В сосуде объемом находится кислород при температуре

Подробности

«Физика – 10 класс»

При решении задач по данной теме надо чётко представлять себе начальное состояние системы и какой процесс переводит её в конечное состояние.
Одна из типичных задач на использование уравнения состояния идеального газа: требуется определить параметры системы в конечном состоянии по известным макроскопическим параметрам в её начальном состоянии.

Задача1.

Воздух состоит из смеси газов (азота, кислорода и т. д.).
Плотность воздуха ρ0 при нормальных условиях (температура t0 = 0 °С и атмосферное давление р0 = 101 325 Па) равна 1,29 кг/м3.
Определите среднюю (эффективную) молярную массу М воздуха.

Р е ш е н и е.

Уравнение состояния идеального газа при нормальных условиях имеет вид
Здесь R = 8,31 Дж/(моль • К) и Т0 = 0 °С + 273 °С = 273 К, М — эффективная молярная масса воздуха.
Эффективная молярная масса смеси газов — это молярная масса такого воображаемого газа, который в том же объёме и при той же температуре оказывает на стенки сосуда то же давление, что и смесь газов, в данном случае воздух.
Отсюда

Задача2.

Определите температуру кислорода массой 64 г, находящегося в сосуде объёмом 1 л при давлении 5 • 106 Па.
Молярная масса кислорода М = 0,032 кг/моль.

Р е ш е н и е.

Согласно уравнению Менделеева—Клапейрона

Отсюда температура кислорода

Задача3.

Определите плотность азота при температуре 300 К и давлении 2 атм.
Молярная масса азота М = 0,028 кг/моль.

Р е ш е н и е.

Запишем уравнение Менделеева—Клапейрона:

Разделив на объём левую и правую части равенства, получим

Задача4.

Определите, на сколько масса воздуха в комнате объёмом 60 м3 зимой при температуре 290 К больше, чем летом при температуре 27 °С.
Давление зимой и летом равно 105 Па.

Р е ш е н и е.

Запишем уравнение Менделеева—Клапейрона:

Из этого уравнения выразим массу газа: где T принимает значения Т1 и Т2 — температуры воздуха зимой и летом.
Молярная масса воздуха М = 0,029 кг/моль. Температура воздуха летом Т2 = 27 °С + 273 °С = 300 К.

Таким образом,

Источник: «Физика – 10 класс», 2014, учебник Мякишев, Буховцев, Сотский

Основные положения МКТ. Тепловые явления – Физика, учебник для 10 класса – Класс!ная физика

Почему тепловые явления изучаются в молекулярной физике —
Основные положения молекулярно-кинетической теории. Размеры молекул —
Примеры решения задач по теме «Основные положения МКТ» —
Броуновское движение —
Силы взаимодействия молекул. Строение газообразных, жидких и твёрдых тел —
Идеальный газ в МКТ. Среднее значение квадрата скорости молекул —
Основное уравнение молекулярно-кинетической теории газов —
Примеры решения задач по теме «Основное уравнение молекулярно-кинетической теории» —
Температура и тепловое равновесие —
Определение температуры. Энергия теплового движения молекул —
Абсолютная температура. Температура — мера средней кинетической энергии молекул —
Измерение скоростей молекул газа —
Примеры решения задач по теме «Энергия теплового движения молекул» —
Уравнение состояния идеального газа —
Примеры решения задач по теме «Уравнение состояния идеального газа» —
Газовые законы —
Примеры решения задач по теме «Газовые законы» —
Примеры решения задач по теме «Определение параметров газа по графикам изопроцессов»

Источник

В
условиях задач этого раздела температура задается в градусах Цельсия.
При проведении числовых расчетов необходимо перевести температуру в
градусы Кельвина, исходя из того, что 0° С = 273° К. Кроме того,
необходимо также представить все остальные величины в единицах системы
СИ. Так, например, 1л = 10-3 м3; 1м3 = 106 см3 = 109 мм3.Если
в задаче приведена графическая зависимость нескольких величин от
какой-либо одной и при этом все кривые изображены на одном графике, то
по оси у задаются условные единицы. При решении задач используются данные таблиц 3,6 и таблиц 9—11 из приложения.

5.1. Какую температуру T имеет масса m = 2 г азота, занимающего объем V = 820 см3 при давлении p = 0,2 МПа?

5.2. Какой объем V занимает масса m = 10г кислорода при давлении р = 100 кПа и температуре t = 20° С?

5.3. Баллон объемом V = 12 л наполнен азотом при давлении p = 8,1МПа и температуре t = 17° С. Какая масса m азота находится в баллоне?

5.4. Давление воздуха внутри плотно закупоренной бутылки при температуре t1=7C было p1= 100 кПа. При нагревании бутылки пробка вылетела. До какой температуры t2нагрели бутылку, если известно, что пробка вылетела при давлении воздуха в бутылке p = 130 кПа?

5.5. Каким должен быть наименьшей объем V баллона, вмещающего массу m = 6,4 кг кислорода, если его стенки при температуре t = 20° С выдерживают давление p = 15,7 МПа?

5.7. Найти массу m сернистого газа (S02), занимающего

объем V = 25 л при температуре t=27С и давлении p = 100 кПа.

5.6. В баллоне находилась масса m1= 10 кг газа при давлении p1 = 10 МПа. Какую массу Am газа взяли из баллона, если давление стало равным p2= 2,5 МПа? Температуру газа считать постоянной.

5.8. Найти массу m воздуха, заполняющего аудиторию высотой h = 5 м и площадью пола S = 200 м2. Давление воздуха p = 100кПа, температура помещения t = 17° С. Молярная масса воздуха u = 0,029 кг/моль.

5.9. Во сколько раз плотность воздуха p1, заполняющего помещение зимой (t1 =7°С), больше его плотности p2летом (t2=37° С)? Давление газа считать постоянным.

5.10. Начертить изотермы массы m = 0,5 г водорода для температур: а) t1 = 0° С; б) t2 = 100° С.

5.11. Начертить изотермы массы m = 15,5г кислорода для температур: a) t1 = 39° С; б) t2 =180° С.

5.12. Какое количество v газа находится в баллоне объемом V = 10 м3 при давлении p =96 кПа и температуре t = 17° С?

5.13. Массу m =5 г азота, находящегося, в закрытом сосуде объемом V = 4 л при температуре t1 = 20° С, нагревают до температуры t2 = 40° С. Найти давление p1 и p2газа до и после нагревания.

5.14. Посередине откачанного и запаянного с обеих концов капилляра,
расположенного горизонтально, находится столбик ртути длиной l = 20 см.
Если капилляр поставить вертикально, то столбик ртути переместится на dl
= 10 см. До какого давления p0был откачан капилляр? Длина капилляра L –1 м.

5.15. Общеизвестен шуточный вопрос: «Что тяжелее: тонна свинца или
тонна пробки?» На сколько истинный вес пробки, которая в воздухе весит
9,8кН, больше истинного веса свинца, который в воздухе весит также
9,8кН? Температура воздуха t = 17° С, давление p = 100кПа.

5.16. Каков должен быть вес p оболочки детского воздушного шарика, наполненного водородом, чтобы результирующая подъемная сила шарика F =
0 , т.е. чтобы шарик находился во взвешенном состоянии? Воздух и
водород находится при нормальных условиях. Давление внутри шарика равно
внешнему давлению. Радиус шарика r = 12,5 см.

5.17. При температуре t = 50° С давление насыщенного водяного пара p = 12,3 кПа. Найти плотность p водяного пара.

5.18. Найти плотность p водорода при температуре t = 10° С и давлении p = 97,3 кПа.

5.19. Некоторый газ при температуре t = 10° С и давлении p = 200 кПа имеет плотность p = 0,34 кг/м3. Найти молярную массу u газа.

5.20. Сосуд откачан до давления p = 1,33 • 10-9 Па; температура воздуха t = 15° С. Найти плотность p воздуха в сосуде.

5.21. Масса m = 12 г газа занимает объем V = 4 л при температуре t1 = 7° С. После нагревания газа при постоянном давлении его плотность стала равной p = 0,6 кг/м3. До какой температуры г, нагрели газ?

5.22. Масса m = 10г кислорода находится при давлении p = 304 кПа и температуре t1=10° С. После расширения вследствие нагревания при постоянном давлении кислород занял объ-

ем V2=10 л. Найти объем V1газа до расширения, температуру t2 газа после расширения, плотности p1и p2газа до и после расширения.

5.23. В запаянном сосуде находится вода, занимающая объем, равный половине объема сосуда. Найти давление p и плотность

p водяного пара при температуре t = 400° С, зная, что при этой

температуре вся вода обращается в пар.

5,24. Построить график зависимости плотности p кислорода: а) от давления p при температуре Т = const = 390 К в интервале

0 < p < 400 кПа через каждые 50 кПа; б) от температуры Т при p = const = 400 кПа в интервале 200 < Т < 300 К через каждые 20К.

5.25. В закрытом сосуде объемом V = 1 м3 находится масса m1= 1,6 кг кислорода и масса m2= 0,9 кг воды. Найти давление p в сосуде при температуре t = 500° С, зная, что при этой температуре вся вода превращается в пар.

5.26. В сосуде 1 объем V1 = 3 л находится газ под давлением p1= 0,2 МПа. В сосуде 2 объем V2 = 4 л находится тот же газ под давлением p2= 0,1 МПа. Температуры газа в обоих сосудах одинаковы. Под каким давлением p будет находиться газ, если соединить сосуды 1 и 2 трубкой?

5.27. В сосуде объемом V = 2 л находится масса m1= 6 г углекислого газа (С02) и масса m2закиси азота (N20) при температуре t = 127° С. Найти давление p смеси в сосуде.

5.28. В сосуде находится масса m1 = 14 г азота и масса m2=9гводорода при температуре t = 10°С и давлении p = 1 МПа. Найти молярную массу p смеси и объем V сосуда.

5.29. Закрытый сосуд объемом V = 2 л наполнен воздухом при нормальных условиях. В сосуд вводится диэтиловый эфир (С2Н5ОС2Ы5). После того как весь эфир испарился, давление в сосуде стало равным p = 0,14 МПа. Какая масса m эфира была введена в сосуд?

5.30. В сосуде объемом V = 0,5 л находится масса m = 1 г парообразного йода (I2). При температуре t = 1000° С давление в сосуде pс= 93,3 кПа. Найти степень диссоциации а молекул йода на атомы. Молярная масса молекул йода u = 0,254 кг/моль.

5.31. В сосуде находится углекислый газ. При некоторой температуре
степень диссоциации молекул углекислого газа на кислород и окись
углерода а = 0,25 . Во сколько раз давление в сосуде при этих
условиях будет больше того давления, которое имело бы место, если бы
молекулы углекислого газа не были диссоциированы?

5.32. В воздухе содержится 23,6% кислорода и 76,4% азота (по массе) при давлении p = 100кПа и температуре t = 13° С.

Найти плотность p воздуха и парциальные давления p1и p2

кислорода и азота.

5.33. В сосуде находится масса m1 = 10 г углекислого газа и масса m2=15г азота. Найти плотность p смеси при температуре t = 27° С и давлении p = 150 кПа.

5.34. Найти массу m0атома: а) водорода; б) гелия.

5.35. Молекула азота, летящая со скоростью v = 600 м/с, упруго ударяется о стенку сосуда по нормали к ней. Найти импульс силы Fdt, полученный стенкой сосуда за время удара.

5.36, Молекула аргона, летящая со скоростью v = 500 м/с, упруго
ударяется о стенку сосуда. Направление скорости молекулы и нормаль к
стенке сосуда составляют угол а = 60° . Найти импульс силы Fdt, полученный стенкой сосуда за время удара.

5.37. Молекула азота летит со скоростью v = 430 м/с. Найти импульс mv этой молекулы.

5.38. Какое число молекул n содержит единица массы водяного пара?

5.39. В сосуде объемом V = 4 л находится масса m = 1 г водорода. Какое число молекул n содержит единица объема сосуда?

5.40. Какое число молекул N находится в комнате объемом V = 80 m3 при температуре t = 17° С и давлении p = 100 кПа?

5.41. Какое число молекул и содержит единица объема сосуда при температуре t = 10° С и давлении p = 1,33 * 10-9 Па?

5.42. Для получения хорошего вакуума в стеклянном сосуде необходимо
подогревать стенки сосуда при откачке для удаления адсорбированного
газа. На сколько может повыситься давление в сферическом сосуде радиусом
r = 10 см, если адсорбированные молекулы перейдут со стенок в сосуд? Площадь поперечного сечения молекул s0= 10-19 м2. Температура газа в сосуде t = 300° С. Слой молекул на стенках считать мономолекулярным.

5.43. Какое число частиц находится в единице массы парообразного йода (I2), степень диссоциации которого а = 0,5 ? Молярная масса молекулярного йода u = 0,254 кг/моль.

5.44. Какое число частиц N находится в массе m = 16г кислорода, степень диссоциации которого а = 0,5 ?

5.45. В сосуде находится количество v1=10-7 молей кислорода и масса m2=10-6г азота. Температура смеси t = 100° С, давление в сосуде p = 133мПа. Найти объем V сосуда, парциальные давления p1и p2кислорода и азота и число молекул n в единице объема сосуда.

5.46. Найти среднюю квадратичную скорость молекул воздуха при температуре t = 17° С. Молярная масса воздуха u = 0,029 кг/моль.

5.48. В момент взрыва атомной бомбы развивается температура T=107 К.
Считая, что при такой температуре все молекулы полностью диссоциированы
на атомы, а атомы ионизированы, найти среднюю квадратичную скорость
sqr(v2) иона водорода.

5.47. Найти отношение средних квадратичных скоростей молекул гелия и азота при одинаковых температурах.

5.49. Найти число молекул nводорода в единице объема сосуда при давлении p = 266,6 Па, если средняя квадратичная

скорость его молекул sqr(v2)= 2,4 км/с.

5.50. Плотность некоторого газа p = 0,06 кг, средняя

квадратичная скорость его молекул sqr(v2) = 500 м/с. Найти

давление p, которое газ оказывает на стенки сосуда.

5.51. Во сколько раз средняя квадратичная скорость пылинки, взвешенной в воздухе, меньше средней квадратичной скорости

молекул воздуха? Масса пылинки /77 = 10~8г. Воздух считать однородным газом, молярная масса которого // = 0,029 кг/моль.

5.52. Найти импульс mv молекулы водорода при температуре t = 20° С. Скорость молекулы считать равной средней квадратичной скорости.

5.53. В сосуде объемом V = 2лнаходится масса m = 10 г кислорода при давлении p = 90,6 кПа. Найти среднюю

5.216. Найти изменение dS энтропии при превращении массы m = 10 г льда (t = -20° С) в пар (tn = 100° С).

5.55. Средняя квадратичная скорость молекул некоторого

газа sqr(v2) = 450 м/с. Давление газа p = 50 кПа. Найти плотность p газа при этих условиях.

5.56. Плотность некоторого газа p = 0,082 кг/м3 при давлении p = 100кПа и температуре t = 17° С. Найти среднюю квадратичную скорость sqr(v2) молекул газа. Какова молярная масса p этого газа?

5.218. Найти изменение dS энтропии при плавлении массы m = 1кг льда (t = 0° С).

5.219. Массу m = 640 г расплавленного свинца при температуре плавления tплвылили на лед (t = 0° С). Найти изменение dS энтропии при этом процессе.

5.60. Найти энергию Wврвращательного движения молекул, содержащихся в массе m = 1 кг азота при температуре t = 7° С.

5.61. Найти внутреннюю энергию W двухатомного газа, находящегося в сосуде объемом V = 2л под давлением p = 150 кПа.

5.62. Энергия поступательного движения молекул азота, находящегося в баллоне объем V = 20 л, W = 5 кДж, а средняя квадратичная скорость его молекул sqr(v2) = 2*103 м/с. Найти массу m азота в баллоне и давление /?, под которым он находится.

5.63. При какой температуре Т энергия теплового
движения атомов гелия будет достаточна для того, чтобы атомы гелия
преодолели земное тяготние и навсегда покинули земную атмосферу? Решить
аналогичную задачу для Луны.

5.64. Масса m = 1 кг двухатомного газа находится под давлением p = 80кПа и имеет плотность p = 4кг/м3. Найти

энергию теплового движения W молекул газа при этих условиях.

5.65. Какое число молекул N двухатомного газа содержит объем V = 10см3 при давлении V = 5,3 кПа и температуре

t = 27° С? Какой энергией теплового движения W обладают эти молекулы?

5.66. Найти удельную теплоемкость cкислорода для: а) V = const; б) p = const.

5.67. Найти удельную теплоемкость сp: а) хлористого водорода; б) неона; в) окиси азота; г) окиси углерода; д) паров ртути.

5.68. Найти отношение удельных теплоемкостей сp/сtдля кислорода.

5.69. Удельная теплоемкость некоторого двухатомного газа с = 14,7 кДж/(кг-К). Найти молярную массу u этого газа.

5.70. Плотность некоторого двухатомного газа при нормальных условиях p = 1,43 кг/м3. Найти удельные теплоемкости сt и

сpэтого газа.

5.71. Молярная масса некоторого газа u = 0,03 кг/моль, отношение сp/сV = 1,4 . Найти удельные теплоемкости сV и сpэтого газа.

5.72. Во сколько раз молярная теплоемкость С гремучего газа больше молярной теплоемкости С” водяного пара, получившегося при его сгорании? Задачу решить для: а) V = const б) p = const.

5.73. Найти степень диссоциации а кислорода, если его удельная теплоемкость при постоянном давлении ср= 1,05 кДж/(кг-К).

5.74. Найти удельные теплоемкости сV и сp парообразного йода (I2), если степень диссоциации его а = 0,5. Молярная масса молекулярного йода u = 0,254 кг/моль.

5.75. Найти степень диссоциация а азота, если для него отношение сp /сV = 1,47.

5.76. Найти удельную теплоемкость сpгазовой смеси, состоящей из количества v1=Зкмоль аргона и количества v2 = 3 кмоль азота.

5.77. Найти отношение сp/сV для газовой смеси, состоящей из массы m1 = 8 г гелия и массы m2 = 16 г кислорода.

5.78. Удельная теплоемкость газовой смеси, состоящей из количества v1= 1 кмоль кислорода и некоторой массы m2аргона

равна сV = 430 Дж/(кгК),. Какая масса m2аргона находится в газовой смеси?

5.79. Масса m = 10 г кислорода находится при давлении p = 0,3 МПа и температуре t = 10° С. После нагревания при

p= const газ занял объем V2 =10л. Найти количество теплоты

Q, полученное газом, и энергию теплового движения молекул

газа W до и после нагревания.

5.80. Масса m = 12 г азота находится в закрытом сосуде объемом V =2л при температуре t = 10° С. После нагревания Давление в сосуде стало равным p = 1,33 МПа. Какое количество теплоты Q сообщено газу при нагревании?

Источник