Во время опыта объем сосуда с воздухом увеличился в 2 раза

Поиск задачи:

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.

Источник