В вертикальном сосуде с газом поршень температуру в два раза
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
Задача по физике – 12875
Микропроцессор при работе выделяет значительное количество тепла. На практике удается ускорить работу микропроцессора за счет увеличения так называемой тактовой частоты – но при этом возрастает выделяемая мощность (очень грубо можно считать, что она пропорциональна рабочей частоте микропроцессора). Для уменьшения перегрева на корпус микропроцессора надевают металлический радиатор, имеющий большую поверхность, улучшающую теплообмен с окружающим воздухом. Темпера тура корпуса микропроцессора, работающего е самодельной ЭВМ в обычном режиме, составляет $+95^{ circ} С$, температура радиатора при этом $+50^{ circ} С$, а температура воздуха в корпусе ЭВМ $+30^{ circ} С$. При помощи специальной пасты с высокой теплопроводностью удалось улучшить тепловой контакт корпуса микропроцессора с радиатором – температура микро процессора снизилась при этом до $+65^{ circ} С$. Во сколько раз можно теперь повысить быстродействие микро процессора, если предельно допустимая температура его корпуса составляет $+95^{ circ} С$? Температуру внутри корпуса можно считать неизменной, для оценки можно также считать что условия теплообмена остаются прежними.
Подробнее
Задача по физике – 12876
Порцию кислорода нагревают при постоянном давлении до тех пор, пока объем газа не возрастет в 2 раза, а затем охлаждают, при получившемся объеме пока газ не отдаст все тепло полученное при расширении. Найдите отношение начальной и конечной температур в этом процессе.
Подробнее
Задача по физике – 12882
В вертикальном сосуде под тяжелым поршнем находится некоторое количество двухатомного газа. Сосуд обладает хорошей теплопроводностью, температура окружающей среды $T_{0}$ постоянна. При этой температуре происходит необратимая диссоциация молекул газа, причем энергия взаимодействия атомов в молекуле составляет $epsilon$ в расчете на один моль. Какое количество теплоты получит газ от окружающей среды за большой интервал времени? Начальные значения давления и объема составляют $p_{0}$ и $V_{0}$ соответственно.
Подробнее
Задача по физике – 12889
В длинной горизонтальной гладкой пустой трубе находятся два поршня, которые могут скользить без трения вдоль трубы. Один из поршней имеет массу $M = 1 кг$, другой – в два раза тяжелее. В начальный момент между поршнями находится моль кислорода при температуре $T = 300 К$, а тяжелый поршень движется со скоростью $v_{0} = 1 м/с$ по на правлению к неподвижному в этот момент легкому поршню. Чему равна максимальная температура газа в этом процессе? Найдите также скорости поршней через большой отрезок времени. Теплоемкость стенок трубы и поршней считать малой, теплопроводностью пренебречь.
Подробнее
Задача по физике – 12896
В вертикальном сосуде под тяжелым поршнем находится небольшое количество гелия. Атмосферное давление отсутствует, поршень “высот” над дном сосуда на высоте $H$. Поршень очень быстро поднимают на высоту $10H$ относительно дна сосуда и отпускает. На какой высоте над дном сосуда он установится после того, как его колебания затухнут? Сосуд теплонепроницаемый, теплоемкостью стенок и поршня можно пренебречь. Трение поршня о стенки пренебрежимо мало. Несколько лишних для этой задачи данных: масса поршня $M$, ускорение свободного падения $g$, площадь дна сосуда $S$. Что понимать в условии под выражением “очень быстро Как изменится ответ, если поднимать поршень очень медленно?
Подробнее
Задача по физике – 12903
Сосуд объемом 5 литров с жесткими стеклянными стенками соединен короткой жесткой трубкой с горлышком литровой пластиковой бутылки из-под газированной воды – ее тонкие стенки практически нерастяжимые, но довольно мягкие. В системе из двух сосудов находится неизменное количество воздуха. Воздух понемногу охлаждают, измеряя его давление. Вплоть до температуры $+50^{ circ} С$ давление в системе уменьшалось, а начиная с этой температуры перестало уменьшаться. При какой температуре давление снова начнет уменьшатся? Атмосферное давление остается постоянным.
Подробнее
Задача по физике – 12909
В невесомости проводится следующий опыт. Заполненный воздухом большой сосуд содержит множество мельчайших масляных капелек и одну каплю довольно больших размеров. При столкновении маленьких капель между собой они упруго разлетаются, а при столкновении с большой каплей происходит их поглощение. За 1 час диаметр большой капли увеличился в 2 раза. Через какое время он увеличится еще в 2 раза? Большая капля не касается стенок сосуда. Испарения с ее поверхности не происходит.
Подробнее
Задача по физике – 12911
В вертикальном теплоизолированном сосуде под массивный подвижным поршнем находится порция идеального одноатомного газа при температуре $T_{0}$, поршень при этом находится в равновесии. Температуру газа в сосуде при помощи миниатюрного нагревателя очень быстро увеличивают в 2 раза и оставляют систему в покое. Какая температура установится в сосуде после того, как поршень перестанет двигаться? Трение поршня о стенки пренебрежимо мало. Поршень и стенки практически не получают тепла от газа. Воздуха снаружи нет.
Подробнее
Задача по физике – 12912
Теплопроводность дерева вдоль волокон в 2 раза больше, чем поперек. Два длинных тонких цилиндра одинаковых размеров сделаны из такого дерева; ось одного из них направлена вдоль волокон, ось другого составляет с направлением волокон угол $30^{ circ}$. Боковые поверхности цилиндров теплоизолируют и создают одинаковые разности температур между торцами цилиндров. Во сколько раз отличаются тепловые потоки в этих цилиндрах?
Подробнее
Задача по физике – 12918
В кубическом сосуде объемом $V = 1 м^{3}$ находится гелий при температуре $T = 300 К$ и давлении $p = 10^{5} Па$. В стенке сосуде открывают отверстие площадью $S = 1 см^{2}$ и через время $tau = 0,01 с$ закрывают. Снаружи – вакуум. Оцените изменение температуры газа в сосуде после установления в нем равновесия. Считайте, что открывание и закрывание отверстие производят очень аккуратно – не создавая лишних потоков газа.
Подробнее
Задача по физике – 12921
Горизонтально расположенный цилиндрический сосуд с массивным поршнем находится в вакууме (рис.). Пружина жесткостью $k$, закрепленная с одной стороны, упирается в поршень. В начальном положении газа под поршнем нет, пружина не деформирована. Через дырку в дне сосуда в него впускают некоторое количество гелия и закрывают дырку. После установления равновесия пружина оказалась деформированной на $L$. Затем газ очень медленно нагревают, пока поршень не сдвигается еще на $L$. Какое количество теплоты получил газ при этом? Теплоемкостью стенок и поршня пренебречь.
Подробнее
Задача по физике – 12928
Моль гелия в процессе расширения получает тепло, его теплоемкость при этом составляет $C = 15 Дж/(моль cdot К)$. Найдите изменение температуры газа в этом процессе при совершении им работы $A = 20 Дж$.
Подробнее
Задача по физике – 12935
В вертикальном теплоизолированном сосуде под тяжелым поршнем находится порция азота. На поршне сверху лежит груда песка, система находится в равновесии, начальный объем газа $V_{1}$, начальное давление $p_{1}$. Начнем медленно, по одной песчинке, убирать песок и уменьшим давление до $p_{2}$; при этом объем газа увеличится до $V_{2}$ (конечно, можно было этот объем вычислить, но будем считать, что это уже сделали и вам сообщили результат). Теперь проведем эксперимент иначе – снимем всю порцию песка сразу. Какую кинетическую энергию имел бы в этом случае поршень в тот момент, когда объем газа составил бы $V_{2}$? Считайте газ достаточно разреженным.
Подробнее
Задача по физике – 12942
Комната площадью $S = 20 м^{2}$ с высотой потолка $H = 3 м$ заполнена воздухом при нормальных условиях. Оцените число ударов молекул о потолок за время $tau = 1 ч$. Куда чаще ударяют молекулы – в пол или в потолок комнаты? Оцените разность чисел ударов молекул о пол и о потолок за время $tau$. Считайте температуру воздуха в комнате повсюду одинаковой.
Подробнее
Задача по физике – 12947
Для снабжения небольшою дома горячей водой применено не самое удачное устройство. Оно состоит из очень большого бака с теплоизоляцией, от которого потребители получают маленькими порциями горячую воду, и автоматического устройства, которое сразу же пополняет бак крутым кипятком. Оказалось, что при стандартном количестве потребляемой воды температура воды в баке составляет $+60^{ circ} С$ при температуре окружающего воздуха $+20^{ circ} С$. Какая температура установится в баке при увеличении расхода воды вдвое? Теплоотдача в окружающую среду пропорциональна разности температур.
Подробнее
Источник