Тема №8333 Ответы к задачам по физике Вьюн (Часть 4)
Поиск задачи:

Рассмотрим тему Ответы к задачам по физике Вьюн (Часть 4) из предмета Физика и все вопросы которые связанны с ней. Из представленного текста вы познакомитесь с Ответы к задачам по физике Вьюн (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.

5.1. Тепловое движение частиц
     
    (А)
    
5.1.1.    Находившаяся в стакане вода массой 200 г полностью испарилась за 20 суток. Сколько в среднем молекул воды вылетало с её поверхности за 1 сек? 
5.1.2.    В озеро, имеющее среднюю глубину 10 м и площадь поверхности 20 км2, бросили кристаллик поваренной соли массой 0.01 г. Сколько молекул этой соли оказалось бы в напёрстке воды объёмом 2 см3, зачерпнутом из озера, если полагать, что соль, растворившись в воде, равномерно распределилась по всёму объёму озера? 
5.1.3.    Во сколько раз различаются среднеквадратичные скорости двух частичек, совершающих броуновское движение в капле воды, если их массы различаются в четыре раза? 
5.1.4.    Оцените массу инфузории, на направленное движение которой со скоростью 1 мкм/c слабо влияет тепловое движение.
5.1.5.    Определите среднеквадратичную скорость молекул кислорода при 20оС. При какой температуре эта скорость равна 500 м/c. 
5.1.6.    Среднеквадратичная скорость молекул некоторого газа при нормальных условиях (p = 105 Па, T = 273 K) равна 480 м/с. Сколько молекул содержит 1 г этого газа? 
5.1.7.    Почему метеориты раскаляются в атмосфере Земли? 
5.1.8.    В межзвёздном пространстве содержится примерно 1 атом водорода в 1 см3, температура газа 125 К. Определите давление межзвёздного газа. 
5.1.9.    Сравните давления кислорода и азота при одинаковых концентрациях молекул и равных средних квадратичных скоростях их движения. 
5.1.10.    Определите среднюю кинетическую энергию поступательного движения молекул газа, находящегося под давлением 0.1 Па. Концентрация молекул газа равна 1013 см-3. 
5.1.11.    Давление газа равно 104 Па, а средняя квадратичная скорость молекул 500 м/с. Найдите плотность газа. 
5.1.12.    В сосуде находится двухатомный газ под давлением p0 и при температуре T. Каким будет давление газа, если произойдет диссоциация части молекул газа на атомы? Степень диссоциации, т.е. доля диссоциированных молекул, равна . 

(В)

5.1.13.    Сосуд разделен на две секции пористой перегородкой. В одной секции находится газ, состоящий из лёгких молекул, а в другой – из тяжёлых. Давление газа в обеих секциях сосуда в начальный момент одинаково. Через некоторое время давление в той секции сосуда, где находились тяжёлые молекулы, увеличилось. Затем, через более длительный промежуток времени, давление в обеих секциях сосуда выровнялось. Объясните этот эффект. 
5.1.14.    Сосуд разделен перегородкой на две части. В одной половине сосуда находится смесь гелия с водородом. При этом парциальные давления водорода и гелия одинаковы. Во второй половине сосуда вакуум. На короткое время в перегородке открывают отверстие. Определите установившееся отношение давлений гелия и водорода во второй половине сосуда. 
5.1.15.    Оцените массу земной атмосферы. Атмосферное давление на уровне моря равно 105 Па. Радиус земного шара 6370 км. 
5.1.16.    На какой высоте давление воздуха составляет 60% от давления на уровне моря? Считайте, что температура воздуха везде одинакова и равна 10 0С. 
5.1.17.    Для однородного идеального газа, содержащего N молекул и находящегося при температуре T, число тех молекул, скорость которых вдоль произвольной оси x лежит в интервале от vx до vx + dvx, определяется распределением Максвелла:
 
где m – масса молекулы, k – постоянная Больцмана. Функция 
 
называется функцией распределения. На рисунке приведена функция распределения молекул азота при комнатной температуре (Т = 293 К). Используя график, найдите: а) сколько в 1 см3 воздуха содержится молекул азота, имеющих в некотором направлении скорость в интервале от 499 до 501 м/с, б) сколько в 1 м3 содержится молекул азота, имеющих в некотором направлении скорость в интервале от 498 до 502 м/с, если число молекул азота в 1 см3 равно 21019. 
5.1.18.    При какой температуре функция распределения по скоростям для молекул водорода будет совпадать с функцией распределения по скоростям для молекул азота при комнатной температуре? 
5.1.19.    При атмосферном давлении и температуре 0 0С длина свободного пробега молекулы водорода равна 0.1 мкм. Оцените диаметр этой молекулы. 
5.1.20.    Плотность газа увеличили в три раза, а температуру уменьшили в четыре раза. Как изменилось число столкновений молекул в единицу времени? 
5.1.21.    В сосуде ёмкостью 2 л находится 1015 молекул кислорода и 10-7 г азота. Чему равно давление газа в сосуде, если температура смеси 50 0С?
5.1.22.    В воздухе содержится 23.6  вес. % кислорода и 76.4 вес. % азота. Найти парциальные давления кислорода и азота при давлении 1000 гПа и температуре 20 0С. 
5.1.23.    Во сколько раз изменится давление газа, если k-я часть молекул начнёт поглощаться при ударе о стенку? 
5.1.24.    В разреженном газе с постоянной скоростью v движется шар радиуса r. Число молекул в единице объёма газа n, все молекулы имеют одинаковую массу m, тепловые скорости молекул значительно меньше скорости шара. Оцените силу сопротивления, действующую на шар. 
5.1.25.    Чему равна энергия вращательного движения двухатомного газа, находящегося под давлением 105 Па в сосуде объёмом 1 л? Считать, что вращательные степени свободы полностью возбуждены.  

(C)

5.1.26.    Оцените подъёмную силу пластины площадью 1 м2, нижняя поверхность которой находится при температуре 100 0С, а верхняя при 0 0С. Температура воздуха 20 0С, а давление равно 0.1 Па. 
5.1.27.    В сосуде с газом поддерживается температура T0. Вне его находится газ, давление которого p, а температура T. Чему равно давление газа внутри сосуда, если в стенке сосуда имеется небольшое отверстие? Газы разрежены. 
5.1.28.    Используя закон равнораспределения молекул идеального газа по скоростям, найдите формулу для наиболее вероятной скорости молекул. 
5.2. Уравнение состояния идеального газа
     
    (А)
    
5.2.1.    Объем газа уменьшили в 2 раза, а температуру увеличили в 1.5 раза. Во сколько раз увеличилось давление газа? 
5.2.2.    Определить первоначальную температуру газа, находящегося в закрытом сосуде, если при увеличении давления на 0.4% температура возросла на 1 К. 
5.2.3.    В комнате объемом в 30 м3 температура от 15 0С поднялась до 25 0С. На сколько при этом изменилась масса воздуха в комнате, если атмосферное давление составляет 1 атм? Средняя молярная масса воздуха 29 г/моль. 
5.2.4.    Сосуд разделен перегородками на 3 части с объемами V1, V2, V3, в которых находятся газы при давлениях Р1, Р2, Р3, соответственно. Какое давление установилось в сосуде после удаления перегородок, если температура при этом осталась неизменной? 
5.2.5.    При температуре 20 0С давление воздуха в автомобильной шине составляет 6.0•105 Па. Найти давление в этой шине во время движения автомобиля, если температура воздуха в ней повысилась до 40 0С. Изменением объема пренебречь. 
5.2.6.    Объем пузырька воздуха при всплытии со дна озера на поверхность увеличился в 3 раза. Какова глубина озера? 
5.2.7.    Два объема 200 и 100 см3 разделены подвижным поршнем, непроводящим тепло. Сначала температура газа была равна 300 K, а его давление 1013 гПа. Затем малый объем охладили льдом до 273 K, а большой нагрели паром до 373 K. Какое давление установится в объемах? 
5.2.8.    Найти плотность ацетилена (C2H2) при нормальных условиях (p = 105 Па, T = 273 K).
5.2.9.    Изобразите изотермический, изобарический, изохорный и адиабатический процессы в координатах (P,V), (V,T) и (P,T).
5.2.10.    Воздух при начальном давлении 1 атм адиабатически сжимают до 10 атм. Определите давление воздуха, когда он остынет снова до комнатной температуры. 
5.2.11.    Нагревается или охлаждается газ, расширяющийся по закону: а) pV2 = const; б) р = const; в) р/V = const?
5.2.12.    Как изменяется температура идеального газа (увеличивается или уменьшается) в течение процесса, график которого в координатах (P,V) изображен на рисунке?
5.2.13.    На (V,T) диаграмме газ переходит при постоянном давлении из точки 1 в точку 2 по прямой линии, проходящей через начало координат. Как меняется при этом масса газа?

(B)

5.2.14.    Чтобы изотермически уменьшить в n раз объем газа в цилиндре с поршнем, на поршень поместили груз массы m. Какой груз следует добавить, чтобы объем газа изотермически уменьшился еще в k раз? 
5.2.15.    Баллон объема 50 л наполнили воздухом при 27 0С до давления 10 МПа. Какой объем воды можно вытеснить из цистерны подводной лодки на глубине 40 м воздухом этого баллона? Температура воздуха после расширения составила 3 0С. 
5.2.16.    За сколько качаний поршневым насосом с рабочим объемом V можно повысить давление от атмосферного p0 до p в сосуде объемом V0? Нагревом газа пренебречь. 
5.2.17.    На какую глубину надо погрузить трубку длины L в жидкость плотности , чтобы, закрыв верхнее отверстие, вынуть столбик жидкости высотой L/2? Атмосферное отверстие p. 
5.2.18.    Давление воздуха внутри бутылки равно 0.1 МПа при температуре 7 0С. На сколько нужно нагреть бутылку, чтобы пробка вылетела? Без нагревания пробку можно вынуть, прикладывая к ней силу 10 Н. Сечение пробки 2 см2. 
5.2.19.    Почему электрическая лампочка заполняется инертным газом при давлении существенно меньшем атмосферного? 
5.2.20.    Зависит ли подъемная сила аэростата от температуры окружающего воздуха? 
5.2.21.    Во сколько раз изменится подъемная сила воздушного шара, если наполняющий его гелий заменить водородом? Весом оболочки пренебречь. Молярная масса воздуха 29 г/моль. 
5.2.22.    В вертикальном цилиндре под невесомым поршнем находится газ. Поршень удерживается сверху упругой пружиной. Во сколько раз нужно увеличить температуру газа, чтобы  объем газа увеличился в 1.5 раза? Если газ из-под поршня полностью откачать, то поршень находится в равновесии у дна цилиндра. Атмосферным давлением пренебречь. 
5.2.23.    В вертикальном цилиндрическом сосуде с газом находится в равновесии тяжелый поршень. Массы газа над поршнем и под ним одинаковы. При одинаковой температуре отношение внутреннего объема верхней части сосуда к внутреннему объему нижней части равно 3. Каким будет это отношение, если температуру газа увеличить в 2 раза? 
5.2.24.    В двух баллонах, соединенных краном, находятся газы под давлением p1 и p2. Объемы баллонов V1  и V2. Температуры газов одинаковы. Какое будет давление в системе при той же температуре, если открыть кран?
5.2.25.    На поверхности жидкости плотности  плавает цилиндрический тонкостенный стакан, наполовину погруженный в жидкость. Высота стакана h, давление воздуха p0. Найти: а) на какую глубину погрузится стакан в жидкость, если его поставить на поверхность жидкости вверх дном; б) на какую глубину нужно погрузить перевернутый вверх дном стакан, чтобы он вместе с заключенным в нем воздухом пошел ко дну? 
5.2.26.    Найдите формулу соединения азота с кислородом, если 1 г его в газообразном состоянии в объеме 1 л создает при температуре 17 0С давление 0.314 атм. 
5.2.27.    Один моль газа участвует в процессе, изображенном на (P,V)  -диаграмме. Участки 1-2 и 3-4 – это отрезки прямых, проходящих  через начало координат. Кривые 1-4 и 2-3 – изотермы. Нарисуйте график этого процесса на (T,V) - диаграмме. Найдите объем V3, если объемы V1 и V2 = V4  известны. 
5.2.28.    При комнатной температуре четырехокись азота частично диссоциирует, превращаясь в двуокись азота N2O4 ↔ 2NO2. В откачанный сосуд вместимости 250 см3 вводится 0.92 г жидкого N2O4 при 0 0С. Когда температура в сосуде увеличивается до 27 0С, жидкость целиком испаряется, а давление становится равным 128 кПа. Определите долю четырехокиси азота, которая диссоциировала. 
(C)

5.2.29.    За сколько качаний поршневым насосом с рабочим объемом V можно откачать сосуд объема V0 от давления p0 до p? 
5.2.30.    Герметически закрытый бак заполнен жидкостью так, что на дне его имеется пузырек воздуха. Давление на дне бака p0. Каким оно станет, если пузырек воздуха всплывет? Высота бака Н, плотность жидкости . 
5.2.31.    Герметически закрытый бак высоты 3 м заполнен водой так, что на дне его находятся 2 одинаковых пузырька воздуха. Давление на дно бака 0.15 МПа. Каким станет давление, если всплывет 1 пузырек? Два пузырька? 
5.2.32.    Нижний конец узкой вертикальной трубки длины 2L (в мм) запаян, а верхний открыт в атмосферу. В нижней половине трубки находится газ при температуре T0, а верхняя ее половина заполнена ртутью. До какой минимальной температуры надо нагреть газ в трубке, чтобы он вытеснил всю ртуть? Внешнее давление в миллиметрах ртутного столба равно L. 
5.2.33.    Мыльный пузырь, заполненный горячим воздухом, неподвижно висит в атмосфере. Атмосферное давление p0 и температура T0. Плотность мыльной пленки , ее толщина , а радиус пузыря r. Найдите температуру воздуха внутри пузыря, если поверхностное натяжение мыльной воды равно . Молярная масса воздуха . 
5.2.34.    Два мыльных пузыря радиуса r1 и r2 сливаются в один. Найдите поверхностное натяжение мыльной воды, если радиус нового пузыря равен r, а атмосферное давление равно p0. 
5.2.35.    Найдите период малых колебаний поршня массы m, разделяющего гладкий, горизонтально расположенный цилиндрический сосуд сечения S на две части длины L каждая. По обе стороны от поршня находится газ при давлении p0 и температуре T0. При колебании поршня температура газа не меняется.
5.3. Первое начало термодинамики. Теплоемкость
     
    (А)
    
5.3.1.    Температура воздуха в комнате объемом 70 м3 была равной 280 K. Температура поднялась до 296 K после того, как в комнате протопили печь. Найдите работу воздуха при расширении, если давление постоянно и равно 100 кПа. 
5.3.2.    Какая доля теплоты, подводимой к идеальному двухатомному газу при изобарическом процессе, расходуется на увеличение внутренней энергии газа, и какая доля идет на работу расширения? 
5.3.3.    Объем некоторой массы газа увеличивается вдвое. В каком случае газ совершит большую работу - при изобарном расширении или при изотермическом? 
5.3.4.    Средняя энергия одной молекулы газа в широком диапазоне температур достаточно точно определяется формулой <> = (i/2)kT, где i - число степеней свободы молекулы, равное числу координат, определяющих положение молекулы. Найдите, пользуясь этой формулой, среднюю энергию молекул H2, N2, Н2О, СH4 при температуре Т. 
5.3.5.    Чему равна внутренняя энергия (в джоулях) при нормальных условиях 1 см3 воздуха? 1 кг воздуха? 
5.3.6.    В сосуде объема 10 л находится кислород (O2) под давлением 105 Па. Стенки сосуда могут выдержать внутреннее давление до 106 Па. Газ идеальный и cр/cv = 1.4. Определите, какое максимальное количество теплоты можно сообщить газу в этом сосуде. 
5.3.7.    Воздух в комнате нагрели от температуры T0 до T. При этом давление не изменилось. Изменилась ли внутренняя энергия воздуха внутри комнаты? 
5.3.8.    Азот нагревается при постоянном давлении 100 кПа. Объем азота изменяется на 1.5 м3. Определить: а) работу расширения, б) количество теплоты, сообщенное газу, в) изменение внутренней энергии газа, если молярные теплоемкости азота при постоянном объеме и постоянном давлении равны соответственно cv = 20.9 Дж/(мольК), cр = 29.3 Дж/(мольК). 
5.3.9.    Для повышения при постоянном давлении температуры газа на 50 K ему передано 50 кДж теплотой энергии. Определите количество теплоты, которое потребуется для такого же нагревания газа при постоянном объеме. 
5.3.10.    Идеальный одноатомный газ медленно расширяется до тех пор, пока его давление не уменьшится ровно в два раза по сравнению с начальным значением. Во сколько раз изменится объем газа, если процесс а) адиабатический; б) изотермический?
5.3.11.    Один литр воздуха охлаждается при постоянном давлении до тех пор, пока его объем не уменьшится в два раза. После этого он расширяется изотермически до своего начального объема. Изобразите этот процесс на (P,V)-диаграмме.
5.3.12.    Нагревается или охлаждается газ, расширяющийся по закону PV2 = const? 
5.3.13.    В цилиндре под поршнем находится воздух. Воздух последовательно испытывает: изохорное нагревание, изобарное расширение и изотермическое расширение. Затем воздух изобарно возвращается в исходное состояние. Начертите график процесса в координатах (P,V). Укажите, на каких этапах этого процесса воздух получает тепло и на каких отдает.

(B)

5.3.14.    В сосуде вместимости V1 находится одноатомный газ при давлении p1 и температуре T1, а в сосуде вместимости V2 - одноатомный газ при давлении p2 и температуре Т2. Какое давление и какая температура окажутся в этих сосудах после их соединения? Сосуды теплоизолированы. 
5.3.15.     В теплоизолированном сосуде при температуре 800 K находится 1 моль углекислого газа (СО2) и один моль водорода (Н2). Происходит химическая реакция: СО2 + Н2 = СО + Н2О + 40.1 кДж/моль. Во сколько раз возрастет давление в сосуде после окончания реакции? 
5.3.16.    В длинной гладкой теплоизолированной трубе находятся два теплоизолированных поршня массы m1 и m2, между которыми в объеме V0 находится при давлении p0 одноатомный газ (Рис.). Какие максимальные скорости смогут приобрести поршни после того как их отпустили, если масса газа много меньше массы каждого поршня. 
5.3.17.    Почему нагревается насос при накачивании шины? 
5.3.18.    В горизонтально расположенном цилиндрическом сосуде подвижным поршнем перекрыт объем газа V при давлении p. По другую сторону поршня вакуум. Поршень отпускают. Какую работу совершит газ над поршнем, если объем газа при перемещении поршня увеличивается в два раза, а его давление при этом будет: а) оставаться постоянным; б) возрастать с увеличением объема линейно до давления 2p? 
5.3.19.    Один моль газа нагревается сначала при постоянном объеме V1 от давления p1 до давления p2. Затем газ изобарически расширяется до объема V2. Внутренняя энергия газа пропорциональна температуре (U = cT). Найдите количество теплоты, поглощенное газом в этом процессе. 
5.3.20.     Один моль водорода, имевший температуру 0 0С, нагревается при постоянном давлении. Какое количество теплоты необходимо сообщить газу, чтобы его объем удвоился? Какая работа при этом будет совершена газом? 
5.3.21.    Один моль газа участвует в циклическом процессе, график которого изображен на рисунке, и состоит из двух изохор и двух изобар. Температуры в точках 1 и 3 равны T1 и T3. Определите работу, совершенную газом за цикл, если точки 2 и 4 лежат на одной изотерме.  
5.3.22.    Поршень массы m, закрывающий объем V0, заполненный одноатомным газом при давлении p0 и температуре T0, движется со скоростью u (Рис.). Определите температуру и объем газа при его максимальном сжатии. Система теплоизолирована. Теплоемкостями поршня и сосуда пренебречь. 
5.3.23.    При нагревании 1 кг неизвестного газа на 1 K при постоянном давлении требуется 912 Дж, а при нагревании при постоянном объеме требуется 649 Дж. Что это за газ? 
(C)

5.3.24.    В длинной гладкой теплоизолированной трубе между двумя одинаковыми поршнями массы m каждый находится 1 моль одноатомного газа при температуре T0 (Рис.). В начальный момент скорости поршней направлены в одну сторону и равны 3v и v. До какой максимальной температуры нагреется газ? Массой газа по сравнению с массой поршней пренебречь. 
5.3.25.    Воздух, занимавший объем 2 л при давлении 0.8 МПа, изотермически расширился до 10 л. Определите работу, совершенную воздухом. 
5.3.26.    Два компрессора адиабатически сжимают двухатомный газ. Сначала работает один компрессор, сжимающий газ от объема V0 до промежуточного объема V1. Затем сжатый газ охлаждается до начальной температуры, после чего в работу вступает второй компрессор, сжимающий газ до объема V2. При каком объеме V1 полная работа обоих компрессоров минимальна и чему она равна? Объемы V1 и V2 считать заданными, начальное давление газа p0. Работа какого компрессора при оптимальном значении объема V1 больше? 
5.3.27.    Найти молекулярную теплоемкость одноатомного газа, расширяющегося по закону PVn = const. При каких значениях n теплоемкость будет равна нулю? Бесконечности? 
5.3.28.    Найдите теплоемкость системы, состоящей из перекрытого поршнем сосуда с одноатомным газом (параметры газа P0, V0, T0) (Рис.). Поршень удерживается пружиной. Слева от поршня вакуум. Если газ откачать, то  поршень соприкасается с правой стенкой сосуда, а пружина при этом не деформирована. Теплоемкостями сосуда, поршня и пружины пренебречь. 
5.3.29.    Газ вытекает адиабатически через малое отверстие из замкнутого сосуда в вакуум (Рис.). Постоянное давление газа в сосуде поддерживается перемещением поршня. При этом температура газа в сосуде T  не меняется, а его температура вне сосуда из-за адиабатического расширения снижается практически до 0 K. Оцените, пользуясь законом сохранения энергии, скорость газовой струи в вакууме. Молярная масса газа , молярная теплоемкость газа при постоянном давлении cp. 
5.3.30.    Определите максимальную скорость истечения газа из сопла ракеты, если тяга ракеты создается в результате реакций:
а) 2H2 + O2 = 2H2O + 483 кДж/моль;
б) 2Al + 3/2O2 = Al2O3 + 1650 кДж/моль;
в) Be + 1/2O2 = BeO + 610 кДж/моль.
5.4. Второе начало термодинамики 
     
    (А)
    
5.4.1.    Существует ли процесс, при котором все переданное телу от нагревателя тепло превращается в работу? 
5.4.2.    Можно ли практически всю внутреннюю энергию газа превратить в механическую работу? 
5.4.3.    Какой должна быть температура нагревателя, для того чтобы стало возможным достижение значения к.п.д. тепловой машины 80% при температуре холодильника 300 K? 
5.4.4.    В процессе работы тепловой машины за некоторое время рабочим телом было получено от нагревателя 1.5106 Дж теплоты и передано холодильнику 1.2106 Дж теплоты. Вычислить к.п.д. машины. 
5.4.5.    Паровая машина мощностью 14.7 кВт потребляет за 1 ч работы 8.1 кг угля с удельной теплотой сгорания 3.3107 Дж/кг. Температура котла 200 0C, холодильника 58 0С. Найдите к.п.д. этой машины и сравните его с к.п.д. идеальной тепловой машины.  
5.4.6.    Как изменится температура в комнате, если дверцу холодильника оставить открытой?  

(B)

5.4.7.    Два одинаковых тела, нагретых до разных температур, приводятся в тепловой контакт друг с другом. Температуры тел уравниваются. Покажите, что в этом процессе энтропия системы увеличивается. 
5.4.8.    Вычертите график зависимости между температурой и энтропией, т.е. (T,S)-диаграмму а) для адиабатического процесса; б) для изотермического процесса.
5.4.9.    Как по (T,S) - диаграмме вычислить количество теплоты, полученное (или отданное) системой?
5.4.10.    Начертить цикл Карно в (T,S)-координатах и вычислить его к.п.д.
5.4.11.    Найдите к.п.д. цикла, изображенного на рисунке, если рабочее тело тепловой машины является одноатомным идеальным газом. 
 

5.4.12.    Найдите приращение энтропии 1 кг льда при его плавлении. Удельная теплота плавления льда  =  3.34105 Дж/кг. 
5.4.13.    1 кг воды, превращается в пар при температуре 293 K. Насколько возрастает при этом энтропия воды? Удельная теплоемкость воды составляет 4.19 кДж/(кгK), а удельная теплота парообразования воды равна 2256 кДж/кг. 
5.4.14.    Покажите, что к.п.д. тепловой машины в циклическом процессе максимален, когда энтропия системы не меняется. 
5.4.15.    В океане находится лодка с куском льда массы 1 кг и температурой 0 0С. Определить максимальную работу, которую можно получить, используя процесс таяния льда. Температура воды 27 0С. 
5.4.16.    Идеальная тепловая машина с к.п.д., равным , работает по обратному циклу. Какое максимальное количества теплоты можно забрать из холодильника, совершив механическую работу A? 
5.4.17.    Идеальная тепловая машина, работающая по обратному циклу, передает тепло от холодильника с водой при температуре 0 0С кипятильнику с водой при температуре 100 0С. Сколько воды нужно заморозить в холодильнике, чтобы превратить в пар 1 кг воды в кипятильнике? 
5.4.18.    Холодильник, потребляющий мощность P, за время  превратил воду в лед. Какое количество теплоты Q передал холодильник воздуху в комнате, если масса воды m, а ее начальная температура T 0С? Удельная теплоемкость воды - c, удельная теплота плавления льда - , теплоемкостью самого холодильника можно пренебречь. 
5.4.19.    Из-за несовершенства теплоизоляции холодильник получает каждый час от воздуха в комнате 240 кДж теплоты. Температура в комнате 20 0С. Какую минимальную мощность P должен потреблять холодильник от сети, чтобы поддерживать внутри холодильного шкафа температуру  -5 0С? 
5.4.20.    Над одним молем одноатомного газа совершают круговой процесс (Рис.). Определите к.п.д. прямого цикла.
5.4.21.    Определите к.п.д. цикла 1234, совершаемого одним молем идеального одноатомного газа. (Рис.)

(C)

5.4.22.    Найти изменение энтропии  молей идеального газа при: а) расширении его в пустоту от объема V до объема 2V; б) изотермическом расширении до удвоенного объема. 
5.4.23.    Вычислите приращение энтропии  молей идеального газа при переходе его от объема V1 и температуры T1 к объему V2 и температуре T2, если газ: а) нагревается при постоянном объеме V1, а затем изотермически расширяется; б) расширяется при постоянной температуре T1 до объема V2, затем нагревается при постоянном объеме; в) адиабатически расширяется до объема V2, а затем нагревается при постоянном объеме. 
5.4.24.    Тепловая машина, рабочее тело которой состоит из одного моля идеального одноатомного газа, работает по замкнутому циклу, изображенному на рисунке. Найдите приращение энтропии в машине за один цикл. 
5.4.25.    Нагретое тело с начальной температурой Т используется в качестве нагревателя в тепловой машине. Теплоемкость тела не зависит от температуры и равна с. Холодильником служит неограниченная среда, температура которой постоянна и равна T0. Найдите максимальную работу, которую можно получить за счет охлаждения тела. 
5.4.26.    С помощью электрической плитки мощностью 1 кВт в комнате поддерживается температура 17 0С при температуре наружного воздуха  -23 0С. Какая мощность потребовалась бы для поддержания в комнате той же температуры с помощью идеальной тепловой машины? 
5.4.27.    Какую минимальную работу нужно затратить для того, чтобы заморозить 1 кг воды, находящейся при температуре окружающей среды 300 K? 


5.5. Фазовые переходы

(A)

5.5.1.    В стеклянную чашку, масса которой равна 300 г, при температуре 25 0С наливают 200 см3 чаю, имеющего температуру 95 0С. Определить температуру чашки с чаем, после установления теплового равновесия, предполагая, что теплообменом с окружающей средой можно пренебречь? Теплоемкость стекла 840 Дж/(кгК), теплоемкость воды 4.19 кДж/(кгK). 
5.5.2.    В кастрюлю налили холодной воды (температура 10 0С) и поставили на плиту. Через 10 минут вода закипела. Через какое время она полностью испарится? 
5.5.3.    Почему вода в сосуде, закрытом крышкой, закипает быстрее, чем в открытом? 
5.5.4.    Почему кастрюля прогорает лишь после выкипания воды? 
5.5.5.    Можно ли вскипятить воду в бумажном стаканчике? 
5.5.6.    Почему вода гасит огонь? 
5.5.7.    На улице моросит холодный осенний дождь. На кухне развесили много выстиранного белья. Быстрее ли высохнет белье, если открыть форточку? 
5.5.8.    Какая часть воды, переохлажденной на Т градусов, замерзнет, если бросить в нее кусочек льда и вызвать этим кристаллизацию? Теплоемкость воды c, теплота плавления льда .
5.5.9.    Сколько дров надо сжечь в печке, имеющей к.п.д. = 40%, чтобы получить из 200 кг льда, взятого при -10 0С, воду при 20 0С? (cльда = 2.5 кДж/(кгК), льда = 334 кДж/кг, qдров = 107 Дж/кг). 
5.5.10.    В комнате объемом 120 м3 при температуре 15 0С относительная влажность воздуха составляет 60%. Определить массу водяных паров в воздухе комнаты. Давление насыщенных паров при этой температуре равно 1.71 кПа. 
5.5.11.    При температуре 20 0С относительная влажность воздуха в комнате составляет 20%. Какую массу воды надо испарить для увеличения влажности до 50%, если объем комнаты равен 40 м3? Плотность насыщенных паров при этой температуре равна 1.7310-2 кг/м3. 
(B)

5.5.12.    Из космического корабля за борт выбрасывается вода при температуре 0 0С. Какая доля воды испарится прежде, чем образуется кусок льда? Удельная теплота парообразования воды при 0 0С равна 2.49 МДж/кг, удельная теплота плавления льда составляет 0.334 МДж/кг. 
5.5.13.    В 100 г воды при температуре 10 0С опущено 40 г льда, имеющего температуру -10 0С. При каком соотношении воды и льда установится тепловое равновесие в этой системе, если она теплоизолирована? 
5.5.14.    Два одинаковых кусочка льда летят навстречу друг другу с равными скоростями и при ударе обращаются в пар. Оцените минимально возможные начальные скорости льдинок перед ударом, если их температура равна -12 0С. Удельная теплота парообразования воды при 100 0С равна 2.256106 Дж/кг.
5.5.15.     Цилиндр с площадью сечения S = 20 см2 разделен поршнем массы m = 5 кг на две части. В нижней части вначале находится вода, а в верхней части вакуум (Рис.). Поршень соединен с верхней крышкой цилиндра пружиной жесткости 15 Н/м. Вначале пружина недеформирована. Определите массу образовавшегося пара при нагревании воды от 0 0С до 100 0С. Трения нет. Давление насыщенных паров при 100 0С равно 101325 Па. 
5.5.16.    Паровой котел частично заполнен водой, а частично смесью воздуха и насыщенного пара при температуре 100 0С. Начальное давление в котле 3105 Па. Каким будет давление в котле после понижения в нем температуры до 10 0С? Давлением насыщенного водяного пара при 10 0С пренебречь. 

(C)

5.5.17.    На электрической плите мощностью 1 кВт кипит вода в чайнике. Найти скорость истечения пара из носика чайника, если пар считать идеальным газом. Давление пара на конце носика равно 1 атм, площадь сечения носика 1 см2. Считать, что вся энергия плитки передается воде. 
5.5.18.    В цилиндре, закрытом поршнем, при температуре 20 0С и давлении 101.3 кПа находится воздух. На дне цилиндра находится капелька воды. Чему будет равно давление в цилиндре после изотермического уменьшения объема под поршнем в два раза? Какую для этого надо совершить работу? Первоначальный объем 0.5 м3, давление насыщенного пара при температуре 20 0С равно 2.34 кПа. 
5.5.19.    Лед при температуре 0 0С заключен в теплонепроницаемую оболочку и подвергнут давлению 103 атм. Какая часть льда расплавилась, если при повышении давления на 138 атм температура плавления льда понижается на 1 0С? Удельная теплота плавления льда  = 334 кДж/кг. 
5.5.20.    Во сколько раз увеличится скорость испарения твердого вещества в вакуум при увеличении его температуры в k раз, если давление насыщенных паров при этом увеличивается в m раз? 

    

 

Категория: Физика | Добавил: Админ (18.09.2016)
Просмотров: | Теги: вьюн | Рейтинг: 0.0/0


Другие задачи:
Всего комментариев: 0
avatar