एक आदर्श एकपरमाणुक गैस को चित्र में दिखाए अनुसार $ABCDA$ चक्र के चारों ओर ले जाया जाता है। गैस चक्र की दक्षता है

चित्र में एक कंटेनर दिखाया गया है जिसके ऊपर एक गतिशील (घर्षण रहित) पिस्टन है। कंटेनर और पिस्टन पूरी तरह से कुचालक सामग्री से बने हैं,जो बाहर और अंदर के बीच ऊष्मा के स्थानांतरण की अनुमति नहीं देते हैं। कंटेनर को ऊष्मीय रूप से सुचालक सामग्री से बने एक कठोर विभाजन द्वारा दो डिब्बों में विभाजित किया गया है जो ऊष्मा के धीमे स्थानांतरण की अनुमति देता है। निचले डिब्बे में $700 \ K$ पर $2$ मोल आदर्श एकपरमाणुक गैस है और ऊपरी डिब्बे में $400 \ K$ पर $2$ मोल आदर्श द्विपरमाणुक गैस है। मोलर ऊष्मा धारिताएँ हैं: एकपरमाणुक गैस के लिए $C_v = \frac{3}{2} R, C_p = \frac{5}{2} R$; द्विपरमाणुक गैस के लिए $C_v = \frac{5}{2} R, C_p = \frac{7}{2} R$.
$1.$ मान लीजिए कि विभाजन कठोर रूप से स्थिर है ताकि वह हिल न सके। जब संतुलन प्राप्त हो जाता है,तो गैसों का अंतिम तापमान होगा:
$(A) 550 \ K$ $(B) 525 \ K$ $(C) 513 \ K$ $(D) 490 \ K$
$2.$ अब मान लीजिए कि विभाजन बिना घर्षण के स्वतंत्र रूप से हिल सकता है ताकि दोनों डिब्बों में गैसों का दबाव समान हो। तब संतुलन प्राप्त होने तक गैसों द्वारा किया गया कुल कार्य होगा:
$(A) 250 \ R$ $(B) 200 \ R$ $(C) 100 \ R$ $(D) -100 \ R$
प्रश्न $1$ और $2$ के उत्तर दें।

गैस के एक दिए गए द्रव्यमान को समतापीय रूप से तब तक संकुचित किया जाता है जब तक कि उसका दबाव दोगुना न हो जाए। फिर इसे रुद्धोष्म (adiabatic) रूप से तब तक फैलने दिया जाता है जब तक कि उसका मूल आयतन वापस न आ जाए और उसका दबाव उसके प्रारंभिक दबाव का $0.75$ गुना पाया जाता है। गैस की विशिष्ट ऊष्माओं का अनुपात लगभग है:

एक ऐसे इंजन पर विचार करें जो प्रत्येक चक्र में एक गर्म जलाशय से $130 \text{ cal}$ ऊष्मा अवशोषित करता है और एक ठंडे जलाशय को $30 \text{ cal}$ ऊष्मा देता है। इंजन घर्षण को दूर करने के लिए प्रत्येक चक्र में $2 \text{ J}$ ऊर्जा की खपत भी करता है। यदि इंजन $90 \text{ cycles per minute}$ पर काम करता है, तो लोड को दी जाने वाली अधिकतम शक्ति क्या होगी ($\text{ W}$ में)? [मान लें कि ऊष्मा का तापीय समतुल्य $4.2 \text{ J/cal}$ है]

आकृति में दर्शाया गया चक्र एक इंजन का प्रतिनिधित्व करता है (इंजन एक पिस्टन के साथ सिलेंडर में एक मोल गैस से बना है)।
$A$ से $B$ समआयतनिक (isochoric),$B$ से $C$ समतापीय (isothermal),$C$ से $D$ समआयतनिक और $D$ से $A$ समतापीय है। साथ ही $V_C = V_D = 2V_A = 2V_B$ है।
$(a)$ चक्र के किस भाग में इंजन को बाहर से ऊष्मा दी जाती है?
$(b)$ चक्र के किस भाग में इंजन अपने परिवेश को ऊर्जा दे सकता है?
$(c)$ एक चक्र के दौरान इंजन द्वारा कितना कार्य किया जाता है? अपना उत्तर $P_A, P_B$ और $V_A$ के पदों में दें।
$(d)$ इंजन की दक्षता क्या है? (गैस के लिए $\gamma = 5/3$,और एक मोल के लिए $C_V = 3/2 R$)

एक आदर्श गैस के पांच मोल का दाब $p_0$, आयतन $V_0$ और तापमान $T_0$ है। गैस का आयतन $3V_0$ तक इस प्रकार विस्तारित किया जाता है कि दाब $p$, आयतन $V$ के फलन के रूप में $p = p_0(V/V_0)$ के अनुसार बदलता है। इसके बाद आयतन को स्थिर रखते हुए दाब को घटाकर $p_0$ कर दिया जाता है। अंत में, गैस का समदाबीय संपीड़न किया जाता है जब तक कि आयतन और तापमान क्रमशः $V_0$ और $T_0$ न हो जाएं। पूरी प्रक्रिया के दौरान गैस द्वारा किया गया कुल कार्य है: