Kwalifikacja: MEC.03 - Montaż i obsługa maszyn i urządzeń
Zawód: Technik mechanik
W cylindrze znajduje się gaz o objętości v1= 5 m3 pod ciśnieniem p1= 2 MPa. Jaką objętość osiągnie gaz, gdy przemiana będzie miała miejsce przy stałej temperaturze, a ciśnienie końcowe p2 = 10 MPa?
Odpowiedzi
Informacja zwrotna
Odpowiedź 1,0 m3 jest poprawna, ponieważ możemy zastosować prawo Boyle'a dla gazów doskonałych, które mówi, że dla danej masy gazu przy stałej temperaturze, iloczyn ciśnienia i objętości pozostaje stały. Możemy to zapisać jako p1 * v1 = p2 * v2, gdzie p1 i v1 to ciśnienie i objętość początkowa, a p2 i v2 to ciśnienie i objętość końcowa. W naszym przypadku, mamy p1 = 2 MPa i v1 = 5 m3, a p2 = 10 MPa. Po przekształceniu równania uzyskujemy v2 = (p1 * v1) / p2 = (2 MPa * 5 m3) / 10 MPa = 1 m3. Tego rodzaju obliczenia są niezwykle ważne w procesach inżynieryjnych i przemysłowych, takich jak projektowanie systemów HVAC, procesy chemiczne czy też w hydraulice, gdzie kontrolowanie objętości i ciśnienia gazów jest kluczowe dla zachowania efektywności i bezpieczeństwa operacji. Utilizowanie tego prawa pozwala na przewidywanie zmian objętości gazu w różnych warunkach ciśnienia, co jest fundamentalne w wielu zastosowaniach technologicznych.
Wybór jednej z pozostałych odpowiedzi jest wynikiem błędnego rozumienia zasad rządzących zachowaniem gazów w różnych warunkach ciśnieniowych. Na przykład, odpowiedzi takie jak 0,5 m3 i 2,0 m3 mogłyby sugerować, że zmniejszenie objętości gazu w odpowiedzi na wzrost ciśnienia jest znacznie mniej drastyczne, niż wskazuje na to prawo Boyle'a. W rzeczywistości, gdy ciśnienie wzrasta, objętość gazu maleje w sposób proporcjonalny. Odpowiedzi takie jak 3,0 m3 mogą pojawić się, gdy ktoś nie uwzględnia faktu, że wzrost ciśnienia z 2 MPa do 10 MPa, przy stałej temperaturze, powinien prowadzić do znacznego zmniejszenia objętości. Często błędy te mają źródło w braku zrozumienia podstawowych związków między ciśnieniem a objętością gazu, co może prowadzić do mylnych wniosków w obliczeniach. Warto również zwrócić uwagę na praktyki inżynieryjne, które podkreślają znaczenie precyzyjnych obliczeń w aplikacjach, takich jak systemy wentylacyjne, gdzie niewłaściwe oszacowania mogą prowadzić do nieefektywnego działania systemu lub nawet awarii. Zrozumienie tych zjawisk jest kluczowe dla prawidłowego projektowania i eksploatacji urządzeń wykorzystujących gazy, co podkreśla znaczenie skutecznego przyswajania zasad termodynamiki. W procesach przemysłowych, takich jak kontrola jakości produkcji gazów, znajomość tych zasad staje się niezbędna do zapewnienia odpowiednich parametrów instrumentów pomiarowych i regulacyjnych.