تعتمد حصراً على نقطة البداية والنهاية أو الحالة الراهنة (مثل درجة الحرارة)، وليس على المسار المتبع.
على ماذا تعتمد الطاقة الداخلية لكمية ثابتة من غاز مثالي أحادي الذرة؟
عرض الإجابة والتعليل
الإجابة الصحيحة: على درجة حرارتها المطلقة فقط
من العلاقة لكمية ثابتة ( ثابته)، نجد أن تتناسب طردياً مع درجة الحرارة المطلقة فقط.
ما العلاقة الرياضية الصحيحة للطاقة الداخلية لغاز مثالي أحادي الذرة؟
عرض الإجابة والتعليل
الإجابة الصحيحة:
تُحسب الطاقة الداخلية لغاز مثالي أحادي الذرة بدلالة عدد المولات وثابت الغاز العام ودرجة الحرارة المطلقة بالعلاقة .
أي الكميات الآتية يُعد طريقة لتبادل وانتقال الطاقة وليس خاصية للحالة؟
عرض الإجابة والتعليل
الإجابة الصحيحة: الحرارة والشغل
الحرارة () والشغل () ليسا خاصيتين للحالة، بل هما طريقتان لانتقال الطاقة وتعتمد قيمتهما على المسار.
إذا ارتفعت درجة حرارة كمية ثابتة من غاز مثالي، فماذا يحدث لطاقته الداخلية؟
عرض الإجابة والتعليل
الإجابة الصحيحة: تزداد
بما أن التغير في الطاقة الداخلية ، فإن ارتفاع درجة الحرارة () يؤدي إلى زيادة الطاقة الداخلية.
احسب الطاقة الداخلية لـ مول من غاز الهيليوم عند درجة حرارة كلفن (علماً بأن جول/(مول.كلفن)):
عرض الإجابة والتعليل
الإجابة الصحيحة: جول
.
كمية من غاز مثالي أحادي الذرة مقدارها مول ارتفعت درجة حرارتها بمقدار كلفن، فما مقدار التغير في طاقتها الداخلية؟
عرض الإجابة والتعليل
الإجابة الصحيحة: جول
.
إذا انخفضت درجة حرارة كمية من غاز مثالي من كلفن إلى كلفن، فإن مقدار التغير في طاقتها الداخلية يكون:
عرض الإجابة والتعليل
الإجابة الصحيحة: سالباً (تناقص في الطاقة الداخلية)
بما أن درجة الحرارة النهائية أقل من الابتدائية ()، فإن سالبة، مما يجعل التغير في الطاقة الداخلية سالباً أي يحدث تناقص.
ما سبب اختلاف الطاقة الداخلية للغازات ثنائية الذرات عن الغازات أحادية الذرة عند نفس درجة الحرارة؟
عرض الإجابة والتعليل
الإجابة الصحيحة: وجود طاقات إضافية للدوران والاهتزاز في ثنائية الذرة
الغازات ثنائية أو متعددة الذرات تمتلك درجات حرية إضافية تشمل الدوران والاهتزاز بجانب الحركة الانتقالية، مما يعطيها طاقة داخلية أكبر.
إذا كانت الطاقة الداخلية لـ مول من غاز مثالي أحادي الذرة تساوي جول، فما هي درجة حرارته المطلقة؟
عرض الإجابة والتعليل
الإجابة الصحيحة: كلفن
.
أي العبارات الآتية صحيحة فيما يخص الطاقة الداخلية للغاز المثالي أحادي الذرة؟
عرض الإجابة والتعليل
الإجابة الصحيحة: تعتمد فقط على درجة الحرارة المطلقة لكمية ثابتة من الغاز
الطاقة الداخلية لغاز مثالي أحادي الذرة تعتمد حصراً على درجة الحرارة المطلقة لكمية ثابتة، بغض النظر عن تغيرات الضغط أو الحجم المنفصلة.
أسئلة مقالية
احسب الطاقة الداخلية لـ مول من غاز الهيليوم (غاز مثالي أحادي الذرة) عند درجة حرارة كلفن، اعتبر أن جول/(مول.كلفن).
عرض نموذج الإجابة
بتطبيق قانون الطاقة الداخلية للغاز المثالي أحادي الذرة: U = \frac{3}{2}nRT. بالتعويض المباشر: U = 1.5 \times 5 \times 8.31 \times 200. ناتج الضرب: U = 7.5 \times 8.31 \times 200 = 62.325 \times 200 = 12465 \text{ جول}.
كمية من غاز مثالي أحادي الذرة مقدارها مول ارتفعت درجة حرارتها من كلفن إلى كلفن. أوجد مقدار التغير في طاقتها الداخلية ( جول/(مول.كلفن)).
عرض نموذج الإجابة
نستخدم قانون التغير في الطاقة الداخلية: \Delta U = \frac{3}{2}nR(T_2 - T_1). فرق درجة الحرارة: \Delta T = 450 - 250 = 200 \text{ كلفن}. بالتعويض: \Delta U = 1.5 \times 3 \times 8.31 \times 200 = 4.5 \times 8.31 \times 200 = 37.395 \times 200 = 7479 \text{ جول}.
إذا كانت الطاقة الداخلية لكمية من غاز مثالي أحادي الذرة تساوي جول، وعدد مولاتها مول، احسب درجة حرارة الغاز المطلقة ( جول/(مول.كلفن)).
عرض نموذج الإجابة
من معادلة الطاقة الداخلية U = \ نحصل على صيغة درجة الحرارة: T = \frac{2U}{3nR}. بالتعويض بالأرقام: T = \frac{2 \times 24930}{3 \times 4 \times 8.31} = \frac{49860}{12 \times 8.31} = \frac{49860}{99.72} = 500 \text{ كلفن}.
لماذا تختلف الطاقة الداخلية للغازات الحقيقية وثنائية الذرات عن قانون الغاز المثالي أحادي الذرة () عند نفس الظروف؟
عرض نموذج الإجابة
لأن الغازات ثنائية الذرات أو الحقيقية تمتلك درجات حرية إضافية تشمل طاقات الدوران والاهتزاز للجزيئات بجانب الحركة الانتقالية، كما توجد قوى تجاذب بين الجزيئات في الغازات غير المثالية تضيف طاقة وضع جزيئية، مما يجعل الطاقة الداخلية أكبر مقارنة بالغاز المثالي أحادي الذرة.
أثناء عملية ترموديناميكية معينة، تبادل غاز كمية من الحرارة وأُنجز عليه شغل، لكن درجة حرارته النهائية طابقت درجته الابتدائية تماماً. ماذا يمكنك أن تقول عن التغير في طاقته الداخلية؟ ولماذا؟
عرض نموذج الإجابة
التغير في الطاقة الداخلية للغاز ي等於 صفراً (\Delta U = 0). السبب أن الطاقة الداخلية لغاز مثالي هي خاصية للحالة تعتمد حصراً على درجة الحرارة المطلقة، وبما أن درجة الحرارة لم تتغير بين البداية والنهاية، فإن الطاقة الداخلية تظل ثابتة تماماً بغض النظر عن تفاصيل الحرارة والشغل المتبادلين.
وعاء مغلق يحتوي على غاز مثالي أحادي الذرة، تم تسخينه فزاد ضغطه وثبت حجمه. هل يتغير مقدار طاقته الداخلية؟ وضّح إجابتك رياضياً وفيزيائياً.
عرض نموذج الإجابة
نعم، تتغير (تزداد) طاقته الداخلية. فيزيائياً: تسخين الغاز يعني رفع درجة حرارته المطلقة بغض النظر عن ثبات الحجم. رياضياً: التغير في الطاقة الداخلية يعتمد على التغير في درجة الحرارة طبقاً للعلاقة \Delta U = \frac{3}{2}nR\,\Delta T، فطالما حدث ارتفاع في درجة الحرارة (نتيجة التسخين) فسيزداد متوسط طاقة حركة الجزيئات وترتفع الطاقة الداخلية للغاز.