1. Воздух массой 87 кг нагревается от 10 °С до 30 °С. Определите изменение внутренней энергии воздуха. Молярную массу воздуха следует принять равной 2,9 • 10-2 кг/моль, а воздух считать двухатомным (идеальным) газом. [0,125 МДж]
Правильный ответ на задачу
.
2. Найдите изменение внутренней энергии гелия при изобарном расширении газа от начального объема 10 л до конечного 15 л Давление газа 104 Па. [75 Дж]
Правильный ответ на задачу
.
3. Молекулярный кислород находится под давлением 105 Па в сосуде объемом 0,8 м3. При изохорном охлаждении внутренняя энергия газа уменьшается на 100 кДж. Чему равно конечное давление кислорода? [5 ⋅ 104 Па]
Правильный ответ на задачу
.
4. Определите, какое давление воздуха установится в двух комнатах, имеющих объем V1 и V2, если между ними открывается дверь Первоначальное давление воздуха в комнатах р1 и р2, а температура одинакова.
Правильный ответ на задачу
.
5. При стыковке двух космических кораблей их отсеки соединяются между собой Объем первого отсека V1 = 12 м3, второго — V2 = 20 м3. Давление и температура воздуха в отсеках равны р1 = 0,98 105 Па, р2 = 1,02 ⋅ 105 Па, t1 = 17 °С, t2 = 27 °С. Какое давл
§55. Работа газа при изопроцессах. Ответы на вопросы
1. Как можно преобразовать хаотическое движение молекул газа в направленное движение макроскопического тела?
Правильный ответ на задачу
.
2. От каких величин зависит работа, совершаемая силой давления газа?
Правильный ответ на задачу
.
3. Какую по знаку работу совершает газ при расширении и при сжатии?
Правильный ответ на задачу
.
4. Какой геометрический смысл имеет работа на диаграмме р, V?
Правильный ответ на задачу
.
5. Газ, занимающий объем V1 и имеющий давление p1, расширяется до объема V2 один раз изобарно, а другой — изотермически. В каком случае работа расширения газа больше? Обоснуйте ответ графически.
1. Азот массой m = 0,28 кг нагревается изобарно от температуры Т1 = 290 К до температуры Т2 = 490 К. Какую работу совершает газ при этом нагревании? Найдите изменение его внутренней энергии. [1,66 МДж; 41,55 МДж]
Правильный ответ на задачу
.
2. Кислород массой m = 50 г имеет температуру T1 = 320 К. В результате изохорного охлаждения давление кислорода уменьшилось вдвое, а затем после изобарного расширения температура газа в конечном состоянии стала равна первоначальной. Изобразите на диаграмм
Правильный ответ на задачу
.
3. Определите работу, совершаемую гелием при переходе из состояния 1 в состояние 6 (рис. 200). [9 кДж]
Правильный ответ на задачу
.
4. Изменение состояния идеального газа изображено на диаграмме V, Т (рис. 201). Начальное давление газа р1 = 105 Па и его объем V1 = 3 м3 известны Изобразите изменение состояния газа на диаграмме р, V Найдите работу, совершаемую газом в процессе 1—2—3—4,
Правильный ответ на задачу
.
5. Два моля идеального газа сжимаются изотермически при температуре Т = 300 К до половины первоначального объема. Какая работа совершается газом? Изобразите качественно рассматриваемый процесс на диаграмме р, V. [-3,46 кДж]
§56. Первый закон термодинамики. Ответы на вопросы
1. Как определяется изменение внутренней энергии системы согласно первому закону термодинамики?
Правильный ответ на задачу
.
2. На что расходуется, согласно первому закону термодинамики, количество теплоты, подведенное к системе?
Правильный ответ на задачу
.
3. Сформулируйте первый закон термодинамики для изохорного процесса
Правильный ответ на задачу
.
4. Запишите первый закон термодинамики для изотермического процесса.
Правильный ответ на задачу
.
5. Сформулируйте первый закон термодинамики для изобарного процесса. Почему при изобарном расширении газа от объема V1 до объема V2 требуется большее количество теплоты, чем при изотермическом процессе?
1. При подведении к идеальному газу количества теплоты 125 кДж газ совершает работу 50 кДж против внешних сил. Чему равна конечная внутренняя энергия газа, если его энергия до подведения количества теплоты была равна 220 кДж? [295 кДж]
Правильный ответ на задачу
.
2. Кислород массой 32 г находится в закрытом сосуде под давлением 0,1 МПа при температуре 17 °С. После нагревания давление в сосуде увеличилось в 2 раза. Найдите: 1) объем сосуда; 2) температуру, до которой нагрели газ; 3) количество теплоты, сообщенное г
Правильный ответ на задачу
.
3. Какое количество теплоты было подведено к гелию, если работа, совершаемая газом при изобарном расширении, составляет 2 кДж? Чему равно изменение внутренней энергии гелия? [5 кДж; 3 кДж]
Правильный ответ на задачу
.
4. Какое количество теплоты требуется для изобарного увеличения объема молекулярного азота массой 14 г, имеющего до нагревания температуру 27 °С, в 2 раза? [4,36 кДж]
Правильный ответ на задачу
.
5. Рассчитайте результирующее изменение внутренней энергии газа и подведенное к нему количество теплоты по диаграмме р, V (см задачу 3 к § 55). [5,625 кДж; 14,625 кДж]
1. При адиабатном расширении воздуха была совершена работа 500 Дж Чему равно изменение внутренней энергии воздуха? [-500 Дж]
Правильный ответ на задачу
.
2. При адиабатном сжатии 8 моль гелия в цилиндре компрессора была совершена работа А = 1 кДж. Определите изменение температуры газа. [40,1 °С]
Правильный ответ на задачу
.
3. При адиабатном расширении 64 г кислорода O2, находящегося при нормальных условиях, температура газа увеличилась в 2 раза. Найдите: изменение внутренней энергии, работу расширения газа. [-11,3 кДж; 11,3 кДж]
Правильный ответ на задачу
.
4. Температура азота массой m = 1,4 кг в результате адиабатного расширения упала на 20 °С Какую работу совершил газ при расширении? [31,16 кДж]
Правильный ответ на задачу
.
5. Молекулярный кислород занимает объем V1 = 2 м3 при нормальных условиях При сжатии газа без теплообмена с окружающей средой совершается работа А = 50,5 кДж. Чему равна конечная температура кислорода?
1. Какие устройства относят к тепловым двигателям? Почему в качестве рабочего тела в тепловых двигателях используют газы и пары?
Правильный ответ на задачу
.
2. Почему наличие нагревателя и холодильника является необходимым условием для циклического получения полезной механической работы в тепловом двигателе?
Правильный ответ на задачу
.
3. Как определяют КПД замкнутого цикла?
Правильный ответ на задачу
.
4. Какие тепловые процессы являются наиболее эффективными для получения максимальной работы в тепловом двигателе? Чему равен КПД цикла Карно?
Правильный ответ на задачу
.
5. В чем состоит отрицательное воздействие тепловых двигателей на окружающую среду? Какие методы защиты окружающей среды используют в настоящее время?
1. Кислород совершает замкнутый цикл, изображенный на диаграмме р, V (рис 210) Найдите графически и рассчитайте работу, совершенную газом в каждом изопроцессе и в результате цикла. На каких участках к газу подводится количество теплоты? Чему равно количес
Правильный ответ на задачу
.
2. Количество теплоты, получаемое двигателем от нагревателя, 100 Дж, а отдаваемое холодильнику 75 Дж. Найдите КПД двигателя и совершаемую работу [25%, 25 Дж]
Правильный ответ на задачу
.
3. Чему равно максимальное теоретическое значение КПД паровой машины, работающей в интервале температур 100—400 °С? [75%]
Правильный ответ на задачу
.
4. Паровая машина работает в интервале температур t1 = 120 °С, t2 = 320 °С, получая от нагревателя количество теплоты Q1 = 200 кДж за каждый цикл. Найдите: 1) КПД машины, 2) работу, совершаемую за цикл; 3) количество теплоты, отдаваемое за цикл. [62,5%; 1
Правильный ответ на задачу
.
5. Двигатель автомобиля расходует за час работы 5 кг бензина При этом температура газа в цилиндре двигателя Т1 = 1200 К, а отработанного газа Т2 = 370 К. Удельная теплота сгорания бензина q=46 МДж/кг Определите мощность, развиваемую двигателем. [44 кВт]
1. Пары серебра конденсируются при температуре 2466 К Какое количество теплоты выделяется при конденсации 0,5 кг серебра? Удельная теплота парообразования серебра r = 2,34 МДж/кг [1,17 МДж]
Правильный ответ на задачу
.
2. Организм человека в результате обменных процессов генерирует тепловую мощность 75 Вт. Постоянство температуры тела обеспечивается, в частности, испарением воды с поверхности кожи Какое количество воды испаряется с поверхности кожи за 1ч? [0,11кг]
Правильный ответ на задачу
.
3. Для нагревания в электрочайнике некоторой массы воды от температуры t1 = 0 °С до кипения потребовался промежуток времени Δt1= 3 мин. На последующее обращение в пар этой же массы воды потребовалось время Δt2 = 16 мин 3 с. Найдите удельную те
Правильный ответ на задачу
.
4. Какое количество теплоты требуется для превращения 1 кг воды при t1 = 0 °С в пар при t2 = 100 °С? [2,68 МДж]
Правильный ответ на задачу
.
5. В теплоизолированный сосуд, содержащий m1 = 100 г воды при температуре t1 = 10 °С, впускают водяной пар при температуре t2 = 110 °С Определите содержание вещества в сосуде после установления теплового равновесия При какой температуре установится теплов
§62. Давление насыщенного пара. Влажность воздуха. Задачи
1. Давление водяного пара в воздухе при температуре 30 °С равно 2,52 кПа. Определите относительную влажность воздуха, если давление насыщенного пара при этой температуре равно 4,2 кПа. [60%]
Правильный ответ на задачу
.
2. В сосуде находится воздух, температура которого t1 = 30 °С и относительная влажность φ1 = 60%. Чему будет равна влажность воздуха, если его нагреть до температуры t2 = 100 °С? Давление насыщенных паров воды при температуре 17 °С равно 4,2 кПа. [3,1
Правильный ответ на задачу
.
3. Воздух, имеющий при атмосферном давлении в комнате температуру 20 °С и относительную влажность 30%, остывает до температуры 0 °С Определите относительную влажность воздуха при температуре 0 °С. Давление насыщенного пара при указанной температуре равно
Правильный ответ на задачу
.
4. Вечером температура воздуха была 20 °С, а его относительная влажность 50% Ночью температура упала до 7 °С Выпала ли роса? Давление насыщенных паров при 20 °С равно 2,5 • 102 Па, при 7 °С оно составляет 102 Па.
Правильный ответ на задачу
.
5. В объеме 10 л содержится насыщенный водяной пар при температуре 100 °С. Какую работу надо совершить, чтобы в результате изотермического сжатия уменьшить объем паров до 5 л? [505 Дж]
