Во время опыта объем сосуда с воздухом

Здесь находится описание темы Ответы к задачам по физике 231684, изучаемой по предмету Физика. Ниже вы разберете ответы на все ваши разнообразные вопросы. Если представленный текст вам не помог, то вы смело можете задать свои вопросы ниже.

Задача 1. 
Две порции одного и того же идеального газа изотермически расширяются при одной и той же температуре. Изотермы представлены на рисунке. Почему изотерма I лежит выше изотермы II? Ответ поясните, указав, какие физические закономерности вы использовали для объяснения.
 

Задача 2. 
Две порции одного и того же идеального газа нагреваются при одном и том же давлении. Графики процессов представлены на рисунке. Почему изобара I лежит выше изобары II? Ответ поясните, указав, какие физические закономерности вы использовали для объяснения.
 
Задача 3.
Определите плотность смеси 64 г кислорода и 56 г азота, если давление смешанного газа 200 кПа, а температура 27°С.
Ответ: 2,4 кг/м3.
 
Задача 4.
Во время опыта объем сосуда с воздухом увеличился в 6 раз, и воздух перешел из состояния 1 в состояние 2 (см. рисунок). Кран у сосуда был закрыт неплотно, и сквозь него мог просачиваться воздух. Определите отношение N2/N1 числа молекул газа в сосуде в конце и начале опыта. Воздух считать идеальным газом.
Ответ: 4.
 
Задача 5.
Теплоизолированный цилиндр разделен подвижным теплопроводящим поршнем на две части. В одной части цилиндра находится гелий, а в другой – аргон. В начальный момент температура гелия равна 300 К, а аргона – 900 К, и объемы, занимаемые газами, одинаковы. Во сколько раз изменится объем, занимаемый гелием, после установления теплового равновесия, если поршень перемещается без трения? Теплоемкостью цилиндра и поршня пренебречь.
Ответ: .
 
Задача 6.
Газовая смесь, состоящая из кислорода и азота, находится в баллоне под давлением р = 1 МПа. Определить парциальное давление р1 кислорода и р2 азота, если массовая доля ω1 кислорода в смеси равна 0,2. Мк = 32·10-3 кг/моль, Маз = 28·10-3 кг/моль.
Ответ: р1 = 0,18 кПа, р2 = 0,82 кПа.
 
Задача 7.
В сосуде находится азот при нормальных условиях. Какое давление установится в сосуде после нагревания газа до температуры 1500°С, при которой 30% молекул распадаются на атомы?
Ответ: 8,44 кПа.
 
Задача 8.
В горизонтально расположенной трубке неизменного сечения, запаянной с одного конца, помещен столбик ртути длиной 15 см, который отделяет воздух в трубке от атмосферы. Трубку расположили вертикально, запаянным концом вниз. На сколько надо нагреть воздух в трубке, чтобы его объем увеличился в 2 раза? Начальная температура воздуха в трубке равна температуре воздуха в лаборатории 300 К. Атмосферное давление 750 мм рт. ст.
Ответ: на 420 К.
 
Задача 9.
В горизонтально расположенной трубке неизменного сечения, запаянной с одного конца, помещен столбик ртути длиной 15 см, который отделяет воздух в трубке от атмосферы. Трубку расположили вертикально, запаянным концом вниз, и охладили на 100ºК. Во сколько раз изменится объем воздуха в трубке? Температура воздуха в лаборатории 300 К. Атмосферное давление 750 мм рт. ст.
Ответ: уменьшится в 1,8 раза.
 
Задача 10.
Вертикально расположенный цилиндрический замкнутый сосуд высотой 50 см разделен подвижным поршнем на две части, в каждой из которых содержится по 0,022 моль идеального газа при температуре 361ºК. Определите вес поршня, если он находится на высоте 20 см от дна сосуда. Толщиной поршня пренебречь. 
Ответ: 110 Н.
 
Задача 11.
Разогретый сосуд прикрыли поршнем, который с помощью вертикальной нерастяжимой нити соединили с потолком. На сколько процентов от начальной понизится температура воздуха в сосуде к моменту, когда сосуд оторвется от поверхности, на которой он расположен? Масса сосуда 5 кг. Поршень может скользить по стенкам сосуда без трения. Площадь дна сосуда 125 см2. Атмосферное давление 105 Па. Тепловым расширением сосуда и поршня пренебречь.
Ответ: 4%.
 
Задача 12. 
В цилиндр закачивается воздух со скоростью 0,002 кг/с. В верхнем торце цилиндра есть отверстие площадью м2, закрытое предохранительным клапаном. Клапан удерживается в закрытом состоянии невесомым стержнем длиной 0,5 м, который может свободно поворачиваться вокруг оси в точке А (см. рисунок). Расстояние АВ равно 0,1 м. К свободному концу стержня подвешен груз массой 2 кг. Клапан открывается через 580 с работы насоса, если в начальный момент времени давление воздуха в цилиндре было равно атмосферному. Температура воздуха в цилиндре и снаружи не меняется и равна 300ºК. Определите объем цилиндра.
 
 
Ответ: 0,5 м3.
 
Задача 13. 
Воздушный шар с газонепроницаемой оболочкой массой 400 кг заполнен 100 кг гелия. Он может удержать в воздухе на высоте, где температура воздуха 17ºС, а давление 105 Па, груз массой 225 кг. Дрейфуя в воздухе, шар попадает в область, где температура воздуха на 2ºС ниже. Как поведет себя шар в этой области (будет ли он опускаться, подниматься или останется на прежней высоте)? Считать, что температура гелия в шаре равна температуре окружающего воздуха и оболочка шара не оказывает сопротивления изменению объема шара, что воздушных течений в вертикальном направлении нет.
Ответ: Шар останется на той же высоте.
 
Задача 14.
Воздушный шар, оболочка которого имеет массу М = 145 кг и объем V = 230 м3, наполняется горячим воздухом при нормальном атмосферном давлении и температуре окружающего воздуха 
t0 = 0оС. Какую минимальную температуру t должен иметь воздух внутри оболочки, чтобы шар начал подниматься? Оболочка шара нерастяжима и имеет в нижней части небольшое отверстие.
Ответ: 538 К.
 
Задача 15.
Воздушный шар объемом 2500 м3 с массой оболочки 400 кг имеет внизу отверстие, через которое воздух в шаре нагревается горелкой до температуры 77ºС. Какой должна быть максимальная температура окружающего воздуха плотностью 1,2 кг/м3, чтобы шар взлетел вместе с грузом (корзиной и воздухоплавателем) массой 200 кг? Оболочку шара считать нерастяжимой.
Ответ: .
 
Задача 16.
Сферическая оболочка воздушного шара сделана из материала, квадратный метр которого имеет массу 1 кг. Шар наполнен гелием при атмосферном давлении 105 Па. При каком минимальном радиусе шар поднимает сам себя? Температура гелия и окружающего воздуха равны 0°С.
Ответ: 2,6 м.
 
Задача 17.
В сосуде объёмом 10 л находится влажный воздух с относительной влажностью 40% под давлением 1 атм. На сколько процентов возрастёт давление, если в сосуд дополнительно внести 4 г воды? Температура в сосуде поддерживается равной 100ºС.
Ответ: 60%.
 
Задача 18.
Если в замкнутом сосуде под поршнем находится воздух и m = 21 г воды в виде равновесной смеси пара и жидкости при постоянной температуре и объем сосуда изотермически увеличивают в 7 раз, то какова будет относительная влажность воздуха в сосуде? Считать, что при этом испаряется  = 12 г воды и вся вода переходит в парообразное состояние. Плотность пара принять пренебрежимо малой по сравнению с плотностью жидкости.
Ответ: 33,3%.
 
Задача 19.
В сосуде при температуре 100ºС находится влажный воздух с относительной влажностью 90% под давлением 1 атм. Объём сосуда изотермически уменьшили в 2 раза. На сколько процентов надо вместо этого увеличить абсолютную температуру, чтобы получить такое же конечное давление? Объёмом сконденсировавшейся воды пренебречь.                           
Ответ: 20%.

Задача 1.
В цилиндре закрытом подвижным поршнем, находится одноатомный идеальный газ. Во время опыта газ сжали и охладили так, что его объём уменьшился в 4 раза, а абсолютная температура стала меньше в 6 раз. Оказалось, однако, что газ мог просачиваться сквозь зазор вокруг поршня и за время опыта давление газа снизилось в 3 раза. Во сколько раз изменилось внутренняя энергия газа в цилиндре?
Ответ: в 12 раз.
 
Задача 2.
Сосуд объемом V = 2 м3 разделен пористой перегородкой на две равные части. В начальный момент в одной части сосуда находится гелий массой m = 1 кг, в другой – аргон массой m = 1кг. Атомы гелия могут свободно проникать через перегородку, атомы аргона – нет. Начальная температура гелия равна температуре аргона: Т = 300 К. Определите внутреннюю энергию гелий-аргоновой смеси после установления равновесия в системе.
Ответ: 560 кДж.
 
Задача 3.
Некоторое количество гелия расширяется: сначала адиабатно, а затем изобарно. Конечная температура газа равна начальной. При адиабатном расширении газ совершил работу, равную 4,5 кДж. Какова работа газа за весь процесс?    
Ответ: 7500 Дж.                                                 
 
Задача 4.
Один моль идеального одноатомного 
газа сначала изотермически расширился 
(Т1 = 300 К). Затем газ охладили, понизив давление в 3 раза (см. рисунок). Какое количество теплоты отдал газ на участке 2 − 3?
Ответ: 2493 Дж.
 
Задача 5.
10 молей одноатомного идеального газа 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?
Ответ: 41,6 кДж.
 
Задача 6.
Один моль идеального одноатомного газа сначала охладили, а затем нагрели до первоначальной температуры 300К, увеличив объем газа в 3 раза (см. рисунок). Какое количество теплоты отдал газ на участке 1-2?
Ответ: 2,5 кДж.
 
Задача 7.
Один моль одноатомного идеального газа переходит из состояния 1 в состояние 3 в соответствии с графиком зависимости его объёма V от температуры T (T0 = 100 К). На участке 2 – 3 к газу подводят 2,5 кДж теплоты. Найдите отношение работы газа А123 ко всему количеству подведенной к газу теплоты Q123.
Ответ: 0,5.
 

Задача 8. 
С одним молем идеального одноатомного газа совершают процесс 1-2-3-4, показанный на рисунке в координатах р-Т.
Во сколько раз количество теплоты, полученное газом в процессе 1-2-3-4 больше работы газа в этом процессе?
Ответ: .
 
Задача 9.
Один моль аргона, находящийся в цилиндре при температуре T1 = 600ºК и давлении р1= 4·105 Па, расширяется и одновременно охлаждается так, что его температура при расширении обратно пропорциональна объему. Конечное давление газа р2= 105 Па. Какую работу газ совершил при расширении, если он отдал холодильнику количество теплоты = 1247 Дж?
Ответ: А ≈ 2493 Дж.
 
Задача 10.
В цилиндре, закрытом подвижным поршнем, находится идеальный газ. Его переводят из состояния 1 в состояние 2, а затем в состояние 3, как показано на рисунке ( – изменение внутренней энергии газа, Q – переданное ему количество теплоты). Меняется ли объем газа в процессе проведения опыта, и если меняется, то как? Ответ обоснуйте, указав, какие физические закономерности вы использовали для объяснения.
 
Задача 11.
В вакууме закреплен горизонтальный цилиндр с поршнем. В цилиндре находится 0,1 моль гелия. Поршень удерживается упорами и может скользить влево вдоль стенок цилиндра без трения. В поршень попадает пуля массой 10 г, летящая горизонтально со скоростью 400 м/с, и застревает в нем. Температура гелия в момент остановки поршня в крайнем левом положении возрастает на 64ºК. Какова масса поршня? Считать, что за время движения поршня газ не успевает обменяться теплом с поршнем и цилиндром.

 
Ответ: 90 кг.
 
Задача 12.
Один моль одноатомного газа совершает цикл, состоящий из двух изохор и двух изобар. При этом максимальный объем в 3 раза больше минимального, а максимальное давление в 2 раза больше минимального. Определить КПД цикла.
Ответ: 17,4 %.
 
Задача 13.
Идеальный одноатомный газ используется в качестве рабочего тела в тепловом двигателе. В ходе работы двигателя состояние газа изменяется в соответствии с циклом, состоящим из двух адиабат и двух изохор (см. рисунок). Вычислите КПД такого двигателя.
 
Ответ: 37,5%.
 

Задача 14.
В теплоизолированный сосуд с большим количеством льда при температуре t1 = 0°C заливают m = 1 кг воды с температурой 
t2 = 44°C. Какая масса льда Δm расплавится при установлении теплового равновесия в сосуде?
Ответ: 560 г.
 
Задача 15.
В калориметре находилось m1 = 1 кг льда. Какой была температура t1 льда, если после добавления в калориметр m2 = 4 кг воды, имеющей температуру t2 = 20°С, в калориметре установилось тепловое равновесие при t = 0°С, причем в нем оказалась только вода?
Ответ: -2,86 К.
 
Задача 16.
Смесь, состоящую из 2,51 кг льда и 7,53 кг воды при общей температуре 0ºС, нужно нагреть до температуры 50ºС, пропуская пар при температуре 100ºС. Определите необходимое для этого количество пара.
Ответ: 1,16 кг.
 
Задача 17.
Из сосуда с небольшим количеством воды при 0ºС откачивают воздух. При этом испаряется 6,6 г воды, а оставшаяся часть замерзает. Найдите массу образовавшегося льда. Удельная теплота парообразования воды при 0ºС равна 2,5·106 Дж/кг, удельная теплота плавлени льда 3,3·105 Дж/кг.
Ответ: 50 г.
 
Задача 18.
В сосуд с водой опущена трубка. По трубке через воду пропускают пар при температуре 100ºС. Вначале масса воды увеличивается, но в некоторый момент масса воды перестает увеличиваться, хотя пар по-прежнему пропускают. Первоначальная температура воды 0°С. На сколько процентов увеличилась масса воды в сосуде?
Ответ: на 18%.
 
Задача 19.
В медный стакан калориметра массой 200 г, содержащий 150 г воды, опустили кусок льда, имевший температуру 0С. Начальная температура калориметра с водой 25С. В момент времени, когда наступит тепловое равновесие, температура воды и калориметра стала равной 5С. Рассчитайте массу льда. Удельная теплоемкость меди 390 Дж/кгК, удельная теплоемкость воды 4200 Дж/кгК, удельная теплота плавления льда 3,35105 Дж/кг. Потери тепла калориметром считать пренебрежимо малыми.
Ответ: 0,04 кг.
 
Задача 20.
В закрытом сосуде вместимостью 20 л находится воздух при нормальных условиях. Его нагревают электрическим нагревателем, сила тока в котором 2А при напряжении 100 В. КПД нагревателя 13%. Каким станет давление в сосуде через 10 минут? Удельная теплоемкость воздуха в данном процессе равна 716 Дж/(кг·К), а его плотность при нормальных условиях 1,29 кг/м3.
Ответ: 4·105 Па.