Вертикально расположенный сосуд разделен поршнем на две
Задача по физике – 9842
Рассеянный лаборант наполнил жидкостью два одинаковых сосуда, поставил их на две включенных плитки и ушел. Когда через 20 минут лаборант вернулся, часть жидкости в сосуде, стоявшем на плитке 1, уже испарилась, а второй сосуд был еще полным. Он убрал кипящий сосуд, поставил на его место сосуд с плитки 2 и опять ушел. Вернувшись через 15 минут, он обнаружил, что теперь из второго сосуда выкипело столько жидкости, сколько из первого в прошлый раз. Найдите отношение мощностей плиток, если теплообменом с окружающей средой и испарением жидкости ниже температуры кипения можно пренебречь.
Подробнее
Задача по физике – 9851
Воздух с примесью угарного газа стационарно протекает по трубе сечения $S$. При прохождении слоя пористого катализатора угарный газ окисляется кислородом воздуха и превращается в углекислый газ в результате реакции: $2CO + O_{2} = 2CO_{2}$. Какое количество молей угарного газа за единицу времени вступает в реакцию? Давление, температура и скорость воздуха на входе $P_{0}, T_{0}$ и $V_{0}$, а на выходе $P, T$ и $v$.
Подробнее
Задача по физике – 9855
Посередине теплоизолированного цилиндра стоит поршень. Слева от него – гелий при температуре $T_{1}$ и давлении $P_{0}$, справа – азот при температуре $T_{2}$ и таком же давлении. Каким станет давление газов после установления теплового равновесия? У гелия в объёме $V$ при давлении $P$ внутренняя энергия $U_{1} = (3/2)PV$, у азота $U_{2} = (5/2)PV$. Передачей тепла цилиндру и поршню и трением между ними пренебречь.
Подробнее
Задача по физике – 9858
В вертикальный длинный цилиндрический сосуд с воздухом вставлен герметичный поршень массы $M$ сечением $S$. Вначале поршень покоился. Поршню рывком сообщили направленную вверх скорость $U_{0}$, которая при дальнейшем движении не изменялась. С какой массовой скоростью (в кг/с) надо подавать в цилиндр воздух, чтобы обеспечить такое движение поршня? Атмосферное давление $P_{0}$. Трением пренебречь. Ускорение свободного падения $g$. Считать температуру постоянной и равной $T_{0}$. Молярная масса воздуха $mu$, универсальная газовая постоянная $R$.
Подробнее
Задача по физике – 9888
В двух стаканах находится одинаковое количество некой жидкости: в одном стакане с температурой $T_{1} =80^{ circ} C$, в другом – с комнатной температурой $T_{2} =20^{ circ} C$. После того как в горячий стакан опустили ложку, первоначально имеющую комнатную температуру $T_{2}$, температура стакана понизилась до $T_{3} = 70^{ circ} C$. Какой станет температура в стакане с холодной жидкостью $T_{x}$, если в него перенести ложку из горячего стакана? Обменом теплом с окружающей средой пренебречь.
Подробнее
Задача по физике – 9889
Имеется 10 одинаковых флаконов с жидкостью. Они хранятся внутри ящика, из которого тепло наружу не выходит. Для лучшего хранения каждый флакон надо на некоторое время нагреть до температуры $+90^{ circ} С$. Для этого взяли первый флакон и нагрели его до нужной температуры, затратив на это количество теплоты $Q=30 кДж$. Затем поставили его внутрь ящика и подождали, пока температуры всех флаконов не выровнялись за счет теплообмена. Затем взяли флакон 2 и проделали с ним ту же самую процедуру, включая последующее выравнивание температур, и т.д. Какое количество теплоты потребуется для прогрева 10-го флакона?
Подробнее
Задача по физике – 9910
Маятник в виде медной гирьки, подвешенной на тонкой, невесомой и нерастяжимой нити, сделанной из материала, не проводящего электрический ток и тепло, помещен в вакуум. Маятник движется в неоднородном магнитном поле (например, в поле постоянного магнита) в плоскости, перпендикулярной силовым линиям магнитного поля. В начальный момент маятник отклонен на угол $60^{ circ}$ от положения равновесия, а его температура равна $20^{ circ} С$. Какова будет температура маятника в момент, когда он остановится? Длина маятника $l = 1 м$, ускорение свободного падения $g = 9,8 м/с^{2}$, темплоемкость меди $c = 0,386 Дж/г cdot К$. Предполагается, что напряженность магнитного поля не изменяется.
Подробнее
Задача по физике – 9963
Два мыльных пузыря расположены таким образом, что часть пленки у них общая (рис.).
1. Зная радиусы $r_{1}$ и $r_{2}$, найти радиус кривизны $r_{12}$ пленки, разделяющей пузыри.
2. Предположим, что $r_{1} = r_{2} = r$. Какой радиус имели пузыри, прежде чем они слились? Какой радиус будет иметь пузырь, образующийся после того, как лопнет пленка, отделяющая два первоначальных пузыря?
Избыточное внутреннее давление в пузыре зависит только от поверхностного натяжения мыльной пленки и радиуса пузыря. Кроме того, предполагается, что избыточное давление внутри пузырей намного меньше, чем давление воздуха вне пузырей, в связи с чем сумму объемов газов в пузырях можно считать неизменной.
Примечание. Объем газа в части шара, характеризующейся параметрами $d$ и $R$ (рис.), составляет
$frac{1}{3} pi (2R^{3} – 3R^{2}d + d^{3})$.
Подробнее
Задача по физике – 9964
По поверхности мыльного пузыря радиусом $R$ равномерно распределен заряд $q$. Поверхностное натяжение мыльной пленки равно $sigma$.
1. На какую величину $Delta p$ давление в пузыре превышает давление окружающего воздуха?
2. Определить вид равновесия пузыря, висящего на открытой соломинке, т. е. при $Delta p = 0$.
Силой тяжести пренебречь.
Примечание. Считается, что величина $sigma$ не зависит от заряда $q$.
Подробнее
Задача по физике – 9965
Экспериментально установлены следующие факты:
1) угловой диаметр Солнца, наблюдаемый с Земли, составляет $alpha = 32^{ prime}$;
2) солнечная постоянная, т. е. количество лучистой энергии, падающей каждую секунду на $1 см^{2}$ поверхности, перпендикулярной к прямой, соединяющей Землю и Солнце на расстоянии, равном расстоянию между Землей и Солнцем, составляет
$S = 0,135 лм cdot см^{-2} cdot с^{-1}$;
3) постоянная Стефана — Больцмана равна
$sigma = 5,67 cdot 10^{-12} лм cdot см^{-2} cdot с^{-1} cdot К^{-4}$;
4) солнечное излучение практически соответствует излучению абсолютно черного тела.
Пользуясь вышеуказанными данными, определить:
а) температуру Земли, считая, что эта температура постоянна во времени и что Земля является абсолютно черным телом и идеальным проводником тепла (последнее предположение позволяет считать, что температура всех точек поверхности Земли одинакова);
б) температуру верхних слоев Солнца.
Примечание. Полная энергия, излучаемая за 1 с с $1 см^{2}$ поверхности абсолютно черного тела, определяется законом Стефана — Больцмана и составляет $sigma T^{4}$, где $sigma$ – постоянная Стефана — Больцмана, а $T$ – абсолютная температура тела.
Подробнее
Задача по физике – 9983
Скорость звука в газе можно представить формулой, в которую входят только давление газа $p$, плотность газа $rho$ и некоторая безразмерная постоянная.
На основании этой информации определить соотношение скоростей распространения звука в одном и том же разреженном газе в двух различных состояниях, характеризуемых величинами давления и плотности $p_{1}, p_{2}$ и $rho_{1}, rho_{2}$ соответственно.
Подробнее
Задача по физике – 9990
Вертикально расположенный сосуд разделен на две равные части тяжелым теплонепроницаемым поршнем, который может скользить без трения. В верхней части находится водород при температуре $T$ и давлении $P$. В нижней кислород при температуре $2T$. Сосуд перевернули. Чтобы поршень остался на месте, пришлось охладить кислород до температуры $T/2$, температура водорода осталась прежней. Определить давление кислорода в обоих случаях.
Подробнее
Задача по физике – 9994
Вертикальный цилиндрический теплоизолированный сосуд с гладкими стенками разделен на две части подвижным поршнем массой $m = 200 кг$, который сделан из пористого материала. В нижней части цилиндра вначале находилась смесь гелия и неона в количестве $nu_{1} = 0,4 моль$ и $nu_{2} = 0,6 моль$ соответственно при температуре $177^{ circ} С$, а в верхней части был вакуум. Оказалось, что через мелкие поры поршня могут проходить только маленькие молекулы гелия, но не неона. Когда установилось новое равновесие, поршень переместился. На сколько при этом изменилась температура смеси (в $^{ circ} С$)? Ускорение свободного падения $g = 10 м/с^{2}$, газы считать идеальными. Ответ округлить до целых.
Подробнее
Задача по физике – 9999
В горизонтальной трубе застряла пробка, которую надо вытащить. Юный экспериментатор Андрей выяснил, что для того, чтобы вытолкнуть пробку, необходимо приложить постоянную минимальную силу $F = 200 Н$ вдоль оси трубы. Ему показалось это слишком трудным, и он решил создать установку для выталкивания пробок. Для этого он использовал горизонтальный цилиндр с поршнем А сечением $S_{A} = 10 см^{2}$ с гладкими стенками и жесткий рычаг СD, который мог вращаться без трения вокруг закрепленного шарнира О в горизонтальной плоскости. Точка О делила рычаг СD в соотношении $l_{1} : l_{2} = 1:2$. После подсоединения стержней AD и CB к шарнирам D и C в сосуде был воздух при атмосферном давлении $P_{0} = 10^{5} Па$ и занимал объем $V = 3 л$, а стержни AD и CB параллельны. Далее Андрей подал с помощью нагревателя тепло $Q = 757 Дж$, и пробка, переместившись на некоторое расстояние $Delta x$, выскочила из трубы.
1) Найти КПД такой установки, округлив результат до сотых процента.
2) Предложите Андрею способы увеличения КПД. Обоснуйте.
Примечание: воздух – в основном двухатомный газ (78% азота и 21% кислорода), который можно считать идеальным при давлениях, не очень сильно превышающих атмосферное. Для двухатомного идеального газа внутренняя энергия вычисляется по формуле $U = frac{5}{2} nu RT$.
Подробнее
Задача по физике – 10007
Пете на день рождения подарили новый компьютер. Делая уроки, мальчик решил измерить температуру процессора. Она оказалась равной $30^{ circ} С$. Сделав домашнее задание, Петя начал играть, при этом процессор нагрелся до $60^{ circ} С$. Однажды мальчик заметил, что пока он делал уроки, процессор нагрелся до $50^{ circ} С$. Мальчик понял, что система охлаждения стала хуже работать. Сможет ли теперь Петя играть, если известно, что перегрев происходит при $80^{ circ} С$? Мощность системы охлаждения, то есть количество тепла в единицу времени, которое система охлаждения передает в окружающую среду, пропорциональна разности температур процессора и воздуха в комнате. Температура воздуха в комнате $20^{ circ} С$. Нагрузка на процессор после поломки осталась прежней в каждом из режимов.
Подробнее
Источник
Задача по физике – 199
Над одним молем идеального газа совершают процесс, во время которого его давление и объем связаны соотношением
$(V+V_{0})(p+p_{0})=C$
где $V_{0} = 25 л, p_{0} = 1 атм, C = 81 атм cdot л$. Определите максимальную температуру газа во время этого процесса.
Подробнее
Задача по физике – 200
Цилиндрический сосуд разделен свободно скользящим поршнем на две части. Стенки сосуда и поршень тепла не проводят. В одной части находятся $nu_{1}$ молей гелия, в другой — $nu_{2}$ молей аргона. Поршень быстро вынимают. Найдите установившиеся температуру и давление. Объем сосуда $V$, давление на поршень в состоянии равновесия $p$. Газ считать идеальным. При вынимании поршня работа не производится.
Подробнее
Задача по физике – 201
Горизонтально расположенный цилиндрический сосуд разделен свободно скользящим поршнем на две части. Объем правой части $V_{1}$,объем левой – $V_{2}$. Стенки сосуда и поршень тепла не проводят. В правой части сосуда находятся $nu_{1}$ молей гелия, в левой – $nu_{2}$ молей аргона. Поршень быстро вынимают. Температура образовавшейся смеси $T$. Найдите температуры $T_{1}$ и $T_{2}$, которые имели гелий и аргон до смешивания. Газы считать идеальными. При вынимании поршня работа не производится.
Подробнее
Задача по физике – 202
Один моль идеального газа находится в сосуде между двумя поршнями, соединенными пружиной. Поршни могут перемещаться без трения вдоль оси сосуда, за поршнями вакуум. Длина пружины в нерастянутом состоянии $l$, ее жесткость $k$, площадь поршня $S$, температура газа $T$. Определите удлинение пружины и давление газа в положении равновесия.
Подробнее
Задача по физике – 203
Две стеклянные пластинки расположены вертикально и параллельно, расстояние между ними очень мало. Будут ли они притягиваться или отталкиваться, если их частично погрузить в ртуть?
Подробнее
Задача по физике – 204
Почему чайник шумит сильнее перед тем как закипеть?
Подробнее
Задача по физике – 205
Правое колено U-образной трубки закрыто краном, а левое – открыто. В трубку налита вода. Поверх воды в правом колене имеется капля ртути высотой $h = 0,5 см$. Высота столба воды в правом колене $h_{1} = 4 см$, в левом колене $h_{2} = 10 см$. Поднимется или опустится капля ртути, если кран открыть? Плотность ртути в 13,6 раз
больше плотности воды.
Подробнее
Задача по физике – 206
Экспериментальная установка имеет рабочий объем $V=2,24 л$ находится в термостате с температурой $t_{0} = 0^{circ}C$. Перед началом эксперимента давление в рабочем объеме $p_{0} = 0,3 атм$. В ходе эксперимента герметичность нарушилась, а затем ее восстановили. При этом масса воздуха в рабочем объеме увеличилась в два раза, а температура – на $Delta T = 110 K$.
1) Объясните, почему повышается температура воздуха в рабочем объеме установки.
2) Найдите давление воздуха в установке сразу после восстановления герметичности ($p_{1}$) и через большой промежуток времени после него ($p_{2}$).
Подробнее
Задача по физике – 207
Металлический баллон со сжатым аргоном ($mu = 0,04 кг/моль$) объемом $V = 44,8 л$ находится на улице. Температура окружающего воздуха $t = 0^{circ}C$. Начальное давление в баллоне $p_{0} = 15 атм$. В некоторый момент кран баллона ненадолго открывают и снова открывают. При этом из баллона успевает вытечь $Delta m = 400 г$ газа, а внутренняя энергия газа, оставшегося в баллоне, оказывается в два раза меньше начальной энергии газа.
1) Какова температура газа в баллоне сразу после закрытия крана?
2) Найдите давление газа в баллоне сразу после закрывания крана на ($p_{1}$) и через большой промежуток времени после этого ($p_{2}$).
Подробнее
Задача по физике – 208
В экспериментальной камере, наполненной идеальным газом, установлены манометр и термометр. В исходном состоянии $p_{0}=2 cdot 10^{5} Па, T_{0} = 400 К$. С некоторого момента давление и температура начинают возрастать и устанавливаются равными $p_{1} = 3,6 cdot 10^{5} Па, T_{1} = 600 К$. Какой эксперимент проводится в камере? Камеру считать герметичной, ее объем – постоянным.
Подробнее
Задача по физике – 209
В кастрюле находится вода при температуре $60^{circ}C$. Кастрюлю закрывают крышкой, масса которой $m = 5 кг$, площадь $S = 100 cм^{2}$. Кастрюлю медленно нагревают до $70^{circ}C$. Сколько раз подпрыгнет крышка за это время, если давление насыщенных паров при $60^{circ}C$ равно $p_{1} = 2 cdot 10^{4} Па$, при $60^{circ}C p_{2} = 3,1 cdot 10^{4} Па$, атмосферное давление $p_{0} = 10^{5} Па$.
Подробнее
Задача по физике – 210
В большую бочку с водой бросают раскаленные металлические шарики одинаковой температуры. Известно, что шарик радиусом $r_{1} = 0,5 см$ нагревает воду на $Delta t_{1} = 0,1^{circ}C$, радиусом $r_{2} = 1 см$ на $Delta t_{2} = 1,2^{circ}C$. Оцените изменение температуры воды для шариков радиусом $r_{3} = 1,5 см$.
Подробнее
Задача по физике – 211
В два одинаковых закрытых литровых сосуда помещают по куску льда, каждый массой $m = 490 г$. Сосуды соединяют в верхней части трубкой. В первом сосуде поддерживают температуру $T_{1} = 290 К$, в другом – $T_{2} = 310 К$. Оцените разницу масс $Delta M$ сосудов с их содержимым спустя большой промежуток времени после их соединения. Что при этом будет находиться в сосудах?
Подробнее
Задача по физике – 212
В вертикальном теплоизолированном цилиндрическом сосуде с площадью основания $S$ под поршнем массой $M$ находится 1 моль одноатомного идеального газа. В газе расположена проволочная спираль сопротивлением $r$, подсоединенная к источнику тока с ЭДС $varepsilon$. Определите скорость $v$ подъема поршня. Атмосферное давление над поршнем равно $p_{0}$. Внутренним сопротивлением источника пренебречь.
Подробнее
Задача по физике – 213
В сосуде высотой $h$ находится очень вязкая жидкость с плотностью $rho$. От дна сосуда отрывается и медленно всплывает маленький пузырек воздуха с начальным объемом $V_{1}$. Какое количество теплоты получит жидкость за время подъема пузырька? Атмосферное давление равно $p_{0}$. Теплообменом со стенками сосуда и окружающий воздухом пренебречь.
Подробнее
Источник
Задача по физике – 13753
КПД цикла 1-2-4-1 равен $eta_{1}$, а цикла 2-3-4-2 равен $eta_{2}$. Участки 4-1 и 2-3 – изохоры, участок 3-4 – изобара, участки 1-2 и 2-4 представляют собой линейную зависимость давления от объема (рис.). Все циклы обходятся по часовой стрелке. Найдите КПД $eta$ цикла 1-2-3-4-1.
Подробнее
Задача по физике – 13757
В теплоизолированном вертикальном цилиндре под поршнем находится одноатомный идеальный газ (рис.). Найдите частоту малых колебаний поршня. Расстояние от поршня до дна цилиндра $l$. Над поршнем газа нет.
Подробнее
Задача по физике – 13780
В цилиндр объемом $V = 0,5 м^{3}$ насосом закачивается воздух со скоростью $mu = 0,002 кг/с$. В верхнем торце цилиндра есть отверстие, закрытое предохранительным клапаном. Клапан удерживается в закрытом состоянии стержнем, который может свободно поворачиваться вокруг оси в точке А (рис.). К свободному концу стержня подвешен груз массой $m = 2 кг$. Клапан открывается через $t = 580 с$ работы насоса, если в начальный момент времени давление воздуха в цилиндре было равно атмосферному. Площадь закрытого клапаном отверстия $S = 5 cdot 10^{-4} м^{2}$, расстояние АВ равно $l = 0,1 м$. Температура воздуха в цилиндре и снаружи не меняется и равна $T = 300 К$. Определите длину стержня $L$, считая его невесомым.
Подробнее
Задача по физике – 13781
Замкнутый сосуд в форме прямоугольного параллелепипеда длиной $2L$, шириной $b$ и высотой $h$ перекрыт посередине тонким поршнем, который может перемещаться без трения (рис.). В правую половину сосуда через отверстие вверху медленно наливают жидкость плотностью $rho$. Какой объем жидкости можно налить, если атмосферное давление равно $p_{0}$, а температура постоянна?
Подробнее
Задача по физике – 13782
Герметично закрытый цилиндрический сосуд, одна из стенок которого является прозрачной, разделен на три отсека неподвижной пористой перегородкой и подвижным поршнем, способным перемещаться без трения (рис.). В начальном равновесном состоянии объемы всех отсеков равны и в каждом из них находится одинаковое количество одного и того же идеального газа. Через прозрачный торец левый отсек сосуда начинают облучать лазерным излучением, которое переводит часть атомов в возбужденное состояние. Возбужденные атомы могут излучать кванты и переходить в основное состояние. Через некоторое время газ переходит в новое равновесное состояние, в котором относительная доля возбужденных атомов в левом отсеке равна $q (q 
Подробнее
Задача по физике – 13783
Воздух находится в вертикальном цилиндре под поршнем массой $m = 20,2 кг$ и сечением $S = 20 см^{2}$. После того как цилиндр стали перемещать вертикально вверх с ускорением $a = 5 м/с^{2}$, высота столба воздуха в цилиндре уменьшилась на 20%. Считая температуру постоянной, найдите атмосферное давление.
Подробнее
Задача по физике – 13784
Вертикальный цилиндр делится на две части тяжелым поршнем, который может перемещаться без трения. Под поршнем находится в три раза больше газа, чем над поршнем. При температуре $T_{1} = 300 К$ поршень делит сосуд пополам. Во сколько раз объем газа под поршнем будет больше, чем над поршнем, при температуре $T_{2} = 800 К$?
Подробнее
Задача по физике – 13785
Поршень массой $M$, перекрывающий стакан сечением $S$, находится на расстоянии $l$ от дна стакана (рис.). Когда стакан перевернули, поршень остановился на расстоянии $L$ от дна. Определите внешнее давление воздуха, если температура газа в стакане постоянна.
Подробнее
Задача по физике – 13786
Вертикальный цилиндр сечением $S$ перекрывается тяжелым поршнем, который может перемещаться без трения (рис.). Поршень подвешен на пружине жесткостью $k$. В начальном состоянии давление газа $p_{1}$, температура $T_{1}$, поршень расположен на высоте $h_{1}$ над дном сосуда. На какой высоте $h_{2}$ установится поршень при температуре $T_{2}$?
Подробнее
Задача по физике – 13787
Найдите период малых колебаний поршня массой $m$, разделяющего гладкий цилиндрический сосуд сечением $S$ на две части длиной $l$ каждая. По обе стороны от поршня находится идеальный одноатомный газ при давлении $p_{0}$. Считайте, что при колебаниях температура не меняется. Как изменится ответ, если пренебречь теплообменом?
Подробнее
Задача по физике – 13788
В бутылке обьемом $V$ находится идеальный одноатомный газ. Чтобы вытащить из бутылки пробку, к нем надо приложить силу $F$. Какое количество теплоты ложно вместо этого передать газу, чтобы пробка вылетела сама? Площадь сечения горлышка бутылки $S$.
Подробнее
Задача по физике – 13789
На столе покоится вертикально расположенный цилиндрический сосуд. В сосуде под тяжелым подвижным поршнем находится гелий. Сверху на поршень очень медленно опускают груз массой $m$. На сколько изменяется при этом внутренняя энергия гелия? Теплообменом гелия с окружающей средой можно пренебречь. Масса груза мала по сравнению с массой поршня. Начальная высота $H$ поршня над дном сосуда известна.
Подробнее
Задача по физике – 13790
В горизонтальном цилиндрическом сосуде, закрытом поршнем, находится одноатомный идеальный газ. Первоначальное давление газа $p_{1} = 4 cdot 10^{5} Па$. Расстояние от дна сосуда до поршня равно $L$. Площадь поперечного сечения поршня $S = 25 см^{2}$. В результате медленного нагревания газ получил количество теплоты $Q = 1,65 кДж$, а поршень сдвинулся на расстояние $x = 10 см$ (рис.). При движении поршня на него со стороны стенок сосуда действует сила трения величиной $F_{тр} = 3 cdot 10^{3} Н$. Найдите $L$. Считайте, что сосуд находится в вакууме.
Подробнее
Задача по физике – 13791
В цилиндрической трубке с теплонепроницаемыми стенками имеются две жестко укрепленные перегородки 1 и 2 и свободно движущийся теплонепроницаемый поршень 3 (рис.а). В начальный момент времени объем $V_{1}$ между перегородками 1 и 2 и объем $V_{2}$ между перегородкой 2 и поршнем 3 заполнены одноатомным идеальным газом с давлением $p_{0}$ и температурой $T_{0}$. При этом поршень 3 неподвижен, так как вся система находится в атмосфере с тем же давлением $p_{0}$. Через перегородку 1 в объем $V_{1}$ медленно передается количество теплоты $Q$. Какая температура установится в пространстве между перегородкой 1 и поршнем 3? Какое количество теплоты перейдет через перегородку 2?
Подробнее
Задача по физике – 13792
В горизонтальном цилиндрическом сосуде, закрытом поршнем массой $m$, находится идеальный одноатомный газ. Газ нагревают. Поршень, двигаясь равноускоренно, приобретает скорость $v$ (рис.). Найдите количество теплоты $Q$, сообщенное газу к этому моменту. Вне сосуда – вакуум.
Подробнее
Источник