В теплоизолированном сосуде находится переохлажденная вода
(Все задачи по молекулярно-кинетической теории и ответы к ним находятся в zip-архиве (290 кб), который можно скачать и открыть на своем компьютере. Попробуйте решить задачи самостоятельно и только потом сравнивать свои ответы с нашими. Желаем успехов!)
36.1. В сосуд, содержащий m = 10 г льда при температуре t1 = −10° С, малыми порциями впускают водяной пар при температуре t2 = 100° С. Какое количество воды окажется в сосуде, когда весь лед растает? [ ≅ 113 г ]
36.2. Сферическая дождевая капля радиусом R = 2 мм падает с постоянной скоростью. На сколько повысится температура капли за время t = 10 с, если всё выделяющееся тепло идёт на её нагревание, а сила сопротивления воздуха Fc = 0.24πR2v2? (v — скорость капли). [ ≅ 0.25 K]
36.3. В стакан, содержащий m = 200 г воды, опускают нагреватель мощностью N = 50 Вт. Максимальная температура воды после длительного нагревания составляет t1 = 55° С. За какое время вода остынет на Δt = 1° С после выключения нагревателя? Оцените максимальную температуру воды в стакане при увеличении напряжения в сети на 20 %. Температура окружающего воздуха to = 20° С. [ ≅ 16.8 c; ≅ 70° С]
36.4. В цилиндре под невесомым поршнем площадью S = 100 см2 находится m = 1 кг воды при температуре 0° С. В цилиндре включают нагреватель мощностью N = 500 Вт. На сколько поднимется поршень за τ = 15 мин работы нагревателя? [ 2.2 м, где to = 0° С; To = 273 K ]
36.5. В колбе находится вода при 0° С. Откачивая пар, воду заморозили. Какая часть воды испарилась? [ ≅ 1/7 ]
36.6. Сколько льда может получится из m = 1 кг переохлаждённой до t = −10° С воды? Теплоёмкость обычной и переохлаждённой воды одинаковая. [ ≅ 124 г]
36.7. На сколько изменится удельная теплота плавления вещества при понижении температуры плавления на Δt. Удельная теплоёмкость вещества в твёрдой и жидкой фазах равна c1 и c2. [смотрите ответ в общем файле]
36.8. Две жидкости с начальными температурами T1 и T2 и удельными теплоёмкостями c1 и c2 смешали в теплоизолированном сосуде. В результате разность между начальной температурой одной из жидкостей и установившейся температурой T оказалась вдвое меньше разности начальных температур жидкостей. Найти отношение масс жидкостей. [смотрите ответ в общем файле]
36.9. Если температура на улице равна ty1 = −20° С, то температура в комнате равна tk1 = +20° С. Если же температура на улице равна ty2 = −40° С, то в комнате устанавливается температура tk2 = +10° С. Найти температуру батареи, отапливающей комнату. [60° С]
36.10. На электрической плитке мощностью N = 1 кВт кипит чайник с водой. Найти скорость истечения пара из носика чайника. Площадь носика S = 1 см2, давление на выходе из носика считать равным атмосферному. [7.5 м/с]
36.11. В сосуде находится лёд и вода в одинаковых по массе количествах. Через сосуд пропускают пар при температуре 100° С и в том же количестве. Какая установится конечная температура? Потерь тепла нет. [смотрите ответ в общем файле]
36.12. В теплоизолированном сосуде находится идеальный одноатомный газ при температуре T1 = 300 K и кусочек железа массой m = 0,2 кг при температуре Т2 = 500 K. Начальное давление газа равно po = 105 Па, а объем сосуда V = 1000 см3. Найти давление газа в равновесном состоянии. Больше или меньше будет давление газа, если газ будет двухатомный? Удельная теплоемкость железа сж = 450 Дж/(кг • К). Объемом железа пренебречь. [1.66 × 105 Па; давление будет слегка меньше]
36.13. На плитку поставили две одинаковые кастрюли с равными количествами воды при одинаковой температуре. Через некоторое время в одну из кастрюль долили немного воды из кипящего чайника. В какой кастрюле вода закипит быстрее? [смотрите ответ в общем файле]
36.14. В вопросе № 36.13 после доливания воды из чайника часть воды из этой кастрюли отлили в другую так, что воды в кастрюлях оказалось поровну. В какой кастрюле вода теперь закипит быстрее? [смотрите ответ в общем файле]
36.15. Почему при купании в жаркий день вода кажется холодной, когда входишь в воду и наоборот, когда выходишь?
Источник
Задача по физике – 12661
В кастрюлю-скороварку налили немного воды. закрыли герметично и поставили на огонь. К тому моменту, когда вся вода испарилась, температура кастрюли оказалась $115^{ circ} С$, а давление внутри – 3 атмосферы. Какую часть объема вначале занимала вода? Начальная температура $20^{ circ} С$.
Подробнее
Задача по физике – 12669
Тонкая квадратная пластинка АБВГ сделана из меди. Ее нагревают со стороны торца АБ, поддерживая его температуру равной $100^{ circ} С$, и охлаждают со стороны трех остальных торцов, поддерживая их температуру равной $0^{ circ} С$. Найдите температуру в центре пластинки.
Подробнее
Задача по физике – 12670
Внутри длинной трубы, наполненной воздухом, двигают с постоянной скоростью поршень, при этом в трубе распространяется со скоростью 320 м/с упругая волна. Считая перепад давлений на границе распространения волны равным 1000 Па, оцените перепад температур. Давление в невозмущенном воздухе 1 атм, температура 300 К.
Подробнее
Задача по физике – 12674
Внутри большого мыльного пузыря находится маленький, радиус которого в 10 раз меньше. Воздух снаружи откачивают, после чего радиус большого пузыря увеличивается в 2 раза. Во сколько раз увеличится радиус внутреннего пузыря? Температуру считайте постоянной, влиянием силы тяжести можно пренебречь.
Подробнее
Задача по физике – 12678
В теплоизолированном цилиндрическом сосуде под поршнем находится сильно разреженный гелий при температуре $T_{0} = 100 К$. Поршень очень медленно отодвигают на некоторое расстояние, после чего в сосуде устанавливается температура $T_{1} = 99 К$. Какая температура установится в сосуде, если поршень передвинуть очень быстро? Что такое “очень быстро” в этом случае? Сделайте оценку такой скорости передвижения поршня, при которой изменение температуры составит $Delta T = 0,5 К$.
Подробнее
Задача по физике – 12694
В цилиндрическом сосуде под тяжелым поршнем находится кислород (рис.). Поршень поднимают на высоту $h$ от положения равновесия, дожидаются установления температуры, затем сосуд теплоизолируют и поршень отпускают. На каком расстоянии от прежнего положения равновесия установится поршень, когда система вновь придет в равновесие? Теплоемкостью стенок и поршня пренебречь.
Подробнее
Задача по физике – 12698
Один из спаев термопары находится в комнате при температуре $t_{1} = 27^{ circ} С$, а второй – в теплоизолированном сосуде со льдом, имеющим температуру $t_{2} = 0^{ circ} C$ (см. рисунок). Мощность, развиваемая термопарой, выделяется на сопротивлении нагревателя, который помещен в другой теплоизолированный сосуд, содержащий воду. Оцените, на сколько повысится температура воды к моменту окончания плавления льда. Считайте, что все сопротивление цепи сосредоточено в нагревателе. Массы воды и льда одинаковы. Удельная теплоемкость воды $c = – 4,2 кДж/(кг cdot К)$, удельная теплота плавления льда $lambda = 335 кДж/кг$.
Подробнее
Задача по физике – 12704
Два сосуда объемом $V = 0,5 л$ каждый соединены вертикальной стеклянной трубкой сечением $S = 1 см^{2}$ (рас.). Трубка перекрыта подвижным поршнем – магнитом массой $m = 2,0 г$, который может двигаться вдоль трубки без трения. При помощи катушек, подключенных к генератору переменною напряжения, возбуждают колебания поршня вдоль трубки. На рисунке приведена экспериментально полученная зависимость амплитуды установившихся колебаний поршня от частоты приложенного переменного напряжения. Определите по этим данным отношение молярных теплоемкостей $C_{p}/C_{V}$ для воздуха. В первом опыте вентиль наверху был закрыт. При какой частоте наступит максимум при открытом вентиле? Оцените амплитуду колебаний поршня в этом случае на частоте $f_{0}$. Давление воздуха $p_{0} = 1 атм.
Подробнее
Задача по физике – 12705
Пленка при температуре $t_{1}= + 50^{ circ} С$ имеет коэффициент поверхностного натяжения $sigma_{1} = 0,020 Н/м$. После увеличения температуры до $t_{2} = +51^{ circ} С$ коэффициент поверхностного натяжения падает до $sigma_{2} = 0,0195 Н/м$. Будем медленно растягивать пленку так, чтобы ее температура оставалась постоянной. Поглощает пленка при этом тепло из окружающей среды или, наоборот, отдает его? Оцените количественно этот теплообмен при растяжении пленки от $S_{1} = 1 м^{2}$ до $S_{2} = 1,5 м^{2}$ при температуре $+ 50^{ circ} C$.
Указание. Подумайте, как применить тут формулу для КПД цикла Карно.
Подробнее
Задача по физике – 12710
Возьмем короткую трубочку небольшого диаметра $D$ и выдуем мыльный пузырь радиусом $R_{0} gg D$. Откроем теперь конец трубочки и подождем, пока пузырь сдуется. Оцените время жизни такого пузыря от начала сдувания, если $D = 2 мм, R_{0} = 2 см$. Коэффициент поверхностного натяжения воды $sigma = 0,07 Н/м$.
Подробнее
Задача по физике – 12714
В насыщенные пары воды при температуре $t = 100^{ circ} С$ поместили металлическую пластину, охлажденную до температуры жидкого азота. Оцените начальную скорость роста толщины слоя намерзающего льда.
Подробнее
Задача по физике – 12719
В объеме $V_{0}$ при температуре $T_{0}$ и давлении $p$ находился воздух, содержащий некоторое количество озона $O_{3}$. После долгого выдерживания в тени озон полностью превратился в молекулярный кислород. При том же давлении температура воздуха стала $T$, объем – $V$. Найдите начальное число молей озона.
Подробнее
Задача по физике – 12728
Сосуд объемом $V = 10 л$ с площадью поперечного сечения $S = 0,01 м^{2}$ разделен пополам тяжелым поршнем массой $m = 1 кг$, который может двигаться без трения. В каждой половине сосуда содержится $m = 5 г$ воды, а воздух откачан. Температура сосуда и его содержимом поддерживается равной $T = 350 К$. Поршень сдвигают от середины на расстояние $d = 1 см$ и отпускают. Как будет двигаться поршень? Как зависит характер движения поршня от температуры сосуда?
Подробнее
Задача по физике – 12729
В сосуде под поршнем находится некоторое количество азота. Медленно отодвигая поршень, плавно уменьшим давление газа. Какова молярная теплоемкость газа на малом участке процесса, если при увеличении объема па 1% давление уменьшилось на 0,5%?
Подробнее
Задача по физике – 12730
Газовая смесь состоит из равного числа молей гелия, азота и углекислого газа. Найдите показатель адиабаты для такого газа.
Подробнее
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.
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.
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
Источник