Меню

Азот нагревается при постоянном давлении 100 кпа

Примеры решения задач

1. В теплоизолированном сосуде находятся вода и лед при температуре 0С. Массы воды и льда соответственно равны 0,5 кг и 60 г. В воду впускается водяной пар массой 10 г при температуре 100С. Какой станет температура воды в сосуде после установления теплового равновесия? Теплоемкость сосуда в расчетах не учитывать.

Проверим сначала, достаточно ли выделяющегося при конденсации пара количества теплоты Q3 для плавления льда.

При конденсации пара выделяется количество теплоты Q3:

Для плавления льда требуется количество теплоты Q2:

Q2 = 610 -2 кг3,310 5 Дж/кг  210 4 Дж;

Q3 = 2,2610 6 Дж/кг10 -2 кг = 2,2610 4 Дж.

Сравнение количеств теплоты Q3 и Q2 показывает, что Q3  Q2, поэтому уравнение теплового баланса имеет вид

Теплота выделяется при конденсации пара массой m3 и остывании сконденсировавшейся воды от температуры Т2 до некоторого значения Т3, а поглощается при плавлении льда массой m2 и нагревании воды массой (m1 + m2) от температуры Т1 до равновесного значения Т3. Обозначив Т3 – Т1 = Т, для разности Т2 – Т3 получим

Уравнение теплового баланса приобретает вид

;

.

Тогда Т3 = 273 К + 3 К = 276 К.

2. Смешивают m1 = 300 г воды при температуре t1 = 10С и m2 = 400 г льда при температуре t2 = -20С. Определить установившуюся температуру  смеси. Удельная теплоемкость воды с1 = 4,1910 3 Дж/(кгК), льда с2 = 2,110 3 Дж/(кгК), удельная теплота плавления льда  = 33010 3 Дж/кг.

Подсчитаем сначала количество теплоты, необходимое для нагревания льда до температуры плавления tпл = 0С.

Теперь найдем количество теплоты, которое отдает вода, охлаждаясь до 0С:

Для того, чтобы нагреть весь лед до 0С недостает Q2Q1 = 4230 Дж. Такое количество теплоты выделится при превращении в лед некоторыой массы воды m3:

= 12,8 г.

Таким образом, в конечном состоянии в cосуде будет m2 + m3 = 412,8 г льда и m1m3 = 287,2 г воды при температуре  = 0С.

3. Азот нагревается при постоянном давлении 100 кПа. Объем азота изменяется на 1,5 м 3 . Определить: 1) работу расширения, 2) количество теплоты, сообщенное газу, 3) изменение внутренней энергии газа, если молярные теплоемкости азота при постоянном объеме и постоянном давлении равны соответственно Cv = 20,9 Дж/(мольК), Cp = 29,3 Дж/(мольК).

Работа расширения газа при p = const, A = p(v2 – v1) = pv,

A = 1,5010 5 Дж = 150 кДж.

Q = cpMT, где cp — удельная теплоемкость при постоянном давлении,

cp = , где — молярная масса газа.

Следовательно, .

Воспользуемся уравнением Менделеева-Клапейрона для двух состояний газа и. Вычитая из второго уравнения первое, имеем

, , или, тогда

; Q = 5,2510 5 Дж = 525 кДж.

Изменение внутренней энергии при постоянном объеме равно количеству теплоты , поэтому;

U = 3,7510 5 Дж = 375 кДж.

4. КПД тепловой машины, цикл которой состоит из 12 – изотермы, 23 – изохоры и 31 – адиабаты, равен . Рабочее вещество машины —  молей идеального газа. КПД машины, работающей по циклу Карно с теми же нагревателем и холодильником, имеющими ту же максимальную и минимальную температуру рабочего вещества, что и в первой машине, равен К. Найти работу газа в первой машине на участке 12, если в состоянии 1 внутренняя энергия газа равна UГ.

Читайте также:  Как найти абсолютное давление в конденсаторе

Процесс, проводимый газом, показан на рис. 47. Для исследуемого цикла Т1 = Т2 > Т3, поэтому , откуда. Найдем теперь КПД цикла, он равен

.

Найдем каждую из теплот

и подставим в выражение для :

,

.

.

Источник

Разбор 30 задач по физике. Механика, Термодинамика и МКТ.

При работе со своими учениками, у меня накапливается много задач. Поэтому я публикую разборы задач в свободный доступ, стараюсь делать это максимально подробно и понятно, чтобы начинающие могли прочитать и разобраться в нужной для них теме. Ну а за подробными индивидуальными консультациями и репетиторством вы можете написать в мою группу в вк или в личные сообщения . Также большое количество разборов задач вы сможете найти в моей группе Репетитор IT mentor

Задача 1 . На тело массой 100 кг, лежащее на наклонной плоскости, которая образует с горизонтом угол 40°, действует горизонтальная сила 1500 Н. Определить:
1) силу, прижимающую тело к плоскости;
2) силу трения тела о плоскость;
3) ускорение, с которым поднимается тело. Коэффициент трения k = 0.10; g = 10м/с².

Задача 2 . Тело движется по горизонтальной плоскости под действием силы F, направленной под углом α к горизонту. Найти ускорение тела, если на него действует сила тяжести P, а коэффициент трения между телом и плоскостью равен k . При какой величине силы F движение будет равномерным.

Задача 3 . Два шара массами m1 = 2.5 кг и m2 = 1.5 кг движутся навстречу друг другу со скоростями v1 = 6 м/c и v2 = 2 м/c . Определить: 1) скорости шаров после удара; 2) кинетические энергии шаров до и после удара; 3)энергию, затраченную на деформацию шаров при ударе. Удар считать прямым, неупругим.

Прикрепляю очередной разбор задачи по физике по теме закона сохранения импульса. Неупругие шары после удара не восстанавливают свою первоначальную форму. Таким образом, сил, которые отталкивали бы шары друг от друга, не возникает. Это значит, что после удара шары будут двигаться вместе (слипшись) с одной и той же скоростью . Эту скорость определим по закону сохранения импульса. Так как шары двигаются по одной прямой, то можно записать импульс системы до удара и после удара. Считаем, что в задаче не действует диссипативных сил (сил трения, сопротивления воздуха и т.д.), поэтому импульс вдоль оси Ox сохраняется, тогда (смотри решение на картинке). Расписал довольно подробно, но если что-то не будет понятно, то задавайте вопросы в комментариях.

Задача 4 . Диск массой m, радиус которого R , вращается с угловой скоростью ω0 вокруг оси, перпендикулярной плоскости диска и проходящей через его центр. После прекращения действия на него силы диск останавливается в течение времени t. Определить угловое ускорение диска и тормозящий момент, действующий на него.

Задача 5 . Два тела массами m1 и m2 связаны нитью, перекинутой через блок массой M . Найти ускорение тел, считая блок сплошным диском.

Задача 6 . Шар катится по горизонтальной поверхности со скоростью v . На какую высоту h относительно своего первоначального положения поднимется шар, если он начнет вкатываться на наклонную плоскость без проскальзывания?

Читайте также:  Циркуляционные насосы с постоянным перепадом давления

Задача 7 . На краю вращающейся с угловой скоростью ω0 платформе стоит человек массой m. После того, как человек перешёл в другую точку платформы, угловая скорость её вращения стала равной ω. Найти расстояние от оси вращения до человека, считая платформу диском массой M и радиусом R.

Задача 8 . Тело массой m брошено со скоростью v0 под углом α к горизонту. Найти кинетическую и потенциальную энергию тела в высшей точке траектории.

Задача 9 . На горизонтальной поверхности находятся два тела массами m1 = 10 кг и m2 =15 кг, связанные нитью. К телу массой m2 прикладывают силу F = 100 Н, направленную под углом α = 60° к горизонту. Определить ускорение грузов и силу натяжения нити, соединяющей грузы. Трением пренебречь. (обязательно указать все силы на чертеже!)

Задача 10 . На поверхности стола лежит груз массой m2 = 2 кг. На нити, прикрепленной к грузу m2 и перекинутой через невесомый блок, подвешен груз m1 = 1 кг. Коэффициент трения груза о поверхность стола 0,2. Найти ускорение грузов и силу натяжения нити.

Задача 11 . Лодка массой 200 кг и длиной 3 м стоит неподвижно в стоячей воде. Мальчик массой 40 кг в лодке переходит с носа на корму. Определите, на какое расстояние при этом сдвинется лодка.

Считаем, что в нашей задаче не действует внешних сил, поэтому по теореме о центре массы системы грузов, можно считать, что координаты центра масс сохраняются в проекциях на ось OX (по оси OY движения не происходит). Проведем ось Y(ноль оси X) через центр лодки, тогда можно записать координаты человека и лодки до перехода человека с носа на корму.

Задача 12 . Шарик массой 5 кг подвешен на нити. Нить может выдержать максимальное натяжение 100 Н. На какой минимальный угол от положения равновесия нужно отклонить нить с шариком, чтобы он оборвал нить, проходя через положение равновесия? (обязательно сделать рисунок, указать действующие силы!)

Задача 13 . Два неупругих шара массами m1=2 кг и m2=3 кг движутся со скоростями соответственно v1=8 м/c и v2=4м/с. Определить количество теплоты, выделившееся при их столкновении. Рассмотреть 2 случая: 1) шары движутся навстречу друг другу; 2) меньший шар догоняет больший.

Задача 14 . Тело совершает гармонические колебания по закону x(t) = 50⋅sin(π/3⋅t) (см). Определить полную энергию тела, если его масса 0,2 кг. Какая сила действует на тело в момент времени t = 0,5 с?

Задача 15 . Два математических маятника, длины которых отличаются на Δℓ =16 см, совершают за одно и то же время: один − 10 колебаний, другой − 6 колебаний. Определить длины маятников.

Задача 16 . Определить, сколько молей и молекул водорода содержится в объёме V = 5 м³ под давлением Р = 767 мм.рт.ст. при температуре t = 18 ° С. Какова плотность газа?

Задача 17 . Сколько кислорода выпустили из баллона ёмкостью 1 дм3, если давление его изменилось от 14 атм до 7 атм, а температура от 27°С до 7 °С ?

Читайте также:  Давление у человека в активном состоянии

Задача 18 . В сосуде объёмом V = 2 м³ находится смесь m1 = 4 кг гелия и m2 = 2 кг водорода при температуре 27°С. Определить давление и молярную массу смеси газов.

Задача 19 . В сосуде содержится смесь газов: гелия массой 12 г и водорода массой 2 г, температура в сосуде 77°С, давление 20 кПа. Определить молярную массу и плотность смеси газов.

Задача 20 . Гелий массой 20 г нагрели от 100°С до 400°С, причем газу была передана теплота 30 кДж. Найти изменение внутренней энергии гелия и совершенную им работу.

Задача 21 . При изотермическом расширении от 0,1 м3 трех молей газа его давление меняется от 4,48 атм до 1 атм. Найти совершаемую при этом работу и температуру, при которой протекает процесс.

Задача 22 . Моль идеального газа, имевший первоначально температуру 300ºК, расширяется изобарически до тех пор, пока его объем не возрастет в 3 раза. Затем газ охлаждается изохорически до первоначальной температуры. Определить суммарное получаемое газом количество теплоты. Обязательно нарисовать графики процессов.

Задача 23 . Азот массой m = 1 кг занимает при температуре Т1 = 300 К объём V = 0,5 м³. В результате адиабатного сжатия давление газа увеличилось в 3 раза. Определить конечный объём газа и конечную температуру.

Задача 24 . Газ расширяется адиабатически, причём объём его увеличивается вдвое, а термодинамическая температура падает в 1,32 раза. Какое число степеней свободы i имеют молекулы этого газа?

Задача 25 . Баллон ёмкостью V = 20 л с кислородом при давлении Р = 107 Па и температуре t1 = 70 ºС нагревается до температуры t2 = 270 ºС. Какое количество теплоты при этом поглощает газ?

Задача 26 . Азот, занимающий при давлении, равном Р1 = 10⁵ Па объём V1 = 10 л, расширяется вдвое. Найти конечное давление и работу, совершённую газом в процессах: а) изобарном; б) изотермическом; в) адиабатном.

Задача 27 . Кислород, масса которого 200 г, нагревают от температуры Т1 =300 К до Т2 = 400 К. Найти изменение энтропии, если известно, что начальное и конечное давление газа одинаковы и близки к атмосферному.

Задача 28 . Идеальная тепловая машина, работающая по циклу Карно, совершает за один цикл работу А = 1,5∙10⁵ Дж. Температура нагревателя Т1 = 400 К, температура холодильника Т2 = 260 К. Найти КПД машины, количество теплоты Q1, получаемое машиной за один цикл от нагревателя, и количество теплоты Q2, отдаваемое за один цикл холодильнику.

Задача 29 . Найти суммарную кинетическую энергию Е поступательного движения всех молекул, содержащихся в объёме V = 1 дм³ газа при атмосферном давлении.

Задача 30 . Чему равны средние кинетические энергии поступательного и вращательного движения молекул, содержащихся в 100 г водорода при температуре 400 К ? Чему равна полная внутренняя энергия газа?

Спасибо, что дочитали до конца, дорогие подписчики 🙂 Если вам интересен подобный контент и разборы задач, то оставляйте обратную связь в виде лайков и комментариев.

Еще много полезного и интересного вы сможете найти на ресурсах:
Репетитор IT mentor в VK

Источник

Adblock
detector