В цилиндрическом сосуде под поршнем с площадью основания
Задача по физике – 12810
В высоком цилиндрическом сосуде с площадью основания $S =20 см^{2}$ под легким поршнем находится $m = 9 г$ воды (рис.). Воду начинают нагревать с помощью нагревателя, мощность которого $P = 100 Вт$. Нарисуйте график зависимости вертикальной координаты поршня от времени и найдите максимальную скорость поршня. Воздуха под поршнем нет, стенки и поршень тепла не проводят. Атмосферное давление $p_{0} = 1 атм$, удельная теплоемкость воды $c = 4200 Дж/(кг cdot К)$, удельная теплота парообразования $r = 2,26 cdot 10^{6} Дж/кг$.
Подробнее
Задача по физике – 12811
Одна из стенок сосуда, содержащего разреженный гелий, устроена не так, как остальные – при ударе о нее молекулы отскакивают с той же энергией, но перпендикулярно стенке. Во сколько раз отличаются концентрации молекул непосредственно около этой стенки и около других?
Подробнее
Задача по физике – 12820
В вертикальном цилиндрическом сосуде объемом $V$ под легким подвижным поршнем содержится некоторое количество гелия при температуре $T_{0}$ (см. рисунок). Наружное атмосферное давление равно $p_{0}$, поршень находится в равновесии и делит сосуд пополам. Газ медленно нагревают, увеличивая его температуру до $3T_{0}$. Сверху сделан упор, который не дает поршню выскочить из сосуда. Какое количество теплоты получил газ при нагревании?
Подробнее
Задача по физике – 12821
С двумя молями кислорода совершают циклический процесс. Сначала газ нагревают на 0,1 К, сообщив ему при этом количество теплоты $Q = 1000 Дж$, потом дают возможность охладиться на 100 К без теплообмена с окружающей средой, затем газ сжимают, совершив над ним работу $A = 700 Дж$, газ при этом нагревается на 0,1 К, и, наконец, сжимают до начального объема $V = 100 л$ без теплообмена с окружающей средой. Все процессы проводят медленно. Найдите начальную температуру и начальное давление газа.
Подробнее
Задача по физике – 12822
В лаборатории работает криостат – установка для поддержания в рабочей камере очень низкой температуры. В описываемом случае эта температура составляет всего $3 cdot 10^{-6} К$, и установка при работе потребляет от электросети мощность 10 кВт. Мощность установки можно еще увеличить на 10&37;. Теоретики, толпой обступившие установку, начинают громко спорить о том, является ли эта установка идеальной тепловой машиной (работающей по обращенному циклу) или не является. При этом уровень шума (мощность звуковых волн, падающих на единицу площади поверхности) достигает величины 1/10000 $Вт/м^{2}$. Хватит ли запаса мощности установки, чтобы поддерживать и в этих условиях нужную температуру в рабочей камере? Полная площадь наружных стенок криостата составляет $0,5 м^{2}$. Считайте, что практически вся энергия звуковых волн поглощается при падении на наружную поверхность криостата и рассеивается внутри холодной камеры.
Подробнее
Задача по физике – 12823
Полупроводниковый терморезистор нагревают протекающим через него постоянным по величине током. Сопротивление терморезистора можно считать обратно пропорциональным его абсолютной температуре : $R = frac{A}{T}$. От начальной температуры 300 К до 310 К терморезистор нагрелся за 10 секунд. Через какое время он нагреется до 350 К? Теплообменом с окружающей средой пренебречь.
Подробнее
Задача по физике – 12828
Спутник движется вокруг Земли на высоте нескольких десятков километров. Когда начали наблюдение за ним, высота спутника за один оборот уменьшалась на 1 метр. Оцените число оборотов спутника до падения его на Землю. Землю считайте совершенно круглой, а температуру и газовый состав атмосферы – неизменными на всех высотах.
Подробнее
Задача по физике – 12829
Капля воды радиусом 2 мм находится в невесомости. Оцените частоту собственных колебаний капли. Плотность воды $1 г/см^{3}$, коэффициент поверхностного натяжения 0,07 Н/м.
Подробнее
Задача по физике – 12836
Сосуд Дьюара содержит жидкий гелий-4. Из-за несовершенства теплоизоляции снаружи в дьюар “натекает” тепло – его мощность $N = 30 мкВт$. Для поддержания температуры гелия постоянной производится непрерывная откачка паров насосом, присоединенным к сосуду широкой трубкой длиной $l = 1 м$. Температура паров на выходе трубки (у входного отверстия насоса) практически комнатная. Сколько литров пара в минуту должен откачивать насос, чтобы поддерживать в сосуде температуру $T_{1} = 1 К$? По сколько раз нужно повысить производительность насоса. чтобы поддерживать температуру $T_{2} = 0,5 К$? Давление насыщенных паров гелия при 1 К составляет $p_{1} = 16 Па$, при 0,5 К – $p_{2} = 2,2 cdot 10^{-3} Па$. Теплота испарения гелия $r = 92 Дж/моль$, диаметр молекулы гелия $d = 2 cdot 10^{-10} м$, масса 1 моля гелия $M = 4 г/моль$.
Подробнее
Задача по физике – 12837
Вертикальный теплоизолированный сосуд закрыт тяжелым подвижным поршнем массой $M$. На поршень сверху помещена гиря массой $m$, под поршнем находится некоторое количество кислорода при температуре $T_{0}$. Гирю снимают и ожидают некоторое время – пока поршень полностью не остановится. После этого ее аккуратно ставят на поршень. Найдите высоту, на которой поршень окончательно остановится. Начальное положение равновесия поршня с гирей находится на высоте $H$ над дном сосуда. Поршень движется без трения, теплоемкостью поршня и стенок пренебречь, наружное давление не учитывать.
Подробнее
Задача по физике – 12846
Тонкостенный сосуд кубической формы помещен в разреженный газ с концентрацией молекул $n_{0}$. В сосуде сделали маленькую дырку, срезав вершину угла так, что дырка примет форму правильного треугольника. Какая концентрация молекул установится в сосуде? Рассмотрите случаи очень хорошей и очень плохой теплопроводности стенок.
Подробнее
Задача по физике – 12855
Сосуд с разреженным гелием разделен на две равные части легким подвижным поршнем. Газ в одной половине сосуда начинают нагревать, поддерживая температуру газа в другой части сосуда неизменной. Какое количество теплоты нужно сообщить газу в нагреваемой части сосуда, чтобы его температура возросла на небольшую величину $Delta T$? Всего в сосуде содержится $nu$ молей газа.
Подробнее
Задача по физике – 12861
Планета З очень похожа на Землю, но на последних выборах во Всемирный парламент там победили антиэкологисты, которые немедленно построили па всей поверхности планеты (включая моря и океаны) атомные электростанции для нагрева атмосферы. На один квадратный метр поверхности приходится мощность 1000 Вт. Через какое время после начала нагрева температура атмосферы увеличится на 1 градус? Считайте, что сама планета не нагревается, а мощность излучения в космос остается неизменной.
Подробнее
Задача по физике – 12865
В хорошо откачанный сосуд под поршень ввели некоторое количество воды и начали медленно уменьшать объем сосуда, поддерживая постоянную температуру. В таблице приведены давления для нескольких значений объема: Какая температура поддерживалась в этом опыте? При каком значении объема давление внутри сосуда начнет резко возрастать?
Подробнее
Задача по физике – 12870
Один моль идеального одноатомного газа расширяется от начального объема 20 литров до конечного 200 литров. Давления в сосуде при различных значениях объема газа таковы. Получает газ тепло или отдает на участке расширения от 40 до 80 литров? Нагревается или охлаждается газ на участке расширения от 140 до 180 литров? Найдите отношение теплоемкостей газа на этих двух участках процесса.
Подробнее
Источник
С одноатомным идеальном газом проводят циклический процесс, показанный на рисунке. За цикл газ совершает работу Aц = 5 кДж. Какое количество теплоты газ получает за цикл от нагревателя? Количество вещества газа в ходе процесса остаётся неизменным.
Одноатомный идеальный газ в количестве 10 моль сначала охладили, уменьшив давление в 3 раза, а затем нагрели до первоначальной температуры 300 К (см. рисунок). Какое количество теплоты получил газ на участке 2-3?
Задача 17
Давление насыщенного водяного пара при температуре 40 °С приблизительно равно 6 кПа. Каково парциальное давление водяного пара
в комнате при этой температуре при относительной влажности 30%?
Дано
Pн=6 кПа ф=30% P- ?
Ф=P*100%/Pн
P=Pн*30%/100%=6*0,3=1,8 кПа
Ответ P=1,8кПа
Задача 18
Для определения удельной теплоты плавления в сосуд с водой массой 300 г и температурой 20°С стали бросать кусочки тающего льда при непрерывном помешивании. К моменту времени, когда
лед перестал таять, масса воды увеличилась на 84 г. Определите по данным опыта удельную теплоту плавления льда. Ответ выразите в кДж/кг.
Уравнения количества теплоты Q(воды)=c(воды)*m(воды)*на дельта t и Q(льда)=лямбда(удельная теплота плав. льда)*m(льда). Приравниваем их получаем 4200*0.3*20=Лямбда*0.084, выражаешь лямбда=4200*0.3*20/0.084=300000=300кДж
Задача 19
В одном сосуде находится аргон, а в другом – неон. Средние кинетические энергии теплового движения молекул газов одинаковы. Давление аргона в 2 раза больше давления неона. Чему равно отношение концентрации молекул аргона к концентрации молекул неона?
Температура – это мера средней кинетической энергии молекул идеального газа а значит, оба газа находятся при одинаковой температуре. Основное уравнение МКТ связывает макроскопические параметры (давление, объём, температура) термодинамической системы с микроскопическими (масса молекул, средняя скорость их движения) где – концентрация молекул газа.
Тогда отношение концентрации молекул аргона к концентрации молекул неона принимает значение:
Задача 20
В горизонтально расположенной трубке постоянного сечения, запаянной с одного конца, помещен столбик ртути длиной d = 15 см, который отделяет воздух в трубке от атмосферы. Трубку расположили вертикально запаянным концом вниз и нагрели на = 60 К. При этом объем, занимаемый воздухом, не изменился. Атмосферное давление = 750 мм рт.ст. Определите температуру воздуха в лаборатории.
Условие равновесия столбика ртути определяет давление воздуха в вертикальной трубке: , где – атмосферное давление. Здесь Н = 750 мм, – плотность ртути.
Поскольку нагрев воздуха в трубке происходит до температуры и объем, занимаемый воздухом, не изменился, то, согласно уравнению Клапейрона-Менделеева:
Окончательно получаем:К.
Задача 21
В запаянной с одного конца длинной горизонтальной стеклянной трубке постоянного сечения (см. рисунок) находится столбик воздуха длиной l1 = 30,7 см, запертый столбиком ртути. Если трубку поставить вертикально отверстием вверх, то длина воздушного столбика под ртутью будет равна l2 = 23,8 см. Какова длина ртутного столбика? Атмосферное давление 747 мм рт. ст. Температуру воздуха в трубке считать постоянной.
1. Когда трубка расположена горизонтально, объём воздуха и его давление равны, соответственно: , где S – площадь сечения трубки; , что вытекает из условия равновесия столбика ртути.
2. Когда трубка расположена вертикально отверстием вверх, объём закрытой части трубки и давление воздуха в ней равны, соответственно:
,
где ρ – плотность ртути.
3. Так как T = const, получаем: . , откуда (с учетом того, что 750 мм рт. ст. = 100 000 Па):
м
Задача 22
В горизонтальном цилиндре с гладкими стенками под массивным поршнем с площадью S находится одноатомный идеальный газ. Поршень соединён с основанием цилиндра пружиной. В начальном состоянии расстояние между поршнем и основанием цилиндра равно L, а давление газа в цилиндре равно внешнему атмосферному давлению p0 (см. рисунок).
Затем газу было передано количество теплоты Q, и в результате поршень медленно переместился вправо на расстояние b. Чему равна жёсткость пружины k?
Тепло, переданное газу, идёт на изменение его внутренней энергии и на совершением им работы:
В начальном состоянии давление и объём газа равны и в конечном состоянии – и Используя уравнение Менделеева – Клапейрона для изменения внутренней энергии получаем:
Чтобы рассчитать работу, заметим, что в каждый момент времени, когда поршень сдвинут на от начального положения давление равно т. е. давление линейно зависит от объёма. Значит, на pV-диаграмме процесс расширения будет изображён отрезком прямой, а фигура под графиком будет являться трапецией, площадь которой равна
Заметим, что этот результат можно получить, посчитав работу газа как минус сумму работ пружины и внешней атмосферы
В итоге
Источник