แนวข้อสอบ กว. Thermodynamics พร้อมเฉลย

หัวข้อ “Thermodynamics” เป็นส่วนหนึ่งของการสอบใบอนุญาตภาคีวิศวกร (กว.) บน TUE.expert มีข้อซ้อมหัวข้อนี้ 25 ข้อ อยู่ใน 1 ชุดซ้อม ด้านล่างคือตัวอย่าง 5 ข้อ พร้อมเฉลยและคำอธิบาย ลองตอบเองก่อน แล้วกด “ดูเฉลย” ใต้แต่ละข้อเพื่อตรวจคำตอบ

ตัวอย่างข้อสอบ Thermodynamics 5 ข้อ

1. 1. ปั๊มความร้อนแบบคาร์โนต์ (Carnot heat pump) รักษาอุณหภูมิภายในอาคารไว้ที่ 320 เคลวิน ขณะที่อุณหภูมิภายนอกอาคารเท่ากับ 280 เคลวิน หากต้องการอัตราการถ่ายเทความร้อนเข้าสู่อาคาร (heating load) เท่ากับ 24 kW จงหากำลังงานต่ำสุดที่ต้องป้อนให้ปั๊มความร้อน

   • A. 3 kW
   • B. 8 kW
   • C. 24 kW
   • D. 0.33 kW
   ดูเฉลย

   คำตอบ: ข้อ A — 3 kW

   สัมประสิทธิ์สมรรถนะของปั๊มความร้อนแบบคาร์โนต์เท่ากับ TH หารด้วย (TH-TL) เท่ากับ 320 หารด้วย 40 เท่ากับ 8 กำลังงานที่ต้องป้อนเท่ากับ QH หารด้วย COP เท่ากับ 24 หารด้วย 8 เท่ากับ 3 kW ตัวเลือกที่นำค่า COP หรือ QH มาตอบตรง ๆ จึงผิด

2. 2. เครื่องทำความเย็นแบบคาร์โนต์รักษาอุณหภูมิภายในห้องเย็นไว้ที่ -10 องศาเซลเซียส ในขณะที่อุณหภูมิสิ่งแวดล้อมเท่ากับ 35 องศาเซลเซียส จงหาสัมประสิทธิ์สมรรถนะ (COP) ของเครื่องทำความเย็นนี้

   • A. 5.84
   • B. 6.84
   • C. 4.84
   • D. 5.00
   ดูเฉลย

   คำตอบ: ข้อ A — 5.84

   COP คาร์โนต์ของการทำความเย็นคำนวณจาก TL หารด้วย (TH ลบ TL) โดย TL เท่ากับ 263 K และ TH เท่ากับ 308 K จะได้ 263 หารด้วย 45 เท่ากับ 5.84 ตัวเลือกที่คำนวณโดยใช้อุณหภูมิองศาเซลเซียสโดยตรงแทนเคลวินจะให้ผลลัพธ์ที่ผิด

3. 3. ก๊าซภายในถังแข็งเกร็ง (rigid tank) ปริมาตรคงที่ ได้รับพลังงานจากขดลวดความต้านทานไฟฟ้า (electric resistance heater) จำนวน 80 kJ ขณะเดียวกันระบบมีการถ่ายเทความร้อนออกสู่บรรยากาศโดยรอบ 30 kJ จงหาการเปลี่ยนแปลงพลังงานภายในของก๊าซ

   • A. เพิ่มขึ้น 50 kJ
   • B. ลดลง 50 kJ
   • C. เพิ่มขึ้น 110 kJ
   • D. ลดลง 110 kJ
   ดูเฉลย

   คำตอบ: ข้อ A — เพิ่มขึ้น 50 kJ

   เนื่องจากถังมีปริมาตรคงที่จึงไม่มีงานขยายตัว งานไฟฟ้าที่ป้อนเข้าระบบถือเป็นงานติดลบในสมการ ΔU เท่ากับ Q ลบ W จะได้ ΔU เท่ากับ ลบ 30 ลบ (ลบ 80) เท่ากับ 50 kJ คือพลังงานภายในเพิ่มขึ้น ตัวเลือกที่นำค่า 80 กับ 30 มาบวกกันโดยไม่พิจารณาทิศทางจึงผิด

4. 4. สำหรับก๊าซอุดมคติ (ideal gas) พลังงานภายใน (internal energy) เป็นฟังก์ชันของตัวแปรใดเพียงอย่างเดียว

   • A. ความดันเท่านั้น
   • B. ปริมาตรเท่านั้น
   • C. อุณหภูมิเท่านั้น
   • D. ความดันและปริมาตรร่วมกัน
   ดูเฉลย

   คำตอบ: ข้อ C — อุณหภูมิเท่านั้น

   ตามสมมติฐานของก๊าซอุดมคติ พลังงานภายในและเอนทัลปีขึ้นอยู่กับอุณหภูมิเพียงอย่างเดียว ไม่ขึ้นกับความดันหรือปริมาตรโดยตรง จึงตัดตัวเลือกที่เกี่ยวข้องกับความดันหรือปริมาตรออกไป

5. 5. วัฏจักรเบรย์ตัน (Brayton cycle) อุดมคติใช้อากาศเป็นสารทำงาน (k เท่ากับ 1.4) มีอัตราส่วนความดัน (pressure ratio) เท่ากับ 10 จงหาประสิทธิภาพเชิงความร้อนของวัฏจักรนี้

   • A. 48.2 เปอร์เซ็นต์
   • B. 55.0 เปอร์เซ็นต์
   • C. 42.0 เปอร์เซ็นต์
   • D. 60.0 เปอร์เซ็นต์
   ดูเฉลย

   คำตอบ: ข้อ A — 48.2 เปอร์เซ็นต์

   ประสิทธิภาพวัฏจักรเบรย์ตันคำนวณจาก 1 ลบ 1 หารด้วย rp ยกกำลัง (k ลบ 1) หารด้วย k เท่ากับ 1 ลบ 1 หารด้วย 10 ยกกำลัง 0.2857 เท่ากับ 48.2 เปอร์เซ็นต์ การสลับใช้สูตรของวัฏจักรอ๊อตโตแทนจะให้ค่าประสิทธิภาพที่สูงเกินจริง

ชุดซ้อมที่มีหัวข้อ Thermodynamics

• กว. ภาคีวิศวกรเครื่องกล หมวดวิชาเฉพาะ — ชุดจำลองสอบเต็ม 100 ข้อ100 ข้อ
  ฿159

หัวข้ออื่นในแนวข้อสอบ กว.