на главную

18. МКТ. Теплообмен. Работа газа. Первый закон термодинамики.

1. Что понимают под внутренней энергией с точки зрения МКТ.

2. Какие существуют способы изменения внутренней энергии.

3. Металлические предметы в комнате всегда кажутся на ощупь холоднее деревянных или пластмассовых. Почему?

4. Как и почему изменяется внутренняя энергия при плавлении, при кристаллизации?

5. Лед принесли в помещение, в котором температура 0 ^оС. Будет ли лед таять?

6. Стальной бак массой 4 кг заменили стальной сеткой массой 1,5 кг и загрузили в термическую печь. Насколько меньше теплоты потребуется для нагревания сетки, чем на нагревание бака от температуры 18 до 918 ^оС? [1035 k]

7. Какое количество теплоты надо затратить на превращение 2 кг льда, взятого при  –10 ^оС, в пар при 110 ^оС? удельную теплоемкость паров воды в интервале от 100 ^оС до 110 ^оС считать равной 1,7 кДж/(кг×К). [6×10⁶]

8. Определить внутреннюю энергию гелия, занимающего объем 5 л и находящегося под давлением 294 кПа. [2,2 k]

9. Одноатомный газ, находящийся при нормальных условиях в закрытом сосуде объемом 20 л, охладили на 91 К. Найти изменение внутренней энергии газа. [4,1 k]

10. Определить изменение внутренней энергии 1 кг идеального газа, охлаждающегося при постоянном объеме, если начальная температура равна 423 K, а давление в результате охлаждения уменьшилось от 8,08 до 2,02 кПа; удельная теплоемкость газа c_v = 700 Дж/(кг×К). [2,2×10⁵]

11. Идеальный газ определенной массы совершает цикл, состоящий из двух изотерм и двух изохор. Изобразить этот цикл в координатах (p, V) и выяснить, как изменяется внутренняя энергия газа на каждом участке цикла.

12. Чтобы охладить 2 л воды, взятой при 80 ^оС, до 60 ^оС, в нее добавляют холодную воду при 10 ^оС. Какое количество холодной воды требуется добавить? [0,8 л]

13. Для приготовления ванны, необходимо смешать холодную воду при 11 ^оС с горячей водой при 66 ^оС. Какое количество и той и другой воды необходимо взять для получения 110 л при 36 ^оС? [60; 50]

14. В стеклянный стакан массой 0,12 кг при температуре 15 ^оС налили 200 г воды при 100 ^оС. Какая температура воды установится в стакане?

15. 1 кг льда, взятому при –50 ^оС, сообщили 520 кДж теплоты. Построить график зависимости температуры от времени получения теплоты.

16. В сосуд с водой с общей теплоемкостью 1,5 кДж/К при температуре 20 ^оС поместили 56 г льда при –8 ^оС. Какая температура установится в сосуде? [279]

17. В сосуд с водой с общей теплоемкостью 1,7 кДж/К при 20 ^оС поместили 100 г льда при –8 ^оС. Какая температура установится в сосуде? [273]

18. Смесь, состоящую из 5 кг льда и 15 кг воды при общей температуре 0 ^оС, нужно нагреть до 80 ^оС с помощью водяного пара при 100 ^оС. Определить необходимое количество пара. [3,5]

19. Быстро откачивая воздух из сосуда, в котором находится небольшое количество воды при 0 ^оС, можно превратить воду в лед. Какая часть первоначального количество воды может быть обращена в лед при 0 ^оС? L = 2,3 МДж/к. [0,8]

20. Переохлажденная вода, имевшая температуру –5 ^оС, перешла в состояние термодинамического равновесия при 0 ^оС. Определить, какая часть воды превратилась при этом в лед. Считать, что удельная теплоемкость воды не зависит от температуры. [0,062]

21. На спиртовке нагревали воду массой 100 г от 16 ^оС до 71 ^оС. При этом был сожжен спирт массой 10 г. Найти КПД установки. [8]

22. Какое количество теплоты надо сообщить железной балке площадью сечения 20 см², чтобы она удлинилась на 6 мм? [3,6 M]

23. В чайник со свистком налили воду массой 1 кг и поставили на плитку мощностью 900 Вт. Через 7 мин раздался свисток. Сколько воды останется в чайнике, после кипения воды в течение 2 мин? Каков КПД плитки? Начальная температура воды 20 ^оС. [89; 0,96]

24. Какое количество теплоты сообщили медному шару, если его объем увеличился на 10 см³?

25. Две медные пластины одинаковой площади, толщиной 4 мм и 6 мм, имеющие температуры 20 ^оС и 200 ^оС, сложили вместе. Определите толщину пластинки после прекращения теплообмена.

26. Вода падает с высоты 1200 м. На сколько повысится температура воды, если на ее нагревание идет 60 % работы силы тяжести? [1,7]

27. С какой скоростью должна лететь свинцовая пуля, чтобы при ударе о препятствие она расплавилась? Начальная температура пули 27 ^оС. [378]

28. Свинцовая пуля, летящая со скоростью 300 м/с, пробивает стену и летит дальше со скоростью 200 м/с. На сколько градусов повышается температура пули, если на ее нагревание идет 30 % выделившейся при ударе теплоты. [58]

29. Какая масса пороха сгорает при выстреле из карабина? Масса пули 10 г, скорость при вылете 700 м/с, КПД карабина 30 %. [2,2 г]

30. С какой высоты должен упасть молот массой 1000 кг на медную болванку массой 25 г, чтобы она полностью расплавилась? Болванке передается 50 % выделившейся теплоты. [2,9]

31. Найти расход бензина автомобиля на пути 1 км при скорости 60 км/ч. мощность мотора 17 кВт, а коэффициент полезного действия 30 %. [74 г]

32. Автомобиль расходует бензин массой 5,67 кг на 50 км пути. Определить мощность, развиваемую двигателем, если скорость при движении 90 км/ч и КПД двигателя 22 %. [29 k]

33. Определить, на сколько увеличивается расход бензина на 1 км пути при движении автомобиля массой 1 т по дороге с подъемом 3 м на 100 м пути по сравнению с расходом бензина на горизонтальной дороге. КПД двигателя 30 %. Скорость постоянна. [21 г]

34. Поезд массой 1000 т при торможении с ускорением 0,2 м/с² останавливается через 100 с. Какое количество теплоты выделилось при торможении? [2×10⁸]

35. Свинцовая пуля массой 10 г, летевшая горизонтально со скоростью 100 м/с, попадает в свинцовую гирю массой 0,2 кг, покоящуюся на гладком горизонтальном столе. Определить температуру системы пуля – гиря, если перед ударом температура пули 230 ^оС, а температура гири 20 ^оС. [340]

36. В холодильник, потребляющий мощность 200 Вт, поместили воду массой 2 кг при температуре 20 ^оС. Через 30 мин вся вода превратилась в лед. Какое количество теплоты выделилось при этом в комнату? [1200]

37. Какую работу совершает идеальный газ при изобарном повышении температуры от 285 до 360 K, если давление и начальный объем газа соответственно равны 190 кПа и 6 м³? [300 k]

38. При температуре 300 K имеется 6,5 г водорода. Вычислить работу газа при его изобарном расширении до объема V₂ = 2V₁. [8,1 k]

39. До какой температуры необходимо изобарно нагреть 700 г азота, находящегося при температуре 291 К, чтобы работа расширения газа оказалась равной 41,5 кДж? [491]

40. Идеальный газ постоянной массы расширяется по закону p = aV, где a – постоянная. Найти работу, производимую газом при увеличении объема от V₁ до V₂.

41. При изотермическом расширении азота массой 100 г, имевшего температуру 280 К, его объем увеличился в 3 раза. Найти: работу, совершенную газом при расширении; изменение внутренней энергии газа; количество теплоты, сообщенное газу. [9000; 0; 9000]

42. В вертикально расположенном цилиндре под поршнем находится газ объемом 2 л при температуре 299 K. Найти работу расширения газа при нагревании его на 100 K. Масса поршня 10 кг, его площадь 50 см², атмосферное давление нормальное. [80]

43. В цилиндре под поршнем площадью 1 дм² находится один моль воздуха. К поршню через блок привешен груз массой 55 кг. Цилиндр охлаждают на 100 K. На какую высоту поднимется груз? Масса поршня 5 кг. Атмосферное давление нормальное. [1,6]

44. В осях V (объем), p (давление) график процесса в идеальном одноатомном газе имеет вид прямой, соединяющей точки (0,8 л; 100 кПа) и (1 л; 80 кПа). Определите максимальное значение внутренней энергии газа в ходе процесса. Масса газа постоянна. [121,5]

45. 5 моль идеального газа нагревают на 10 К так, что температура газа меняется пропорционально квадрату объема газа. Какую работу совершает газ при нагревании? [207,5]

46. Два моля идеального газа нагревают на 10 K так, что температура газа меняется пропорционально квадрату давления. Какую работу совершает газ при нагревании? [83,6]

47. После включения отопления воздух в комнате нагрелся от температуры T_o до температуры T. Во сколько раз изменилась внутренняя энергия воздуха, содержащегося в комнате?

48. Азот нагревается при постоянном давлении 100 кПа. Объем азота изменяется на 1,5 м³. 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 C_V = 20,9 Дж/(моль×К), C_p = 29,3 Дж/(моль×К). [(0,15; 0,5; 0,37) M]

49. При изобарическом нагревании аргон совершил работу A = 8 Дж. Какое количество теплоты было сообщено газу? [20]