Сосуд сообщается с окружающим пространством
Задачник Кванта. МКТ и Термодинамика. Условия задач [41 – 60]
41.Ф246. Теплоизолированный сосуд разделен пополам тонкой перегородкой. В одной половине сосуда находится одноатомный газ с температурой T1 и давлением p1, в другой половине − другой одноатомный газ с давлением р2 и температурой Т2. Найдите установившуюся температуру смеси газов после того, как убрали перегородку.
42.Ф254. Тонкостенная трубка ртутного барометра открытым концом опирается на дно чашки со ртутью. Закрытый конец удерживается вертикальной нитью, так что трубка составляет угол ? с вертикалью (рис.). Длина трубки l, масса m, плотность ртуть ρ, атмосферное давление h (мм рт. ст.). Найдите силу натяжения нити. Размером погруженной в ртуть части трубки пренебречь. Площадь сечения трубки S.
43.Ф262. Тонкостенный цилиндрический стакан, имеющий тонкое дно, закрыт невесомым тонким поршнем. Между поршнем и дном в стакан вставлена пружина. Внутри стакана находится воздух при атмосферном давлении рo. Стакан плавает в воде, как показано на рисунке, расстояние от поверхности воды до поршня l1, глубина погружения стакана l2. Площадь поршня S, жесткость пружины k, плотность воды ρ. На какую максимальную глубину можно погрузить стакан под воду, чтобы он еще мог всплыть? Объемом пружины пренебречь.
44.Ф268. Для определения отношения теплоемкостей газа при постоянном давлении и при постоянном объеме иногда применяется следующий метод. Определенное количество газа, начальная температура, объем и давление которого равны, соответственно, To, Vo и po, нагревается платиновой проволокой, через которую в течение определенного времени проходит электрический ток: один раз при постоянном объеме Vo, причем газ достигает давления р1, другой раз при постоянном давлении рo, причем объем газа становится равным V1. Покажите, что cp/cV = (p1 − po)Vo/(V1 − Vo)po.
45.Ф270. В длинной пробирке на расстоянии l1 от запаянного конца имеется короткий столбик ртути. Масса ртути m. С какой угловой скоростью ω нужно вращать пробирку вокруг вертикальной оси, чтобы ртуть достигла конца пробирки? Длина пробирки l, температура воздуха в пробирке не меняется. Атмосферное давление равно po.
46.Ф273. Для получения газов при сверхвысоких температурах и давлениях иногда применяют установку, состоящую из закрытого с одного конца цилиндра-ствола и поршня-пули, влетающей в цилиндр с открытой стороны. При хорошей обработке ствола и пули удаётся добиться малой утечки газа через зазор. Благодаря очень высоким температурам сильно сжатые газы в этих условиях ещё можно считать идеальными. Оцените верхний предел температуры аргона, подвергнутого сжатию в такой установке, если пуля массы m = 100 г влетает в ствол, имеющий объём Vo = 200 см3, с начальной скоростью v = 250 м/с. Начальные температура и давление газа равны соответственно To = 300 K и рo = 1 атм.
47.Ф279. Цилиндр, изготовленный из нетеплопроводящего материала, разделён нетеплопроводящей перегородкой на две части, объёмы которых V1 и V2. В первой части находится газ при температуре T1 под давлением p1. Во второй − такой же газ, но при температуре T2 и под давлением p2. Какая температура установится в цилиндре, если убрать перегородку?
48.Ф285. В неотапливаемом помещении работает холодильник с терморегулятором. В момент подключения холодильника к сети температура на улице, в помещении и в холодильнике была одна и та же. Считая температуру на улице постоянной, изобразите приближенно на графиках, как менялась температура в помещении после подключения холодильника. Рассмотрите три случая: 1) холодильник пустой; 2) заполнен продуктами; 3) дверца холодильника открыта. Все три графика зависимости температуры от времени начертите на одном рисунке.
49.Ф288. Сосуд сообщается с окружающим пространством через малое отверстие. Температура газа в окружающем пространстве Т, давление р. Газ настолько разрежен, что молекулы при пролете в сосуд и из сосуда на протяжении размеров отверстия не сталкиваются друг с другом. В сосуде поддерживается температура 4Т. Каким будет давление в сосуде?
50.Ф300. Найти, на какую высоту поднимается жидкость в расширяющемся и суживающемся конических капиллярах. Смачивание полное. Угол при вершине конуса, который образует капилляр, равен 2α. Этот угол считать малым. Коэффициент поверхностного натяжения жидкости σ.
51.Ф305. В сосуд с водой опускают Г-образный стеклянный капилляр радиусом r, полностью смачиваемый водой (рис. a). Зависимость коэффициента поверхностного натяжения от температуры показана на рисунке б. В каком диапазоне температур вся вода вытечет из сосуда, если r = 0,1 мм, h = 14,1 см и Н = 15 см? Толщиной стенок капилляра пренебречь.
52.Ф317. В воздухе при нормальных условиях молекула сталкивается с другими молекулами, причем путь между столкновениями (длина свободного пробега) равен в среднем λ = 10−5 см. Оцените размеры молекулы воздуха.
53.Ф320. В откачанном сосуде емкостью V = 1 л находится 1 г гидрида урана UH3. При нагреве до температуры t = 400 oC гидрид полностью разлагается на уран (атомный вес 238) и водород. Найти давление водорода в сосуде при этой температуре.
54.Ф323. П-образная капиллярная трубка с длиной колен l = 10 см и диаметрами d1 = 0,1 мм и d2 = 0,2 мм опускается вертикально открытыми концами в воду и погружается настолько, чтобы уровень воды в более узком колене был вровень с уровнем воды в сосуде. Найти положение уровня воды в широком колене. Объемом горизонтальной трубки пренебречь. Атмосферное давление нормальное. Коэффициент поверхностного натяжения воды 70 мН/м.
55.Ф326. Закрытый крышкой сосуд доверху наполнен жидкостью, в которой имеются два пузырька. Как изменится давление в жидкости, если пузырьки сольются? Начальное давление в жидкости po, коэффициент поверхностного натяжения σ, радиус каждого пузырька ro. Считать процесс изотермическим.
56.Ф329(Ф1208). Многие из вас, по-видимому, замечали, что в тот момент, когда вы ступаете на мокрый песок, он светлеет. Это связано с тем, что песок становится суше. Но как только вы забираете ногу, след, оставленный ногой, немедленно заполняется водой. Объясните это явление.
57.Ф330. В цилиндре под невесомым поршнем площади S находится воздух при атмосферном давлении po и температуре To. Внутренний объем цилиндра разделен на две равные части неподвижной горизонтальной перегородкой с маленьким отверстием. На поршень кладут груз массой M, под действием которого поршень доходит до перегородки. Найти температуру воздуха внутри цилиндра, если стенки цилиндра и поршень не проводят тепло.
58.Ф335. Цилиндрический сосуд радиуса R, ось которого составляет угол α с вертикалью, заполнен водой. В цилиндр опускают хорошо притертый поршень, материал которого пропускает воздух, но непроницаем для воды. При каком минимальном весе поршня вся его нижняя поверхность будет касаться воды?
59.Ф338. Два стержня из разных металлов с коэффициентами линейного расширения α1 и α2 при температуре 0 °С имеют мало различающиеся длины l1 и l2 и поперечные сечения s1 и s2. При каких температурах стержни будут иметь одинаковые а) длины? б) поперечные сечения? в) объемы?
60.Ф349. Один киломоль идеального одноатомного газа, находящегося при нормальных условиях, переводят из состояния 1 в состояние 2 двумя способами: 1 – 3 – 2 и 1 – 4 – 2 (см. рис.). Найти отношение количеств теплоты, которые необходимо сообщить газу в этих двух процессах.
Источник
Окружающее пространство
Cтраница 3
Лампа посылает в окружающее пространство поток Л 12кДж / ч световой энергии. [31]
Энергия выделяется в окружающее пространство. [32]
Потери тепла в окружающее пространство принимаем равными 10 % от прихода, или – 9800 ккал. [33]
Информация об объектах окружающего пространства заключена в электромагнитном поле. Поле описывается пространственно-временным распределением. Поэтому традиционные способы обработки радиосигналов с ее разделением на пространственную ( определение направления) и временную ( раскрытие закона модуляции, определение задержки сигнала и допплеров-ского сдвига частоты) не являются полностью адекватными природе и описанию поля. Они использовались и могут использоваться и далее, как наиболее простые, но, в принципе, они проигрывают по информативности пространственно-временным способам обработки. [34]
Демпфер отделен от окружающего пространства резиновой мембраной / с жестким грибовидным центральным кругом а. Колодка 5 вместе с мембраной / под действием пружины начинает перемещаться вниз со скоростью, определяемой расходом воздуха через регулируемый дроссель 2 и весом подвижной системы. В конце хода упор / / нажимает на кнопку микровыключателя 10, который производит необходимое включение. Обратное перемещение якоря и возвращение мембраны / в исходное положение происходит под действием силы упругости пружины 6 при отключенной катушке. Могут быть также предусмотрены еще и контакты мгновенного включения, срабатывающие при перемещении якоря электромагнита вниз. [35]
Демпфер отделен от окружающего пространства резиновой мембраной 1 с жестким грибовидным центральным кругом а. Колодка 5 вместе с мембраной / под действием пружины 4 начинает перемещаться вниз со скоростью, определяемой расходом воздуха через регулируемый дроссель 2 и весом подвижной системы. В конце хода упор / / нажимает на кнопку микровыключателя 10, который производит необходимое включение. Могут быть также предусмотрены еще и контакты 9 мгновенного включения, срабатывающие при перемещении якоря электромагнита вниз. [36]
Волновое сопротивление сектора относительно окружающего пространства должно быть равно волновому сопротивлению основной коаксиальной линии. При данной конструкции симметрирующего устройства волновое сопротивление шлейфа Zws получается весьма малым, что в некоторых случаях является желательным. [38]
Сосуд сообщается с окружающим пространством через малое отверстие. Газ настолько разрежен, что молекулы, пролетая в сосуд и из сосуда, на протяжении размеров отверстия не сталкиваются друг с другом. [39]
Между металлом и окружающим пространством возникает градиент потенциала, который в итоге достигает величины, достаточной для прекращения дальнейшей эмиссии. Металл, имеющий положительный заряд, притягивает электроны из окружающего пространства к своей поверхности, а последние отталкивают электроны металла вглубь. [40]
Нуклон создает в окружающем пространстве поле ядерных сил, и это поле действует на другие нуклоны, попадающие в сферу его влияния. [41]
Ток создает в окружающем пространстве магнитное поле. [42]
Магнит создает в окружающем пространстве магнитное поле; силы, развиваемые магнитным полем, притягивают и удерживают в притянутом к магниту состоянии железные предметы. [43]
Электрет создает в окружающем пространстве постоянное электрическое поле, подобно магниту, являющемуся источником постоянного магнитного поля. Электретное состояние является метастабильным. [44]
Нуклон создает в окружающем пространстве поле ядерных сил, и это поле действует на другие нуклоны, попадающие в сферу его влияния. [45]
Страницы: 1 2 3 4
Источник
Сообщающиеся сосуды – это сосуды, соединенные между собой ниже уровня жидкости в каждом из сосудов. Таким образом жидкость может перемещаться из одного сосуда в другой.
Перед тем как понять принцип действия сообщающихся сосудов и варианты их использования необходимо определиться в понятиях, а точнее разобраться с основным уравнением гидростатики.
Итак, сообщающиеся сосуды имеют одно общее дно и закон о сообщающихся сосудах гласит:
Какую бы форму не имели такие сосуды, на поверхности однородных жидкостей в состоянии покоя на одном уровне действует одинаковое давление.
Для иллюстрации этого закона и возможностей его применения начнем с рассмотрения основного уравнения гидростатики.
Основное уравнение гидростатики
P = P1 + ρgh
где P1 – это среднее давление на верхний торец призмы,
P – давление на нижний торец,
g – ускорение свободного падения,
h – глубина погружения призмы под свободной поверхностью жидкости.
ρgh – сила тяжести (вес призмы).
Звучит уравнение так:
Давление на поверхность жидкости, произведенное внешними силами, передается в жидкости одинаково во всех направлениях.
Из написанного выше уравнения следует, что если давление, например в верхней точке изменится на какую-то величину ΔР, то на такую же величину изменится давление в любой другой точке жидкости
Доказательство закона сообщающихся сосудов
Возвращаемся к разговору про сообщающиеся сосуды.
Предположим, что имеются два сообщающихся сосуда А и В, заполненные различными жидкостями с плотностями ρ1 и ρ2. Будем считать, что в общем случае сосуды закрыты и давления на свободных поверхностях жидкости в них соответственно равны P1 и P2.
Пусть поверхностью раздела жидкостей будет поверхность ab в сосуде А и слой жидкости в этом сосуде равен h1. Определим в заданных условиях уровень воды в сообщающихся сосудах – начнем с сосуда В.
Гидростатическое давление в плоскости ab, в соответствии с уравнение гидростатики
P = P1 + ρgh1
если определять его, исходя из известного давления P1 на поверхность жидкости в сосуде А.
Это давление можно определить следующим образом
P = P2 + ρgh2
где h2 – искомая глубина нагружения поверхности ab под уровнем жидкости в сосуде В. Отсюда выводим условие для определения величины h2
P1 + ρ1gh1 = P2 + ρ2gh2
В частном случае, когда сосуды открыты (двление на свободной поверхности равно атмосферному), а следовательно P1 = P2 = Pатм , имеем
ρ1h1 = ρ2h2
или
ρ1 / ρ2 = h2 / h1
т.е. закон сообщающихся сосудов состоит в следующем.
В сообщающихся сосудах при одинаковом давлении на свободных поверхностях высоты жидкостей, отсчитываемые от поверхности раздела, обратно пропорциональны плотностям жидкостей.
Свойства сообщающихся сосудов
Если уровень в сосудах одинаковый, то жидкость одинаково давит на стенки обоих сосудов. А можно ли изменить уровень жидкости в одном из сосудов.
Можно. С помощью перегородки. Перегородка, установленная между сосудами перекроет сообщение. Далее доливая жидкость в один из сосудов мы создаем так называемый подпор – давление столба жидкости.
Если затем убрать перегородку, то жидкость начнет перетекать в тот сосуд где её уровень ниже до тех пор пока высота жидкости в обоих сосудах не станет одинаковой.
В быту этот принцип используется например в водонапорной башне. Наполняя водой высокую башню в ней создают подпор. Затем открывают вентили, расположенные на нижнем этаже и вода устремляется по трубопроводам в каждый подключенный к водоснабжению дом.
Приборы основанные на законе сообщающихся сосудов
На принципе сообщающихся сосудов основано устройство очень простого прибора для определения плотности жидкости. Этот прибор представляет собой два сообщающихся сосуда – две вертикальные стеклянные трубки А и В, соединенные между собой изогнутым коленом С. Одна из вертикальных трубок заполняется исследуемой жидкостью, а другая жидкостью известной плотности ρ1 (например водой), причем в таких количествах, чтобы уровни жидкости в среднем колене находились на одной и той же отметке прибора 0.
Затем измеряют высоты стояния жидкостей в трубках над этой отметкой h1 и h2. И имея ввиду, что эти высоты обратно пропорциональны плотностям легко находят плотность исследуемой жидкости.
В случае, когда оба сосуде заполнены одной и той же жидкостью – высоты, на которые поднимется жидкость в сообщающихся сосудах, будут одинаковы. На этом принципе основано устройство так называемого водометного стекла А. Его применяют для определения уровня жидкости в закрытых сосудах, например резервуарах, паровых котлах и т.д.
Принцип сообщающихся сосудов заложен в основе ряда других приборов, предназначенных для измерения давления.
Применение сообщающихся сосудов
Простейшим прибором жидкостного типа является пьезометр, измеряющий давление в жидкости высотой столба той же жидкости.
Пьезометр представляет собой стеклянную трубку небольшого диаметра (обычно не более 5 мм), открытую с одного конца и вторым концом присоединяемую к сосуду, в котором измеряется давление.
Высота поднятия жидкости в пьезометрической трубке – так называемая пьезометрическая высота – характеризует избыточное давление в сосуде и может служить мерой для определения его величины.
Пьезометр – очень чувствительный и точный прибор, но он удобен только для измерения небольших давлений. При больших давлениях трубка пьезометра получается очень длинной, что усложняет измерения.
В этом случае используют жидкостные манометры, в которых давление уравновешивается не жидкостью, которой может быть вода в сообщающихся сосудах, а жидкостью большей плотности. Обычно такой жидкостью выступает ртуть.
Так как плотность ртути в 13,6 раз больше плотности воды и при измерении одних и тех же давлений трубка ртутного манометра оказывается значительно короче пьезометрической трубки и сам прибор получается компактнее.
В случае если необходимо измерить не давление в сосуде, а разность давлений в двух сосудах или, например, в двух точках жидкости в одном и том же сосуде применяют дифференциальные манометры.
Сообщающиеся сосуды находят применение в водяных и ртутных приборах жидкостного типа, но ограничиваются областью сравнительно небольших давлений – в основном они применяются в лабораториях, где ценятся благодаря своей простоте и высокой точности.
Когда необходимо измерить большое давление применяются приборы основанные на механических принципах. Наиболее распространенный из них – пружинный манометр. Под действием давления пружина манометра частично распрямляется и посредством зубчатого механизма приводит в движение стрелку, по отклонению которой на циферблате показана величина давления.
Видео по теме
Ещё одним устройством использующим принцип сообщающихся сосудов хорошо знакомым автолюбителем является гидравлический пресс(домкрат). Конструктивно он состоит из двух цилиндров: одного большого, другого маленького. При воздействии на поршень малого цилиндра на большой передается усилие во столько раз большего давления во сколько площадь большого поршня больше площади малого.
Вместе со статьей “Закон сообщающихся сосудов и его применение.” читают:
Источник