Тема №5706 Ответы к задачам по физике Степанова (Часть 4)
Поиск задачи:

Рассмотрим тему Ответы к задачам по физике Степанова (Часть 4) из предмета Физика и все вопросы которые связанны с ней. Из представленного текста вы познакомитесь с Ответы к задачам по физике Степанова (Часть 4), узнаете ключевые особенности и основные понятия.

Уважаемые посетители сайта, если вы не согласны с той информацией которая представлена на данной странице или считаете ее не правильной, не стоит попросту тратить свое время на написание негативных высказываний, вы можете помочь друг другу, для этого присылайте в комментарии свое "правильное" решение и мы его скорее всего опубликуем.

Ответы в самом низу встроенного документа

601. Определите плотность смеси, состоящей из 4 г во­
дорода и 32 г кислорода, при температуре 7 °С и давлении
700 мм рт. ст.
602. В баллоне вместимостью 1,64 л содержится смесь
кислорода и азота общей массой 12 г. При температуре
20 °С давление смеси равно 5,86-105 Па. Смесь газов про­
пускается через ловушку, содержащую раскаленные мед­
ные стружки, и затем перекачивается в другой баллон вме­
стимостью 30 л. Каково давление во втором баллоне при
температуре 360 К, если весь кислород соединится
с медью?
603. Цилиндрический горизонтально расположенный со­
суд длиной 85 см делится на две части подвижным тонким
поршнем. Каким будет положение поршня, если в одну
часть поместить некоторое количество водорода, а в дру­
гую— такую же массу кислорода?
604. Б аллон содержит сжатый воздух объемом 40 л под
давлением 15 МПа. Какой объем воды можно вытеснить из
цистерны подводной лодки воздухом из этого баллона, если
лодка находится на глубине 2 0 м?
78
605. Сосуд вместимостью 100 л разделен на две равные
части полупроницаемой перегородкой. В одной половине
сосуда находится водород массой 2 г, в другой — азот в ко­
личестве 1 моль. Определите давление, установившееся по
обе стороны перегородки, если она может пропускать толь­
ко водород. Температура в обоих половинах одинакова
и равна 127 °С. Температура остается постоянной.
606. Сосуд вместимостью 200 см3 разделен пополам по­
лупроницаемой перегородкой. В одну половину введен во­
дород массой 2 мг и гелий массой 4 мг. Через перегородку
может диффундировать только гелий. Во время процесса
поддерживается постоянная температура 27 К. Какие дав­
ления установятся в обеих частях сосуда?
607. Столбик воздуха высотой 24 см заперт в установ­
ленной вертикально открытым концом вверх пробирке
столбиком ртути. Длина пробирки 1 м. При нормальных
условиях ртуть доходит до открытого конца пробирки. Воз­
дух нагревают до температуры Т и затем охлаждают до
первоначальной температуры. Уровень ртути после этого не
доходит до открытого конца пробирки на 6 см. До какой
температуры нагревали воздух? До какой минимальной
температуры нужно было бы нагреть воздух, чтобы вся
ртуть вылилась из пробирки?
608. В запаянную с одного конца симметричную U-об-
разную трубку налита вода, причем за счет присутствия
в трубке воздуха разность уровней воды у ее концов оказа­
лась равной h (рис. 89). Во сколько раз надо изменить тем­
пературу воздуха в трубке, чтобы разность уровней воды
у ее концов уменьшилась вдвое? Атмосферное давление р0.
609. 3 апаянная с одного конца цилиндрическая трубка
длиной L погружается в воду до тех пор, пока ее запаян­
ный конец не окажется на одном уровне с поверхностью во­
ды (рис. 90). Когда температуры воздуха в трубке и воды
уравнялись, оказалось, что вода поднялась в трубке на вы-
- -- 1 п
п т .-:
1 1
- ----- 1
— - ----- —
Рис. 90
79
соту 2/3 L. Найдите начальную температуру воздуха
в трубке, если температура воды Т, а атмосферное давле­
ние /?0.
610. Пузырек воздуха поднимается со дна водоема глу­
биной Н. Найдите зависимость радиуса пузырька от глуби­
ны его расположения, если его объем на дне равен VQ.
611. Тонкий резиновый шар радиусом 2 см наполнен
воздухом при температуре 2 0 °С и нормальном атмосфер­
ном давлении. Каков будет радиус шара, если его опустить
в воду с температурой 4 °С на глубину 20 м?
612. Сферическая оболочка воздушного шара, сообщаю­
щаяся с атмосферой, имеет диаметр 1 0 м и массу 10 кг. На
сколько градусов надо нагреть воздух в шаре, чтобы он
взлетел? Температура воздуха равна 27 °С, атмосферное
давление 735 мм рт. ст.
613. Сферическая оболочка воздушного шара сделана
из материала, квадратный метр которого имеет массу
1 кг. Шар наполнен гелием при нормальном атмосферном
давлении, температура воздуха и гелия 0 °С. При каком
минимальном радиусе шара он будет подниматься?
614. Сколько балласта должен выбросить аэростат объ­
емом 300 м3, для того чтобы подняться с высоты, на которой
барометр показывал давление 730 мм рт. ст. при темпера­
туре—15°С, до высоты, па которой барометр показывает
давление 710 мм рт. ст., а температура равна—20 °С?
615. В сосуд вместимостью V при помощи насоса с объе­
мом рабочей камеры V0 нагнетают воздух. Каким будет
давление в сосуде после п качаний насоса? Атмосферное
давление р0. Изменением температуры пренебречь.
616. Из сосуда вместимостью V откачивают воздух при
помощи насоса с объемом рабочей камеры V0. Каким будет
давление воздуха в сосуде после п качаний насоса? Атмо­
сферное давление р0. В начальный момент сосуд сообщался
с атмосферой. Изменением температуры пренебречь.
617. Из сосуда вместимостью V сначала откачивают
воздух, делая п качаний насоса с объемом рабочей камеры
Vq. Затем тот же насос переводят в режим нагнетания и де­
лают п качаний, захватывая воздух из атмосферы. Считая,
что начальное давление в сосуде равно атмосферному р0
и что температура воздуха не меняется, найдите изменение
массы воздуха в сосуде в результате проведения указанных
операций.
618. Сколько качаний надо сделать, чтобы при помощи
насоса, захватывающего при каждом качании 40 см3 возду­
ха, наполнить пустую камеру шины велосипеда настолько,
80
чтобы площадь его соприкосновения с дорогой была равна
60 см2? Нагрузка на одно колесо равна 350 Н. Объем каме­
ры 2000 см^, атмосферное давление нормальное.
619. Во время езды температура в камерах велосипед­
ных шин возрастает от 20 до 60 °С. Считая объем камер по­
стоянным, определите, на сколько уменьшится площадь со­
прикосновения шин с дорогой, если нагрузка на колесо
остается прежней (см. задачу 618).
620. Вертикальный цилиндр с тяжелым поршнем напол­
нен кислородом массой 10 г. После нагревания цилиндра
на 50 К поршень, имеющий площадь 100 см2, поднялся на
высоту 7 см. Определите массу поршня, если над ним нор­
мальное атмосферное давление. Трением поршня о стенки
цилиндра пренебречь.
621. В цилиндре под поршнем площадью 100 см2 нахо­
дится азот массой 28 г при температуре 100 °С (рис. 91).
К поршню через систему блоков подвешен груз массой
50 кг. Цилиндр охлаждается до 0 °С. На какую высоту под­
нимается груз? Атмосферное давление нормальное, весом
поршня пренебречь.
622. В закрытом с обоих концов откачанном цилиндре
подвешен на пружине скользящий без трения поршень, по­
ложение равновесия которого находится у дна цилиндра.
В пространство под поршнем вводится такое количество га­
за, что поршень поднимается на высоту h (рис. 92). На ка­
кой высоте установится поршень, если этот газ нагреть от
Т0 до 7,? Закон Гука выполняется.
623. Газ заперт в расположенном горизонтально цилин­
дре поршнем, который удерживается на расстоянии /0 от
дна цилиндра силой F. Площадь поршня S. В некоторый
момент времени поршень освобождают. На каком расстоя­
нии от дна сосуда скорость поршня станет максимальной?
Трением поршня о стенки сосуда пренебречь. Давление ат-
81
Рис. 93
мосферы нормальное и равно
Р0. Опишите качественно даль­
нейшее поведение поршня.
624. При нагревании газ
переведен из состояния / в со­
стояние 2 (рис. 93). Как изме­
нятся при этом объем и давле­
ние газа?
625. На рисунке 94 пред­
ставлен циклический процесс,
проведенный идеальным газом
в количестве 1 моль.
а) Дайте название каждого цикла процесса.
б) Как изменяются термодинамические параметры газа
при переходе из одного состояния в другое?
в) Напишите уравнения, описывающие каждый цикл.
г) Изобразите этот процесс в координатах.
626. На рисунке 95 представлены циклические процес­
сы, проведенные идеальным газом в количестве 1 моль.
Дайте характеристику каждому из циклов (по плану зада­
чи 625) и изобразите эти циклы в других координатах.
627. На рисунке 96 изображены графики зависимости
давления от абсолютной температуры для двух: а) одинако-
вых масс идеального газа, нагреваемых изохорно в сосудах
разного объема; б) разных масс, нагреваемых изохорно
в сосудах V{= V 2- Какому графику соответствует: а) боль­
ший объем сосуда; б) большая масса газа?
628. На рисунке 97 изображены графики зависимо­
сти объема от абсолютной температуры для двух: а) одина­
ковых масс идеального газа, нагреваемых изобарно в вер­
тикальных цилиндрах под тяжелыми поршнями разного ве­
са; б) разных масс, нагреваемых изобарно, /?} = р2- Какому
графику соответствует: а) больший вес поршня (большее
давление газа); б) большая масса газа?
629. На рисунке 98 изображены графики зависимости
О у О у
Рис. 98
83
давления идеального газа от его объема для двух: а) одина­
ковых масс газа; б) разных масс газа. Расширение газа
проводится изотермически: а) при разных температурах;
б) при одинаковой температуре. Какому графику соответст­
вует: а) более высокая температура; б) большая масса
газа?
630. С некоторой массой идеального газа был проведен
циклический процесс, изображенный на рисунке 99. Объяс­
ните, как менялся объем газа при переходе из 1—2, 2—3,
3—4., 4—1.
631. С некоторой массой идеального газа был проведен
циклический процесс, изображенный на рисунке 100. Объ­
ясните, как менялось давление газа при переходе из / —2,
2—3, 3—4, 4— 1.
632. С некоторой массой идеального газа был проведен
циклический процесс, изображенный на рисунке 101. Ука­
жите точки графика, которые соответствуют состояниям га­
за: а) с Тт1п и Гтах; б) с наибольшим и наименьшим объе­
мом; в) с наибольшим и наименьшим давлением газа в про­
цессе.
о
О а) Т
84
Рис. 101
28. ИЗОПРОЦЕССЫ В ИДЕАЛЬНОМ ГАЗЕ
633. Бак с жидкостью, над поверхностью которой нахо­
дится воздух, герметически закрыт. Почему, если открыть
кран, находящийся в нижней части бака, после вытекания
некоторого количества жидкости дальнейшее ее течение
прекратится? Что надо сделать, чтобы обеспечить свобод­
ное вытекание жидкости?
634. Во фляжке вместимостью 0,5 л находится вода объ­
емом 0,3 л. Турист пьет из нее воду, плотно прижав губы
к горлышку так, что во фляжку не попадает наружный воз­
дух. Сколько воды удастся выпить туристу, если он может
понизить давление оставшегося во фляжке воздуха до
80 кПа?
635. Посередине откачанной и запаянной с обоих концов
горизонтальной трубки длиной 1 м находится столбик ртути
длиной 20 см. Если трубку поставить вертикально, столбик
ртути сместится на 10 см. До какого давления была откача­
на трубка?
636. В трубке с газом длиной 1,73 м, закрытой с обоих
концов, находится столбик ртути длиной 30 см. Когда труб­
ка расположена вертикально, столбик ртути делит трубку
на две равные части. Давление газа над ртутью равно
8 кПа. На какое расстояние сместится столбик ртути, если
трубку положить горизонтально?
637. Барометр дает неверные показания, так как в него
попал пузырек воздуха, который находится над столбиком
ртути. При давлении 755 мм рт. ст. барометр показывает
748 мм рт. ст., а при 740 мм рт. ст.—736 мм рт. ст. Каково
показание барометра, если давление равно 760 мм рт. ст.?
638. В U-образную барометрическую трубку налита
ртуть. Сечение узкого, запаянного колена равно 10~ 4 м2, се­
чение широкого, открытого колена вдвое больше. Уровни
ртути в обоих коленах одинаковы, объем воздуха в запаян­
ном колене 1 0 ~ 5 м3, атмосферное давление нормальное.
Сколько ртути можно налить в открытое колено?
639. Б алластный резервуар подводной лодки вместимо­
стью 5000 л целиком заполнен водой. Какое давление воз­
духа должно быть в баллоне вместимостью 200 л, чтобы
при присоединении баллона к балластному резервуару под­
водная лодка полностью освободилась от балласта на глу­
бине 100 м? Температуру воздуха считать постоянной.
640. Один конец цилиндрической трубки длиной 25 см
и радиусом 1 см закрыт пробкой, а в другой вставлен пор­
шень, который медленно вдвигают в трубку. Когда пор-
85
шень подвинется на расстояние 8 см, пробка вылетает.
Определите силу трения пробки о стенки трубки в момент
вылета пробки. Атмосферное давление нормальное.
641. Стеклянная трубка, запаянная с одного конца, рас­
положена горизонтально. В трубке находится воздух, отде­
ленный от атмосферы столбиком ртути длиной /. Длина
трубки 2 /, длина столбика воздуха 1/2, атмосферное давле­
ние р0. На какое расстояние сместится ртуть в трубке, если:
а) трубку поставить вертикально открытым концом
вверх;
б) трубку поставить вертикально открытым концом
вниз;
в) горизонтально расположенную трубку вращать во­
круг вертикальной оси, проходящей через открытый конец,
с угловой скоростью сo=^Jg/l;
г) горизонтально расположенную трубку вращать во­
круг вертикальной оси, проходящей через закрытый конец,
с угловой скоростью (*)=Yg/l?
642. Два одинаковых сосуда, наполненные водородом,
соединены трубкой, в которой находится столбик ртути
(рис. 102). В одном сосуде температура водорода 0 °С,
в другом —20 °С. Сместится ли столбик ртути, если оба со­
суда нагреть на 10 °С? В каком направлении?
643. В цилиндре под поршнем площадью 100 см2 нахо­
дится азот массой 28 г при температуре 273 К. Цилиндр на­
гревается до температуры 373 К. На какую высоту подни­
мается поршень, если его масса равна 100 кг? Атмосферное
давление нормальное.
644. Воздух в стакане, имеющем высоту 10 см и пло­
щадь дна 25 см2, нагрет до 87 °С. Стакан погружен вверх
дном в воду так, что его дно находится на уровне поверхно­
сти воды. Сколько воды войдет в стакан, когда воздух
в стакане примет температуру воды 17 °С? Атмосферное
давление нормальное.
645. Давление воздуха в автомобильной камере при
температуре —13 °С было 160 кПа (избыточное над атмо­
сферным). Каким станет давле­
ние, если в результате длительно­
го движения автомобиля воздух
нагрелся до 37 °С?
646. При изготовлении элек­
троламп их наполняют инерт­
ным газом при температуре
150 °С. Под каким давлением
должны наполняться лампы, что­
86
бы при температуре 300 °С, которая устанавливается при
горении лампы, давление не превышало 0,1 МПа?
647. Бутылка, наполненная газом, плотно закрыта
пробкой с площадью сечения 2,5 см2. До какой температу­
ры надо нагреть газ, чтобы пробка вылетела из бутылки,
если сила трения, удерживающая пробку, 12 Н? Первона­
чальное давление воздуха в бутылке и наружное давление
одинаковы и равны 100 кПа, а начальная температура рав­
на —3°С.
648. В цилиндре под поршнем находится воздух при
давлении 200 кПа и температуре 27 °С. Какой массы груз
надо положить на поршень после нагревания воздуха до
50 °С, чтобы объем воздуха в цилиндре остался прежним?
Площадь поршня 30 см .
ТЕРМОДИНАМИКА
29. ТЕРМОДИНАМИКА ИДЕАЛЬНОГО ГАЗА.
ВНУТРЕННЯЯ ЭНЕРГИЯ ИДЕАЛЬНОГО ГАЗА
649. После включения нагревательного прибора темпе­
ратура воздуха в комнате повысилась. Увеличилась ли
внутренняя энергия воздуха в комнате?
650. Рассчитайте внутреннюю энергию идеального газа
в количестве 3 моль при температуре 127 °С.
651. Какова температура идеального газа, если извест­
но, что внутренняя энергия 2 моль составляет 831 кДж?
652. Каково давление идеального газа, занимающего
объем 2 л, если его внутренняя энергия равна 300 Дж?
653. Идеальный газ занимает объем 5 л и имеет давле­
ние 200 кПа. Какова его внутренняя энергия?
654. Какой объем занимает идеальный газ, если при
нормальном атмосферном давлении его внутренняя энергия
равна 600 Дж?
655. Найдите концентрацию молекул идеального газа
в сосуде вместимостью 2 л при температуре 27 °С, если
внутренняя энергия его равна 300 Дж.
656. Какова внутренняя энергия идеального газа, нахо­
дящегося в закрытом сосуде вместимостью 1,5 л при ком­
натной температуре, если концентрация молекул газа рав­
на 2 . 1 0 19 см”3?
30. ПЕРВОЕ НАЧАЛО ТЕРМОДИНАМИКИ
657. Как определить, какой из двух непроградуирован-
ных термометров показывает большую температуру?
87
658. Какая масса водорода находится под поршнем
в цилиндрическом сосуде, если при нагревании его от
250 до 680 К при постоянном давлении на поршень газ про­
извел работу, равную 400 Дж?
659. В цилиндрическом сосуде с площадью основания
250 см2 находится азот массой 1 0 г, сжатый поршнем, на
котором лежит гиря массой 12,5 кг. Какую работу совер­
шит газ при нагревании его от 25 до 625 °С? На сколько
увеличится при этом объем газа? Атмосферное давление
нормальное.
660. Идеальный газ расширяется по закону p = aV.
Найдите графически работу, совершенную газом при уве­
личении объема от Vx до V2. Поглощается или выделяется
тепло в этом процессе?
661. Температура некоторой массы т идеального газа
с молярной массой М меняется по закону T = aV2. Найдите
графически работу, совершенную газом при увеличении
его объема от Vх до V2. Поглощается или выделяется тепло
в этом процессе?
662. На рисунке 103 изображены циклические процес­
сы, проведенные с неизменной массой идеального газа.
Опишите характер теплообмена газа в каждом процессе,
составляющем циклы.
663. При изотермическом сжатии газ передал окружаю­
щим телам теплоту 800 Дж. Какую работу совершил газ?
Какую работу совершили внешние силы?
664. При изохорном нагревании газу было передано от
нагревателя количество теплоты 250 Дж. Какую работу со­
вершил газ? Чему равно изменение внутренней энергии
газа?
665. При изохорном охлаждении внутренняя энергия
уменьшилась на 350 Дж. Какую работу совершил при этом
газ? Какое количество теплоты было передано газом окру­
жающим телам?
666 . Какую работу совершил газ и как при этом изме­
нилась его внутренняя энергия при изобарном нагревании
газа в количестве 2 моль на 50 К? Какое количество тепло­
ты получил газ в процессе теплообмена?
667. При изобарном охлаждении на 100 К внутренняя
энергия идеального газа уменьшилась на 1662 кДж. Какую
работу совершил при этом газ и какое количество теплоты
было им передано окружающим телам?
668 . При адиабатном сжатии газа была совершена ра­
бота 200 Дж. Как и насколько изменилась при этом внут­
ренняя энергия газа?
88
669. При адиабатном процессе газом была совершена
работа 150 Дж. Как и насколько изменилась его внутрен­
няя энергия?
670. Температура воздуха в комнате объемом 70 м3 бы­
ла 280 К- После того как протопили печь, температура под­
нялась до 296 К. Найдите работу воздуха при расширении,
если давление постоянно и равно 100 кПа.
671. Какую работу совершит кислород массой 320 г при
изобарном нагревании на 1 0 К?
672. Вычислите увеличение внутренней энергии водоро­
да массой 2 кг при повышении его температуры на 1 0 К:
1 ) изохорно; 2 ) изобарно.
673. Объем кислорода массой 160 г, температура кото­
рого 27°С, при изобарном нагревании увеличился вдвое.
89
Найдите работу газа при расширении, количество теплоты,
которое пошло на нагревание кислорода, изменение внут­
ренней энергии.
674. Для изобарного нагревания газа в количестве
800 моль на 500 К ему сообщили количество теплоты
9,4 МДж. Определите работу газа и приращение его внут­
ренней энергии.
675. В баллоне вместимостью 1 л находится кислород
под давлением 10 7 Па и при температуре 300 К. К газу под­
водят количество теплоты 8,35 кДж. Определите темпера­
туру и давление газа после нагревания.
676. При давлении 105 Па для нагревания аргона мас­
сой 1 кг на 2 К необходимо затратить количество теплоты
1,1 МДж. При охлаждении газа от 373 до 273 К при посто­
янном объеме 5 л выделяется количество теплоты 2,1 МДж,
если начальное давление газа 106 Па. Определите по этим
данным отношение cp/ c v.
677. Газ при нормальных условиях имеет плотность р.
Чему равны его удельные теплоемкости ср и cv?
678. При расширении идеального газа его давление ме­
нялось по закону р — р0-\-aV, гдеа=сопэ1. Найдите моляр­
ную теплоемкость газа в указанном процессе.
679. При расширении идеального газа его давление ме­
нялось по закону р = 6/ V2, где 6 = const. Найдите моляр­
ную теплоемкость газа в указанном процессе.
680. Свинцовая пуля пробивает деревянную стену, при­
чем скорость в момент удара о стену была равна 400 м/с,
а после прохождения стены —300 м/с. Температура пули
в момент удара 55 °С. Какая часть пули расплавилась?
Считать, что все выделяющееся количество теплоты полу­
чает пуля.
681. Снежок, летящий со скоростью 20 м/с, ударяется
в стену. Какая часть его расплавится, если температура
окружающей среды равна 0 °С, а вся кинетическая энергия
передается снегу?
682. В калориметре смешиваются три химически не
взаимодействующие жидкости массами тх— \ кг, щ2 =
— 10 кг, тъ = 5 кг, имеющие соответственно темпера­
туры С — 6 °С, /2= —40 °С, /3 = 6 0 °С. Удельные тепло­
емкости жидкостей равны соответственно 2 кДж/(кг • К),
4 кДж/(кг • К), 2 кДж/(кг • К). Определите температуру
смеси и количество теплоты, необходимое для последующе­
го нагревания смеси до 6 °С.
683. В калориметре с очень малой теплоемкостью нахо­
дится вода массой 1 кг при температуре 10 °С. В воду опу­
90
скают спираль электронагревателя и бросают алюминие­
вую пластину массой 0,4 кг, предварительно охлажденную
до температуры —200 °С. Мощность нагревателя 800 Вт.
Какая температура установится в калориметре спустя
30 с после включения тока?
684. Почему крупные озера редко замерзают от берега
до берега, в то время как малые на той же географической
широте покрываются сплошным слоем льда?
685. При изготовлении льда в холодильнике потребова­
лось 5 мин для того, чтобы охладить воду от 4 °С до 0 °С,
и еще 1 ч 40 мин, чтобы превратить ее в лед. Определите
удельную теплоту плавления льда.
686. Ванну вместимостью 100 л необходимо заполнить
водой, имеющей температуру 30 °С. Для этого используют
воду температурой 80 °С и лед, взятый при температуре
—20 °С. Определите массу льда, которую надо положить
в ванну.
687. В сосуд, содержащий воду массой 100 кг при тем­
пературе 10 °С, положили кусок льда, охлажденный до
—50 °С. После установления теплового равновесия темпера­
тура ледяной массы оказалась равной —4 °С. Какова мас­
са куска льда?
688. В калориметр налита вода массой 2 кг при темпе­
ратуре 5 °С и положен кусок льда массой 5 кг, имеющий
температуру —4 °С. Определите температуру и объем со­
держимого калориметра после установления теплового рав­
новесия. Теплоемкостью калориметра и теплообменом со
средой пренебречь.
689. Почему ожоги паром опаснее ожогов кипятком?
690. Какая масса воды окажется в смеси, если лед мас­
сой 150 г и воду массой 200 г, находящиеся в состоянии теп­
лового равновесия, нагреть до 100 °С путем пропускания
пара, имеющего температуру 100 °С?
691. В теплоизолированном сосуде содержится смесь во­
ды и льда. Масса воды 500 г, льда 54,4 г. Вода и лед нахо­
дятся в тепловом равновесии. В сосуд вводится сухой водя­
ной пар массой 6,6 г при температуре 100 °С. Какой будет
температура после установления нового состояния теплово­
го равновесия?
692. В длинном вертикальном цилиндрическом сосуде
под легким поршнем площадью 0,01 м2 находится вода мас­
сой 0,01 кг при температуре 0 °С. В воду опущена спираль
нагревателя мощностью 100 Вт. Пренебрегая потерями теп­
лоты, определите, на какую высоту поднимется поршень
спустя 5 мин после включения.
91
31. ТЕПЛОВЫЕ ДВИГАТЕЛИ
693. Что обладает большей внутренней энергией: рабо­
чая смесь, находящаяся в цилиндре двигателя внутреннего
сгорания к концу такта сжатия (до проскакивания искры),
или продукт ее горения к концу рабочего хода?
694. Можно ли было пользоваться ветряными двигате­
лями, если бы температура атмосферного воздуха была
везде одинаковой?
695. Возможно ли понизить температуру воздуха в по­
мещении, если открыть дверцу включенного в электросеть
бытового холодильника?
696. Газ в количестве 1 моль совершает цикл, состоя­
щий из двух изохор и двух изобар. Наименьший объем газа
10 л, наибольший 20 л. Наименьшее давление 2,5 атм, наи­
большее —5 атм. Изобразите график этого цикла и найдите
работу за цикл.
697. В идеальной тепловой машине за счет каждого ки­
лоджоуля энергии, получаемой от нагревателя, совершает­
ся работа 300 Дж. Определите КПД машины и температу­
ру нагревателя, если температура холодильника 280 К.
698. Тепловая машина работает по циклу Карно и за
счет каждой килокалории, полученной от нагревателя, со­
вершает работу 1,7 кДж. Температура холодильника равна
20 °С. Какова температура нагревателя?
699. Идеальный тепловой двигатель получает от нагре­
вателя в каждую секунду количество теплоты 7200 кДж
и отдает в холодильник 6400 кДж. Каков КПД двигателя?
700. Каков КПД идеальной паровой турбины, если пар
поступает в турбину с температурой 480 °С, а оставляет ее
при температуре 30 °С?
701. Температура воздуха—35 °С, а температура воды
в пруду подо льдом +1 °С. Нельзя ли использовать эту раз­
ность температур для энергетических целей? Каким свойст­
вом должно обладать «рабочее тело» такой тепловой маши­
ны и каков ее КПД?
702. Котел современной тепловой станции работает при
температуре 550 °С. Отработанное тепло может отводиться
к озеру или реке при температуре около 20 °С. Каков был
бы КПД такой станции, если бы она работала по идеально­
му циклу Карно?
703. Двигатель работает по циклу Карно. Как изменит­
ся КПД теплового двигателя, если при постоянной темпе­
ратуре холодильника 17 °С температуру нагревателя повы­
сить со 127 до 447 °С?
92
704. Температура нагревателя идеальной тепловой ма­
шины 117 °С, а холодильника 27 °С. Количество теплоты, по­
лучаемое машиной от нагревателя за 1 с, равно 60 кДж.
Вычислите КПД машины, количество теплоты, отдаваемое
холодильнику за 1 с, и мощность машины.
705. В идеальном тепловом двигателе абсолютная тем­
пература нагревателя в 3 раза выше, чем температура хо­
лодильника. Нагреватель передал газу количество теплоты
40 кДж. Какую работу совершил газ?
706. Температура нагревателя 227 °С. Определите КПД
идеального двигателя и температуру холодильника, если за
счет каждого килоджоуля теплоты, полученной от нагрева­
теля, двигатель совершает механическую работу 350 кДж,
707. Идеальная машина, работающая по обратному
циклу Карно, забирает тепло от воды, имеющей начальную
температуру 0 °С, и передает его кипятильнику с водой,
имеющему температуру 100 °С. Сколько воды превращает­
ся в пар при образовании льда массой 1 кг?
708. В топке паросиловой установки сгорает уголь мас­
сой 200 кг с теплотой сгорания 29,4 МДж/кг. КПД топки
равен 80%. Какую максимально возможную работу можно
получить при этом, если температура пара в котле 300 °С,
а температура отработанного пара 30°С?
709. В паровой турбине расходуется дизельное топливо
массой 0,35 кг на 1 кВт • ч. Температура поступающего
в турбину пара 250 °С, температура холодильника 30 °С.
Вычислите фактический КПД турбины и сравните его
с КПД идеальной тепловой машины, работающей при тех
же температурных условиях.
32. РЕАЛЬНЫЕ ГАЗЫ. НАСЫЩЕННЫЙ ПАР.
ВЛАЖНОСТЬ ВОЗДУХА
710. Уравнение Ван-дер-Ваальса (^p-\--^(V — b) = RT
написано для газа в количестве 1 моль. Запишите это урав­
нение для любой массы газа.
711. Какую долю объема газа составляет объем моле­
кул при давлении Ю5 Па? при давлении 500 • Ю5 Па?
712. В сосуде вместимостью 20 л при температуре
27 °С находится углекислый газ в количестве 0,05 кмоль.
Поправки Ван-дер-Ваальса для С 0 2 равны а =
= 3,6 • 105 Н • м4/кмоль, 6 = 0,043 м3/кмоль. Определите
давление газа.
93
713. Вычислите давление азота в количестве 1 моль, на­
ходящегося в сосуде вместимостью 1 л при температуре
17 °С. Решите задачу в двух приближениях: один раз счи­
тая его идеальным газом, другой — реальным, описывае­
мым уравнением Ван-дер-Ваальса.
714. Сравните давления, производимые кислородом
и водородом (по отдельности) на стенки сосуда вместимо­
стью 5 л при температуре 27 °С, если газы взяты в количе­
стве 10 моль. Вычисления проведите, считая газ: а) идеаль­
ным; б) реальным.
715. Какую температуру имеет азот в количестве
1 моль, занимающий объем 11,5 л при давлении 200 кПа?
Решите задачу считая газ: а) идеальным; б) реальным.
716. Сосуд вместимостью 0,5 л один раз заполняют кис­
лородом, другой раз — углекислым газом. В обоих случаях
давление газа равно 300 кПа. Газы взяты в количестве
2 моль. На сколько отличаются температуры газов? Счи­
тать газы: а) идеальными; б) реальными.
717. Насыщенный водяной пар находится при темпера­
туре 100 °С и занимает некоторый объем. Как изменится
давление пара, если его объем уменьшить вдвое, сохраняя
прежнюю температуру?
718. Почему запотевают очки, когда человек с мороза
входит в комнату?
719. Если в комнате достаточно тепло и влажно, то при
открывании зимой форточки образуются клубы тумана, ко­
торые в комнате опускаются, а на улице поднимаются.
Объясните явление.
720. Чем объяснить появление зимой инея на оконных
стеклах? С какой стороны стекла он появляется?
721. В два полых стеклян­
ных шара, соединенных труб­
кой, введено некоторое количе­
ство воды, после чего из них
откачан воздух и вся система
запаяна. Если перелить всю
воду в верхний шар, а нижний,
пустой, поместить в сосуд с
жидким воздухом (рис. 104), то
вся вода в верхнем шаре
через некоторое время замер­
зает, хотя он все время нахо­
дится при комнатной темпера­
туре. Почему?
722. Почему в теплый су-
94
хой день наше самочувствие лучше, чем в теплый и сырой?
723. В большинстве домов для одинакового ощущения
комфорта температура воздуха зимой должна быть выше,
чем летом. Чем вы можете объяснить этот эффект?
724. В каком месте на земном шаре абсолютная влаж­
ность может быть максимальной?
725. Почему иногда поверхности окон запотевают? Ка­
кие это поверхности — внешние или внутренние? При каких
условиях на этих поверхностях образуется лед?
726. Какой должна быть точка росы, чтобы появился
иней?
727. Иней часто появляется при температуре воздуха
около 1 °С. Почему?
728. В комнате при температуре 20 °С влажность возду­
ха равна 40%. В это же время на улице при температуре
0 °С влажность 80%. В каком направлении пойдут водяные
пары: с улицы в комнату или обратно, если открыть фор­
точку?
729. Определите абсолютную влажность воздуха, если
парциальное давление пара в нем 14 кПа, а температура
333 К.
730. Давление насыщенного водяного пара при темпе­
ратуре 36 °С равно 44,6 мм рт. ст. Какова масса влажного
воздуха объемом 1 м3 при этой температуре, относительной
влажности 80% и давлении 1 атм?
731. Относительная влажность в комнате при темпера­
туре 16 °С составляет 65%. Как изменится она при пониже­
нии температуры воздуха на 4 К, если упругость водяного
пара останется прежней?
732. Для осушки воздуха, находящегося в баллоне вме­
стимостью 1 0 л, туда ввели кусок хлористого кальция, кото­
рый поглотил воду массой 0,13 г. Какова была относитель­
ная влажность воздуха в баллоне, если его температура
равна 20 °С?
733. В цилиндре под поршнем находится водяной пар
массой 0,4 г при температуре 290 К. Этот пар занимает
объем 40 л. Какими путями можно сделать пар на­
сыщенным?
734. В сосуде вместимостью 100 л при температуре
30 °С находится воздух с относительной влажностью 30%.
Какой будет относительная влажность воздуха в сосуде, ес­
ли в него ввести воду массой 1 г?
735. В сосуде вместимостью 1 л при температуре 30 °С
находится воздух с относительной влажностью 30%. Какой
95
будет относительная влажность воздуха в сосуде, если в не­
го ввести воду массой 1 г?
736. В комнате при температуре 20 °С относительная
влажность воздуха 20%. Сколько нужно испарить воды для
увеличения влажности до 50%, если объем комнаты равен
40 м3?
737. В комнате объемом 50 м3 относительная влажность
воздуха 40%. Если испарить дополнительную воду массой
60 г, то относительная влажность будет равной 50%. Какой
при этом будет абсолютная влажность воздуха?
738. Относительная влажность воздуха, заполняющего
сосуд вместимостью 0,7 м3, при температуре 24 °С равна
60%. Сколько нужно испарить в этот объем воды для пол­
ного насыщения пара?
739. При температуре 4 °С сухой и влажный термомет­
ры психрометра давали одинаковые показания. Что пока­
жет влажный термометр, если температура повысилась до
10 °С? если она повысилась до 16 °С? Считать, что упру­
гость водяного пара остается неизменной.
740. Найдите относительную влажность воздуха в ком­
нате при температуре 18 °С, если точка росы 10 °С.
741. Относительная влажность воздуха вечером при
температуре 16 °С равна 55%. Выпадет ли роса, если
ночью температура понизится до 8 °С?
742. Днем при температуре 20 °С относительная влаж­
ность воздуха была 60%. Сколько воды в виде росы выде­
лится из каждого кубического метра воздуха, если темпе­
ратура ночью понизилась до 8 °С?
743. Баллон вместимостью 10 л наполнен сухим возду­
хом при температуре 273 К и давлении 105 Па. В сосуд вво­
дят воду массой З г и нагревают баллон до 373 К. Чему
равно давление влажного воздуха в баллоне?
744. Два баллона вместимостью 1 и 2 м3 соединены
трубкой с краном. В первом баллоне находится воздух
влажностью 2 0%, во втором —40%. Температура в обоих бал­
лонах 350 К, давление соответственно 1 0 ° и 2 • 105 Па.
Кран открывают, и пар перемешивается. Определите
относительную влажность воздуха и давление влажного
воздуха.
745. В закрытом с обоих концов цилиндре вместимостью
1 л свободно ходит легкий поршень. Под поршнем находит­
ся вода массой 5 г, над поршнем — столько же азота. Вся
система имеет температуру 373 К. На сколько изменятся
объемы пара и газа, если всю систему охладить на 50 К?
746. До какой температуры надо нагреть запаянный
96
шар, содержащий воду массой 17,5 г, чтобы шар разорвал
ся, если известно, что стенки шара выдерживают давление
не более 100 атм., а его объем 1 л?
СВОЙСТВА ЖИДКОСТЕЙ
33. ПОВЕРХНОСТНОЕ НАТЯЖЕНИЕ.
СМАЧИВАНИЕ И КАПИЛЛЯРНОСТЬ
747. Большинство людей любят горячий суп больше,
чем холодный. Дайте возможное объяснение, почему
это так.
748. Какая зубная паста лучше — с большим или ма­
лым поверхностным натяжением (при прочих равных усло­
виях)? Почему?
749. Мыльная пленка, затягивающая отверстие ворон­
ки, поднимается вверх, если держать воронку отверстием
вниз. Почему?
750. Если мыло уменьшает поверхностное натяжение
воды, то почему мы выдуваем мыльные пузыри, а не во­
дяные?
751. Вода легче песка. Почему же ветер может поднять
тучи песка, но очень мало водяных брызг?
752. Почему волейбольная сетка сильно натягивается
после дождя?
753. У двух концов изогнутой стеклянной трубки выду
ты два мыльных пузыря разного диаметра (рис. 105). Будут
ли меняться и как размеры пузырей, если кран К закрыт?
754. После выхода космического корабля на орбиту ока­
залось, что в закупоренном чистом стеклянном сосуде с во­
дой весь воздух собрался внутри воды в виде шара, а вода
заполнила весь сосуд до пробки. Объясните наблюдаемое
явление.
755. Если на поверхности во­
ды положить нитку и с од­
ной стороны от нее капнуть эфи­
ром, то нитка будет переме­
щаться. Почему это происходит?
В какую сторону перемещается
нитка? Коэффициент поверхност­
ного натяжения эфира а =
— 0,017 Н/м.
756. Обычная швейная игла
имеет длину 3,5 см и массу
4 Заказ Кг 1122 97
около 0,1 г. Достаточно ли поверхностного натяжения воды
для того, чтобы удерживать иглу на своей поверхности?
757. Соломинка длиной 8 см плавает на поверхности во­
ды, температура которой 18 °С. По одну сторону от соло­
минки наливают мыльный раствор, и соломинка приходит
в движение. В какую сторону? Какова сила, движущая со­
ломинку?
758. Насколько чувствительными должны быть весы,
чтобы с их помощью можно было бы оторвать проволочное
кольцо от воды, если диаметр кольца равен 6 см?
759. Капля воды вытекает из вертикальной стеклянной
трубки диаметром 1 мм. Найдите массу капли, если темпе­
ратура воды 2 0 °С.
760. Для определения коэффициента поверхностного на­
тяжения жидкости методом отрыва капли получили следу­
ющие данные: 318 капель жидкости имеют массу 5 г, диа­
метр шейки капли в момент отрыва равен 7 * 10- 4 м. Найди­
те по этим данным коэффициент поверхностного натяжения
жидкости.
761. Из капельницы накапали равные массы сначала
холодной воды при температуре 8 °С, затем горячей воды
при температуре 80 °С. Как и во сколько раз изменился ко­
эффициент поверхностного натяжения воды, если в первом
случае образовалось 40, а во втором 48 капель? Плотность
воды считать оба раза одинаковой.
762. С помощью пипетки отмерили 152 капли минераль­
ного масла. Их масса оказалась равной 1820 мг. Найдите
коэффициент поверхностного натяжения масла, если диа­
метр шейки пипетки 1,2 мм.
763. Проволочная рамка затянута мыльной пленкой.
Какую работу нужно совершить, чтобы растянуть пленку,
увеличив ее поверхность на 6,0 см2 с каждой стороны?
764. Десять маленьких капель ртути осторожно объеди­
нили в одну большую каплю. Изменится ли при этом темпе­
ратура ртути?
765. Какую работу надо совершить, чтобы надуть мыль­
ный пузырь радиусом 4 см? Для мыльного раствора а=
=0,04 Н/м.
766. Два мыльных пузыря радиусами и R2 сливаются
в один пузырь радиусом R3. Найдите коэффициент поверх­
ностного натяжения мыльной пленки, если атмосферное
давление равно р0.
767. Чем объяснить, что соломенная кровля на крыше,
состоящая из отдельных стебельков, между которыми име­
ется множество скважин, надежно защищает от дождя?
98
768. На какую высоту может подняться вода в капил­
лярной трубке диаметром 2 мкм?
769. Две длинные стеклянные пластинки, параллельные
друг другу, частично погружены в вертикальном положе
нии в смачивающую жидкость. Расстояние между пластин
ками 10“~3 м, их ширина 0,15 м. На какую высоту поднимет
ся жидкость между пластинками? С какой силой притяги
ваются пластинки? Смачивание считать полным. Решить
задачу для случая, когда жидкость — вода.
770. Две трубки с внутренними диаметрами 1 и 3 мм
вставлены одна в другую. Внешний диаметр тонкой трубки
2 мм. Если трубки опустить в воду, то разность уровней
в канале тонкой трубки и промежутке между трубками
равна 6 мм. Определите по этим данным коэффициент по
верхностного натяжения воды.
771. В двух капиллярных трубках разного диаметра,
опущенных в воду, установилась разность уровней 2,6 см
При опускании этих же трубок в спирт разность уров­
ней оказалась 1 см. Зная коэффициент поверхностного на­
тяжения воды, найдите коэффициент поверхностного натя
жения спирта.
772. Найдите массу воды, поднявшейся по капиллярной
трубке диаметром 0,5 мм.
773. Вертикально расположенный стеклянный капилляр
длиной / запаян с верхнего конца. Если нижний конец ка
пилляра привести в соприкосновение с поверхностью воды,
то вода поднимется в нем на высоту h. Атмосферное давле­
ние нормальное. Чему равен диаметр капилляра?
34. ТЕПЛОВОЕ РАСШИРЕНИЕ ТВЕРДЫХ ТЕЛ И ЖИДКОСТЕЙ
774. Трещины на поверхности скал чаще всего образу
ются в жаркий летний день. Почему?
775. Почему стаканы из толстого стекла чаще, чем тон
костенные, лопаются при наливании в них крутого
кипятка?
776. Почему между плитами бетонных тротуаров дела
ют зазоры?
777. Почему во время полировки зеркал крупных теле
скопов важно поддерживать температуру в помещении по­
стоянной?
778. Поршни цилиндров двигателей обычно делаются из
того же материала, что и стенки цилиндров. Почему?
779. Бензиновая колонка имеет наверху баки вместимо­
стью 10 л, которыми отмеривается бензин. Когда выгоднее
4* 99
покупать бензин: среди жаркого дня или лучше подождать
вечера, когда жара спадет?
780. Какие требования надо предъявить к проволоке,
которую впаивают в стекло электрической лампы? Почему?
781. Если температура воздуха на улице —15 °С, то ка
кую температуру имеет верхняя поверхность льда на озере?
нижняя поверхность льда? Какова, по-вашему, температу
ра воды непосредственно подо льдом? Какова температура
воды вблизи дна озера?
782. Железная паропроводная труба от котельной до
здания школы имеет длину 300 м. Пока пара нет, темпера
тура трубы 20 °С. Когда же по трубе под давлением прохо­
дит пар, ее температура достигает 120 °С. На сколько изме­
няется при этом длина трубы? Почему не происходит раз­
рыва трубы?
783. Железнодорожные рельсы имеют длину 25 м и из­
готовлены из стали. Как изменяется их длина, если годовые
изменения температуры колеблются от 30 до —30 °С?
784. Каков коэффициент линейного расширения метал­
ла, если изготовленный из него стержень длиной 60 см при
нагревании на 100 °С удлинился на 1,02 мм?
785. Цинковая пластина, площадь которой при темпера­
туре 0 °С равна 20,0 дм2, нагрета до 400 °С. Найдите пло­
щадь пластины после нагревания. Длина стального стерж­
ня при температуре 100 °С равна 50,0 см, длина цинкового
50,2 см. При какой температуре длина обоих стержней бу­
дет одинаковой? Коэффициент линейного расширения ста­
ли 12 • 10"~6, а цинка 29 • 10- 6 град-1.
786. Платиновая проволока длиной 1,5 м находится при
температуре 0 °С. При пропускании электрического тока
она раскалилась и удлинилась на 15 мм. До какой темпера­
туры была нагрета проволока? а —9-10- 6 К” 1.
787. Как должны относиться длины двух стержней, сде­
ланных из разных материалов, с коэффициентом линейного
расширения и о^, чтобы при любой температуре разность
длин стержней оставалась постоянной?
788. Часы снабжены латунным маятником. Сравнивая
показания этих часов с показанием точных часов, заметили,
что при температуре 0 °С они спешат на 7 с в сутки, а при
температуре 20 °С отстают на 9 с в сутки. Определите ко­
эффициент линейного расширения латуни, а также темпе­
ратуру, при которой маятниковые часы идут правильно.
789. Стальной лист прямоугольной формы, имеющий
площадь 2 м2 при температуре 0 °С, нагрели до 400 °С. На
сколько изменится его площадь?
100
790. Объем бетонной плиты при температуре 0 °С со
ставляет 2 м3 На сколько увеличится ее объем при новы
шепни температуры до 30 °С? Коэффициент линейного рас
ширения бетона а = 1,2 • 1 0 5 К"
791. На нагревание стального бруса размером 60 X
X 20 X 5 см израсходовано количество теплоты 1680 кДж
На сколько увеличился объем бруса?
792. Ка кое количество теплоты нужно израсходовать,
чтобы стальной рельс длиной 1 0 м и площадью поперечного
сечения 2 0 см2 удлинился от нагревания на 6 мм?
793. Стальной брусок объемом 1200 см3 при температу­
ре 0 °С погружен в сосуд, содержащий воду массой 20 кг
при 90 °С. Найдите температуру бруска в воде и его объем
при этой температуре.
794. Влияет ли, и если влияет, то как, на границы изме­
рения температур ртутным термометром изменение разме­
ров ртутного шарика (резервуара)? А диаметр канала
трубки?
795. Что происходило бы с показаниями термометра
при помещении его в горячую воду, если бы стекло расши­
рялось при нагревании больше, чем ртуть?
796. При погружении ртутного термометра в горячую
воду ртуть в трубочке термометра сначала немного опуска­
ется, а затем начинает подниматься. Объясните это явление.
797. Два одинаковых термометра отличаются друг от
друга формой резервуаров для ртути: у первого резервуар
имеет форму шара, у второго — форму цилиндра. Какой
из этих термометров будет быстрее реагировать на повыше­
ние температуры?
798. В железнодорожную цистерну погрузили нефть
объемом 50 м3 при температуре +40 °С. Какой объем не­
фти выгрузили, если на станции назначения температура
воздуха была —40 °С?
799. Керосин содержится в цистерне цилиндрической
формы, высота которой 6,0 м, а диаметр основания
5,0 м. При температуре 0 °С нефть не доходила до верхнего
края цистерны на 20 см. При какой температуре керосин
перельется через край цистерны?
800. Объем керосина при нагревании увеличился на
20 см3. Какое количество теплоты было при этом израсходо­
вано?

 

Категория: Физика | Добавил: Админ (13.03.2016)
Просмотров: | Теги: Степанов | Рейтинг: 0.0/0


Другие задачи:
Всего комментариев: 0
avatar