דוגמא מספר 4

מאת ארנונה הופן, מורה לפיזיקה בגימנסיה הריאלית ראשל"צ.

בתוך מכל גלילי ששטח בסיסו 50 סמ"ר נמצאות מולקולות גז, בטמפרטורה של . המכל סגור בחלקו הימני בבוכנה (ראה תרשים א') שמסתה 20 ק"ג, גובה הבוכנה מעל בסיס המכל הוא 25 ס"מ. לחץ האויר מחוץ למכל הוא 1 אטמוספירה (ניוטון\מ"ר).  הזנח חיכוך בין הבוכנה למיכל והאוויר במיכל מתנהג כגז אידיאלי.

א. חשב את מספר מולקולות הגז במכל.  
ב. חשב את האנרגיה הקינטית הממוצעת לכל מולקולת גז.
ג. חשב את האנרגיה הפנימית של הגז במכל.
 
מסיטים את המכל למצב אנכי כמתואר בתרשים ב'. הנח כי טמפרטורת הגז לא השתנתה .

ד. חשב את לחץ הגז במכל.
ה. חשב את המרחק של הבוכנה מבסיס המכל (גובה).  
    
במצב הנתון בתרשים א' שמים מבער מתחת למכל, מספקים לגז אנרגיה של 300 ג'ול, ושומרים על נפח גז קבוע.
ו. האם המערכת (הגז הכלוא) עשתה עבודה? הסבר.
ז. מה היה השינוי באנרגיה הפנימית של המערכת?
ח. חשב את השינוי בטמפרטורה של הגז.
ט. אילו היו מספקים לגז 300 ג'ול  ושומרים על לחץ קבוע, האם השינוי בטמפרטורה של הגז היה קטן יותר/גדול יותר/זהה לזה שבמצב הקודם. הסבר. 
 
תשובות:
א.  ב.  ג. 188J ד.  ה. 17.9cm ו. לא. ז. 300J ח. 480 מעלות  ט. קטן יותר.