Теплоизолированный сосуд обьемом 2

Автор
Тема: Теплоизолированный сосуд разделён пористой перегородкой на две части  (Прочитано 32506 раз)

0 Пользователей и 1 Гость просматривают эту тему.

Помогите, пожалуйста, решить две задачи:
1. Теплоизолированный сосуд объёмом 2 куб.м  разделён пористой перегородкой на две равные части. Атомы гелия могут свободно проникать через поры в перегородке, а атомы аргона – нет. В начальный момент в одной части сосуда находится 1 кг гелия, а в другой – 1 кг аргона, а средняя квадратичная скорость атомов аргона равна скорости атомов гелия и составляет 500 м/с. Определите внутреннюю энергию гелий-аргоновой смеси после установления равновесия в системе.
2. Теплоизолированный сосуд объёмом 2 куб.м  разделён пористой перегородкой на две равные части. Атомы гелия могут свободно проникать через поры в перегородке, а атомы аргона – нет. В начальный момент в одной части сосуда находится гелий массой 1 кг, а в другой – аргон массой 1 кг. Средняя квадратичная скорость атомов аргона равна скорости атомов гелия и составляет 500 м/с. Определите внутреннюю энергию газа, оставшегося в той части сосуда, где первоначально находился гелий, после установления равновесия в системе.
И ещё вопрос по форуму: многие решённые задачи содержат ссылки на рисунки, которых нигде нет. Как их найти?

« Последнее редактирование: 18 Марта 2012, 18:23 от alsak »

Записан

И ещё вопрос по форуму: многие решённые задачи содержат ссылки на рисунки, которых нигде нет. Как их найти?

Их искать не надо. Зайдите на форум под своим именем (ником) и все увидите.

Записан

Решение: наиболее рациональный способ решения задачи – энергетический. Для начала определим количество вещества в сосуде:

ν = νHe + νAr = m/MHe + m/MAr.

Здесь: молярная масса гелия: MHe = 4г/моль,  молярная масса аргона: MAr = 40 г/моль. После установления равновесия в системе гелий равномерно распределится по всему объёму сосуда. В результате в той части сосуда, где первоначально находился аргон, окажется смесь гелия и аргона, количество молей вещества в получившейся смеси будет равно:

ν1 = νHe /2 + νAr = m/2MHe + m/MAr,

В другой части сосуда останется только гелий, и число молей будет:

ν2 = νHe /2 = m/2MHe,

Аргон и гелий будем считать идеальными газами. Внутренняя энергия идеального газа, это суммарная средняя кинетическая энергия движения всех его молекул.
[ U={{E}_{He}}+{{E}_{Ar}}=2cdot frac{mcdot {{upsilon }^{2}}}{2}=mcdot {{upsilon }^{2}}, ]
Здесь: E – средняя кинетическая энергия движения всех молекул газа, m =1 кг – масса газа, υ = 500 м/с – средняя квадратичная скорость молекул. После установления равновесия, согласно закона сохранения энергии, суммарная энергия системы не изменится (система замкнута, т.к. сосуд теплоизолирован). При этом внутренняя энергия пропорциональна количеству молекул  (количеству вещества) в каждой из частей сосуда. Другими словами – полная энергия системы Uразделится пропорционально количеству вещества в каждой из частей сосуда. Для первой части, содержащей смесь гелия и аргона, получим:

[ {{U}_{1}}=frac{{{nu }_{1}}}{nu }cdot U, ] 

 
Для второй части сосуда, содержащей только гелий:

[ {{U}_{2}}=frac{{{nu }_{2}}}{nu }cdot U, ]

После подстановки определённых ранее количеств вещества и преобразований, получим:

[ {{U}_{1}}=frac{left( 2{{M}_{He}}+{{M}_{Ar}} right)}{2left( {{M}_{He}}+{{M}_{Ar}} right)}cdot m{{upsilon }^{2}}, ]
[ {{U}_{2}}=frac{{{M}_{Ar}}}{2left( {{M}_{He}}+{{M}_{Ar}} right)}cdot m{{upsilon }^{2}}. ]

Ответ:  U1 = 1,36∙105 Дж,  U2 = 1,14∙105 Дж.

Записан

Записан

Посидел, поразмышлял и, сложилось, впечатление, что представленное Вами решение первой из указанных задач не совсем верно. Мне кажется, что без сложных вычислений можно получить следующее:
Известно, что скорости всех частиц газов были равны 500 м/с, а общая масса газов равна 2 кг, следовательно, внутренняя энергия, которая является суммой кинетических энергий молекул газа, будет равна U=[2 кг*(500 м/с) в квадрате]/2=2,5*10 в 5-ой степени Дж.
Или я не прав?

Записан

Известно, что скорости всех частиц газов были равны 500 м/с, а общая масса газов равна 2 кг, следовательно, внутренняя энергия, которая является суммой кинетических энергий молекул газа, будет равна U=[2 кг*(500 м/с) в квадрате]/2=2,5*10 в 5-ой степени Дж.
Или я не прав?

Это полная энергия системы (в этом смысле Вы правы), но…
по условию тебовалось найти внутренюю энергию газа в 1-й части сосуда и во 2-й части.
Полная энергия и разделится пропорционально количеству вещества.

Записан

Так в первой задаче и требуется найти полную энергию… 

Записан

Читайте внимательно решение. Перегородка пропускает только гелий!

После установления равновесия в системе гелий равномерно распределится по всему объёму сосуда. В результате в той части сосуда, где первоначально находился аргон, окажется смесь гелия и аргона,
В другой части сосуда останется только гелий

Записан

Источник

Задача 26. Теплоизолированный сосуд объемом V = 2 м3 разделен пористой перегородкой на две равные части. В начальный момент в одной части сосуда находится m = 1 кг гелия, а в другой – m = 1 кг аргона, а средняя квадратичная скорость атомов аргона и гелия одинакова и составляет 1000 м/с. Атомы гелия могут свободно проникать через поры в перегородке, а атомы аргона – нет. Определите температуру гелий-аргоновой смеси после установления равновесия в системе.

Читайте также:  Слабый приток крови к сосудам

Основные элементы решения

1. После установления равновесия в системе температура обеих частей сосуда станет одинаковой и равной Т, а гелий равномерно распределится по всему сосуду.

2. Температура в сосуде определяется из закона сохранения энергии:

ε = 2= (νHe + νAr) RT, где νHe = и νAr= – число молей гелия и аргона.

Отсюда Т = 2

3. Подставляя числовые данные, получим: Т = 292 К.

Задача 27. Сосуд объемом V = 2 м3 разделен пористой перегородкой на две равные части. В начальный момент в одной части сосуда находится m = 1 кг гелия, а в другой m = 1 кг аргона. Начальная температура гелия равна температуре аргона Т = 300 К. Атомы гелия могут свободно проникать через перегородку, а атомы аргона – нет. Определите внутреннюю энергию газа, оставшегося в той части сосуда, где первоначально находился гелий, после установления равновесия в системе.

Теплоизолированный сосуд обьемом 2Ответ: ε = ν1RT=mRT= 467 кДж.

Задача 28. Один моль аргона совершает процесс 1 -2-3. На участке 2 – 3 к газу подводят 300 Дж теплоты (см. рисунок). Т0 = 10 К. Найдите отношение работы, совершаемой газом в ходе всего процесса А123, к соответствующему полному количеству подведенной к нему теплоты Q123.

Основные элементы решения

1. Запишите формулу расчета работы, совершаемой в ходе всего
процесса : А123 = А12 + А2з. 2. Запишите формулу расчета работы AJ2 = νRΔT12 или с учетом того, что ΔT12 = 2Т0 А12 = 2νRT0. Запишите первый закон термодинамики для участка 2-3 Q23 = ΔU23 + А23. Учтите, что в изотермическом процессе ΔU23= 0. Тогда Q23 = А23 и А123 = 2νRT0 + Q23. Запишите первый закон термодинамики для участка 1-2 Q12 = ΔU12 + A12. Запишите формулу расчета изменения внутренней энергии ΔU12 = νR ΔT12 или с учетом того, что ΔT12 = 2Т0: ΔU12= 3νRT0. 6. После преобразований Q12= 5νRT0, Q123 = 5νRT0 + Q23 искомое отношение равно = 0,65.

Задача 29. Один моль идеального одноатомного газа сначала нагрели, а затем охладили до первоначальной температуры 300 К, уменьшив давление в 3 раза (см. рисунок). Какое количество теплоты сообщено газу на участке 1 -2?

Ответ: 5νRT=12,5 кДж

Теплоизолированный сосуд обьемом 2Задача 30. Один моль идеального одноатомного газа сначала изотермически расширился (T1= 300 К). Затем газ охладили, понизив давление в 3 раза (см. рисунок). Какое количество теплоты отдал газ на участке 2-3?

Основные элементы решения

1. Запишите первый закон термодинамики ΔU = Q + Авн. с.
Учтите, что на участке 2-3 : А2з = 0. Тогда Q23 = ΔU23.

2. Запишите формулу расчета изменения внутренней энергии: ΔU23 = νR(Тз – Т2). Учтите, что Т2 = Т1.

Теплоизолированный сосуд обьемом 2Теплоизолированный сосуд обьемом 23. Примените закон Шарля для состояний 2 и 3: = и получите соотношение Т3 = . 4. Подставив полученное значение Т3 в формулу ΔU23 = νR(Тз – Т2)= Q23, сделайте расчет количества теплоты: Q23 = -νRT1= 2,5 кДж.

Задача 31. Один моль идеального одноатомного газа сначала изотермически расширился (T1 = 300 К). Затем газ изобарно нагрели, повысив температуру в 1,5 раза (см. рисунок). Какое количество теплоты получил газ на участке 2-3?

Основные элементы решения

1. Запишите первый закон термодинамики для изобарного расширения: Q23 = ΔU23 + А23. 2. Запишите формулы расчета изменения внутренней энергии и работы газа:

ΔU23 = νR(T3 – Т2). А23 = νR(T3 – Т2). Учтите, что Т2 = Т1 и Т3 = 1,5Т2.

3. Проведите преобразования и получите формулу расчета количества теплоты и его числовое значение: Q23 = 1,25 νRT1 = 3,1 кДж.

Задача 32. 1 моль идеального одноатомного газа сначала изотермически сжали (T1=300 К). Затем газ нагрели, повысив давление в 3 раза (см. рисунок). Какое количество теплоты получил газ на участке 2-3?

Ответ: Q23 = 3νRT1= 7,5 кДж.

Задача 33. Один моль гелия совершает цикл, изображенный на pV-диаграмме (см. рисунок). Участок 1-2—адиабата, 2-3 — изотерма, 3-1 — изобара. Работа, совершенная над газом за цикл, равна А. На участке 2-3 газ отдает количество теплоты Q. Какова разность температур между состояниями 1 и 2?

Основные элементы решения

1. Запишите выражение для работы газа за цикл:

Теплоизолированный сосуд обьемом 2А = A12 + А23 + A31 или работы гелия при изотермическом процессе А23 = А – A12 – А31

2. Запишите, что работа:

при адиабатном процессе равна A12= ΔU= νRΔT;

при изотермическом процессе равна А23 = – Q;

при изобарном процессе равна A31 = νRΔT.

3. Подставив все полученные значения работы на отдельных участках в формулу работы газа за цикл, получите – Q =А- νRΔT – νRΔT , откуда выразите ΔT и запишите правильный ответ: ΔT =.

Теплоизолированный сосуд обьемом 2Задача 34. Состояние одноатомного идеального газа изменяется по двум циклам: 1421 и 1231, представленным рисунком на pV-диаграмме. Чему равно отношение КПД тепловых двигателей , основанных на использовании этих циклов?

Основные элементы решения

1. Запишите формулы для вычисления КПД циклов, вычисления работы А газа за цикл и количества теплоты Q1 полученной от нагревателя за цикл:

, A1== p1V1; Q1= ΔU12 + A42. , A2== p1V1; Q2= ΔU12 + A12.

Теплоизолированный сосуд обьемом 2Следовательно, =.

Задача 35. Состояние одноатомного идеального газа изменяется по двум циклам: 1421 и 1231, представленным рисунком на рV-диаграмме. Чему равно отношение КПД тепловых двигателей основанных на использовании этих циклов? Ответ:

Читайте также:  Сельдерей лимон чистка сосудов

Задача 36. Состояние идеального газа изменяется по замкнутому циклу. Из состояния 1 с температурой Т1 = 1900 К газ, адиабатно расширяясь, переходит в состояние 2 с температурой Т2 = 1260 К. Из состояния 2 газ переходит в состояние 3 с температурой Т3 = 360 К путем изохорного охлаждения. Из состояния 3 газ переводят в состояние 4 с температурой Т4 = 540 К путем адиабатного сжатия, из состояния 4 -в состояние 1 путем изохорного нагревания. Вычислите КПД для этого цикла. Ответ: η ≈ 0,34

Задача 37. В сосуде с небольшой трещиной находится одноатомный идеальный газ. В опыте давление газа и его объем уменьшились втрое. Во сколько раз изменилась внутренняя энергия газа в сосуде?

Основные элементы решения

1. Запишите уравнение Клапейрона – Менделеева для двух состояний: p1V1 = ν1RT и p2V2 = ν2RT. 2. Запишите, что внутренняя энергия идеального газа прямо пропорциональна количеству вещества и абсолютной температуре U ~ νT. 3. Проведите анализ этих выражений с учетом условия задачи и получите правильный ответ: .

Теплоизолированный сосуд обьемом 2

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:

1 2 3 4

Источник

1. Так как сосуд теплоизолирован и начальные температуры газов одинаковы, то после установления равновесия температура в сосуде будет равна первоначальной, а гелий равномерно распределится по всему сосуду. После установления равновесия в системе в каждой части сосуда окажется по моль гелия: В результате в сосуде с аргоном окажется моль смеси:

2. Внутренняя энергия одноатомного идеального газа пропорциональна температуре и количеству молей:

3. Запишем условие термодинамического равновесия:

4.

Ответ:

Порядок назначения третьего эксперта

В соответствии с Порядком проведения государственной итоговой
аттестации по образовательным программам среднего общего образования
(приказ Минобрнауки России от
зарегистрирован
Минюстом России
)

« По результатам первой
и второй проверок эксперты независимо
друг от друга выставляют баллы за каждый ответ на задания
экзаменационной работы ЕГЭ с развёрнутым ответом…

В случае существенного расхождения в баллах, выставленных
двумя экспертами, назначается третья проверка. Существенное расхождение
в баллах определено в критериях оценивания по соответствующему
учебному предмету.

Эксперту, осуществляющему третью проверку, предоставляется
информация о баллах, выставленных экспертами, ранее проверявшими
экзаменационную работу».

Если расхождение составляет
и более балла за выполнение задания, то третий эксперт проверяет ответы только на то задание, которое
вызвало столь существенное расхождение.

Критерии оценки

3 баллаПриведено полное решение, включающее следующие элементы:
I. записаны положения теории и физические законы, закономерности, применение которых необходимо для решения задачи выбранным способом (в данном случае: формула для внутренней энергии одноатомного идеального газа, условие
термодинамического равновесия);
II. описаны все вновь вводимые в решении буквенные обозначения физических величин (за исключением обозначений констант, указанных в варианте КИМ, обозначений, используемых в условии задачи, и стандартных обозначений величин, используемых при написании физических законов);
III. проведены необходимые математические преобразования и расчёты, приводящие к правильному числовому ответу (допускается решение «по частям» с промежуточными вычислениями);
IV. представлен правильный ответ

2 баллаПравильно записаны все необходимые положения теории, физические законы, закономерности, и проведены необходимые преобразования. Но имеются один или несколько из следующих недостатков.

Записи, соответствующие пункту II, представлены не в полном объёме или отсутствуют.
И (ИЛИ)
В решении имеются лишние записи, не входящие в решение (возможно, неверные), которые не отделены от решения (не зачёркнуты; не заключены в скобки, рамку и т.п.).
И (ИЛИ)
В необходимых математических преобразованиях или вычислениях допущены ошибки, и (или) в математических преобразованиях/вычислениях пропущены логически важные шаги.
И (ИЛИ)
Отсутствует пункт IV, или в нём допущена ошибка (в том числе в
записи единиц измерения величины)

1 баллПредставлены записи, соответствующие одному из следующих случаев.
Представлены только положения и формулы, выражающие физические законы, применение которых необходимо для решения данной задачи, без каких-либо преобразований с их использованием, направленных на решение задачи.
ИЛИ
В решении отсутствует ОДНА из исходных формул, необходимая
для решения данной задачи (или утверждение, лежащее в основе
решения), но присутствуют логически верные преобразования с
имеющимися формулами, направленные на решение задачи.
ИЛИ

В ОДНОЙ из исходных формул, необходимых для решения
данной задачи (или в утверждении, лежащем в основе решения),
допущена ошибка, но присутствуют логически верные
преобразования с имеющимися формулами, направленные на
решение задачи

0 балловВсе случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным
критериям выставления оценок в балла

Источник

Задача по физике – 11898

Вероятность того, что молекула, пройдя без столкновения путь $x$, испытывает соударение на отрезке $x + dx$, равна $w(x) = Ae^{ – frac{x}{ lambda} } dx$ (где $A$ – постоянный коэффициент, $lambda$ – средняя длина свободного пробега). Определите относительное число молекул, длина свободного пробега которых меньше $0,5 lambda$.


Подробнее

Задача по физике – 11899

С помощью окулярного микрометра ведут наблюдение за изменением размера капли воды, находящейся достаточно большой промежуток времени в комнате при температуре $20^{ circ} С$. Вначале радиус капли был равен $r_{1} = 1,48 cdot 10^{-3} м$; через промежуток времени $tau = 25 мин$ он стал $r_{2} = 1,31 cdot 10^{-3} м$. Определите: а) плотность паров воды на расстоянии $2r_{1}$ от центра капли; 6) коэффициент диффузии молекул воды в воздухе.


Подробнее

Задача по физике – 11900

Цилиндрический сосуд с двойными стенками наполнен льдом. Радиус внешней стенки $r_{2} = 5 см$, внутренней $r_{1} = 4 см$, высота сосуда $H = 20 см$. Давление воздуха, находящегося между стенками до заполнения сосуда льдом, $p = 1,3 cdot 10^{-2} Па$. Температура окружающего воздуха $T_{2} = 293 К$.

Определите время, в течение которого в сосуде растает $m = 100 г$ льда.


Подробнее

Задача по физике – 11901

Сужающийся вверх конический капилляр (рис.) в нижней части имеет внутренний радиус $r_{0}$ и угол при вершине $2 alpha$. Этот капилляр располагают вертикально и опускают на ничтожную глубину в смачивающую жидкость. Определите: а) высоту поднятия жидкости в капилляре при наличии устойчивого равновесия; б) плотность жидкости, для которой имеется одно положение равновесия.

Теплоизолированный сосуд обьемом 2


Подробнее

Задача по физике – 11902

Капля ртути массой $m = 1,36 г$ введена между горизонтальными параллельными стеклянными пластинками. Какую силу $F$ следует приложить для того, чтобы расплющить каплю до толщины $h = 0,1 мм$? Считайте, что ртуть абсолютно не смачивает стекло.


Подробнее

Задача по физике – 11903

В сосуде под высоким давлением длительное время находился кусок льда. Давление в сосуде понизили на $Delta p = 10^{5} Па$. Как после этого понизится давление насыщенного водяного пара, если температура поддерживается постоянной и равной $t = -23^{ circ} С$. Удельный объем льда $V_{1} = 1,1 см^{3} cdot г^{-1}$. Сжимаемостью льда пренебрегите.


Подробнее

Задача по физике – 11904

Определите удельную теплоту испарения воды при $t = 200^{ circ} С$, пользуясь первым началом термодинамики и параметрами воды в критическом состоянии ($T_{кр} = 647 К, p_{кр} = 217 cdot 10^{5} Па$). Какая часть найденной энергии идет на работу против внешних сил? Изменение плотности воды с изменением температуры не учитывайте.


Подробнее

Задача по физике – 11905

Сколько молекул $NaCl$ входит в элементарную ячейку кристалла поваренной соли?


Подробнее

Задача по физике – 11906

С идеальным одноатомным газом проводят замкнутый процесс (цикл) показанный на рисунке. В точке С газ имел объем $V_{C}$ и давление $p_{C}$, а в точке В – объем $V_{B} = 1/2V_{C}$ и давление $p_{B} = 2p_{C}$. Найдите к.п.д. этого цикла и сравните его с максимальным теоретическим к.п.д. цикла, у которого температуры нагревателя и холодильника равны соответственно максимальной и минимальной температурам рассматриваемого цикла.

Теплоизолированный сосуд обьемом 2


Подробнее

Задача по физике – 11907

От сползающего в океан по крутому склону ледника на глубине 1 км откалывается глыба льда – айсберг (его высота меньше 1 км). Какая часть айсберга может расплавиться при всплывании? Температуры льда и воды равны $0^{ circ} С$.


Подробнее

Задача по физике – 11913

В вертикальном цилиндре имеется $n$ молей идеального одноатомного газа. Цилиндр закрыт сверху поршнем массы $M$ и площади $S$. Вначале поршень удерживался неподвижным, газ в цилиндре занимает объем $V_{0}$ и имел температуру $T_{0}$. Затем поршень освободили, и после нескольких колебаний он пришел в состояние покоя. Пренебрегая в расчетах, всеми силами трения, а также теплоемкостью поршня и цилиндра, найти температуру и объем газа при новом положении поршня

Вся система теплоизолирована. Атмосферное давление равно $p_{a}$.


Подробнее

Задача по физике – 11920

Взрывная камера заполняется смесью метана и кислорода при комнатной температуре и давлении $p_{0} = 760$ мм pт. cт. Парциальные давления метана и кислорода одинаковы. После, герметизации камеры в ней происходит взрыв. Найти установившееся давление внутри камеры после охлаждения продуктов сгорания до первоначальной температуры, при которой давление насыщенных паров воды $p_{н} = 17$ мм pт.cт.


Подробнее

Задача по физике – 11921

Маленькая капля воды падает в воздухе с постоянной скоростью благодаря тому, что на нее со стороны воздуха действует сила трения, вызванная столкновениями молекул воздуха с каплей. Как изменится скорость падения капли при увеличении температуры воздуха?

Испарением капли пренебречь.


Подробнее

Задача по физике – 11929

Теплоизолированный сосуд объемом $2V$ разделен пополам тонкой перегородкой. В одной половине сосуда находится одноатомный газ с температурой $T_{1}$ и давлением $p_{1}$, в другой половине – другой одноатомный газ с давлением $p_{2}$ и температурой $T_{2}$. Найти установившуюся температуру смеси газов после того, как убрали перегородку.


Подробнее

Задача по физике – 11950

Для определения отношения теплоемкостей газа при постоянном объеме и при постоянной давлении иногда применяется следующий метод. Определенное количество газа, начальная температура, объем и давление которого равны соответственно $T_{0}, V_{0}$ и $p_{0}$, нагревается платиновой проволокой, через которую в течение определенного времени проходит электрический ток, один раз при постоянном объеме $V_{0}$, причем газ достигает давления $p_{1}$, другой раз при постоянном давлении $p_{0}$, причем объем газа становится равным $V_{1}$. Показать, что $frac{c_{p} }{c_{V} } = frac{(p_{1} – p_{0} )V_{0} }{(V_{1} – V_{0} )p_{0} }$.


Подробнее

Источник

Читайте также:  Лопнутый сосуд в носу