|
|
Главная >> Молекулярная физика. Термодинамика. Физика 10 класс. Мякишев |
|
Глава 5. Законы термодинамики
Упражнение 4 на тему: Законы термодинамики1. Если бы реки потекли вспять, означало бы это нарушение закона сохранения энергии? 2. Покажите, что нарушение второго закона термодинамики в формулировке Клаузиуса ведет к нарушению второго закона термодинамики в формулировке Кельвина. 3. Понизится ли температура в комнате, если открыть дверцу работающего холодильника? 4. В вертикальном цилиндре под поршнем, площадь поперечного сечения которого S = 20 см2, находится столб газа высотой h = 60 см при температуре t = 27 °С. Поршень может перемещаться без трения. Масса поршня m = 10 кг. Цилиндр нагрели на ΔТ = 50 К. Определите работу А', совершенную газом. Атмосферное давление р = 105 Па. 5. Каковы первоначальная температура и объем гелия, находящегося под поршнем в цилиндре, если при охлаждении газа до t = -23 °С поршень с лежащим на нем грузом общей массой m1 = 16 кг совершает работу А = 400 Дж? Площадь поршня S = 200 см2, атмосферное давление р0 нормальное, масса гелия m1 = 5 г. 6. При изобарном расширении некоторого количества идеального газа он совершает работу А = 4000 Дж. Определите количество теплоты Q1, полученное газом. Молярная теплоемкость газа при постоянном давлении Ср = 21 Дж/(моль • К). 7. В сосуд с водой при температуре t0 = 0 °С опустили цилиндрический медный стержень, нагретый до температуры t1 = 300 °С, после чего температура воды повысилась до t = 23 °С. Объем воды V = 10 л; площадь сечения стержня S = 20 см2. Определите длину стержня l. Плотность меди ρм = 8,9 • 103 кг/м3. Удельная теплоемкость воды св = 4,19 • 103 Дж/(кг • К), удельная теплоемкость меди см = 380 Дж/(кг • К). Нагреванием сосуда, а также потерями тепла пренебречь. 8. В калориметр теплоемкостью С = 63 Дж/К было налито масло массой m1 = 250 г при температуре t1 = 12 °С. После опускания в масло медного тела массой m2 = 500 г при температуре t2 — 100 °С установилась температура t = 33 °С. Какова удельная теплоемкость с1 масла по данным опыта? Удельная теплоемкость меди с2 = 380 Дж/(кг • К). 9. Стальной осколок снаряда, падая с высоты h = 500 м, имел у поверхности Земли скорость υ = 50 м/с. На сколько градусов увеличится температура осколка при падении? Считать, что механическая энергия, потерянная осколком, полностью превратилась во внутреннюю энергию. Удельная теплоемкость стали с = 460 Дж/(кг • К). 10. На тележку массой М, двигающуюся горизонтально с постоянной скоростью 11. Свинцовая дробинка, летящая со скоростью υ = 100 м/с, попала в доску и застряла в ней. На сколько градусов повысилась температура дробинки, если 50% механической энергии дробинки превратилось во внутреннюю энергию?
12. Предложен следующий проект вечного двигателя (рис. 5.22). Закрытый сосуд разделен на две половины герметичной перегородкой, сквозь которую пропущены трубка и водяная турбина в кожухе с двумя отверстиями. Давление воздуха в нижней части больше, чем в верхней. Вода поднимается по трубке и наполняет открытую камеру. В нижней части очередная порция воды выливается из камеры турбины, подошедшей к отверстию кожуха. Почему машина не будет работать вечно? 13. В вертикальном цилиндре под тяжелым поршнем находится кислород массой m = 2 кг. Для повышения температуры кислорода на ΔТ = 5 К ему сообщили количество теплоты Q1 = 9160 Дж. Найдите работу, совершенную кислородом при расширении, и увеличение его внутренней энергии. 14. В теплоизолированном цилиндре с поршнем находится азот массой m = 0,2 кг при температуре t1 = 20 °С. Азот, расширяясь, совершает работу А' = 4470 Дж. Найдите изменение внутренней энергии азота и его температуру после расширения. Удельная теплоемкость азота при постоянном объеме cV = 745 Дж/(кг • К). 15. Давление азота, находящегося в сосуде объемом V = 3 л, после нагревания возросло на Δр = 2,2 МПа. Определите количество теплоты, сообщенное газу, а также работу, совершенную газом, и изменение его внутренней энергии. 16. В сосуде находится одноатомный газ при температуре t = 17 °С и давлении р = 100 кПа. Объем сосуда V = 3 л. Газ изохорно нагревают на Δt = 100 °С. Определите изменение внутренней энергии газа. Какое количество теплоты было передано газу в этом процессе? 17. Идеальный газ переводят изотермически из состояния 1 в состояние 2 (V2 < V1), затем его переводят изобарно в состояние 3 и возвращают изохорно в состояние 1. Положительную или отрицательную работу совершает газ в каждом из процессов и целиком за цикл? Происходит ли теплообмен между газом и окружающей средой? Начертите график зависимости р от V. 18. Газ, занимающий объем V1 = 1 л при давлении р = 105 Па, расширился изотермически до объема V2 = 2 л. Затем при этом объеме давление газа было уменьшено в 2 раза. В дальнейшем газ расширялся при постоянном давлении до объема V3 = 4 л. Начертите график зависимости р от V и, используя его, установите, при каком из перечисленных процессов газ совершил наибольшую работу.
19. Некоторое количество газа занимает объем V1 = 10 л и находится под давлением p1 = 100 кПа при температуре Т1 = 300 К. Затем газ был нагрет без изменения объема до температуры Т2 = 320 К, а после этого нагрет при постоянном давлении до температуры Т3 = 350 К (рис. 5.23). Найдите работу А, которую совершил газ, переходя из первоначального состояния 1 в состояние 3. 20. Холодильник, потребляющий мощность W за время τ, охладил до 0 °С воду массой m при температуре t. Какое количество теплоты выделил холодильник в комнате за это время при условии, что теплоемкостью холодильника можно пренебречь? 21. В идеальной тепловой машине газ отдал холодильнику 67% теплоты, полученной от нагревателя. Определите температуру Т2 холодильника, если температура нагревателя T1 = 430 К. 22. Какую максимальную работу может совершить идеальный тепловой двигатель, если он в каждом цикле получает количество теплоты Q1 = 103 Дж от нагревателя с температурой Т1 = 1000 К? Температура окружающей среды (холодильника) Т2 = 293 К. 23. Чтобы принять ванну, необходимо нагреть воду объемом V = 200 л от температуры t1 = 7 °С до температуры t2 = 47 °С. Если такое количество теплоты сообщить идеальной тепловой машине, работающей при температуре нагревателя t2 и температуре холодильника t1, то с помощью этой машины можно поднять груз массой m = 4,2 • 104 кг на высоту Н = 10 м. Определите по этим данным удельную теплоемкость воды. Плотность воды ρ = 103 кг/м3. Ускорение свободного падения g ≈ 10 м/с2.
|
|
|