-->
|
|
|
Ãëàâíàÿ >> Ìîëåêóëÿðíàÿ ôèçèêà. Òåðìîäèíàìèêà. Ôèçèêà 10 êë. Ìÿêèøåâ |
|
Ãëàâà 5. Çàêîíû òåðìîäèíàìèêè Óïðàæíåíèå 41. Åñëè áû ðåêè ïîòåêëè âñïÿòü, îçíà÷àëî áû ýòî íàðóøåíèå çàêîíà ñîõðàíåíèÿ ýíåðãèè? 2. Ïîêàæèòå, ÷òî íàðóøåíèå âòîðîãî çàêîíà òåðìîäèíàìèêè â ôîðìóëèðîâêå Êëàóçèóñà âåäåò ê íàðóøåíèþ âòîðîãî çàêîíà òåðìîäèíàìèêè â ôîðìóëèðîâêå Êåëüâèíà. 3. Ïîíèçèòñÿ ëè òåìïåðàòóðà â êîìíàòå, åñëè îòêðûòü äâåðöó ðàáîòàþùåãî õîëîäèëüíèêà? 4.  âåðòèêàëüíîì öèëèíäðå ïîä ïîðøíåì, ïëîùàäü ïîïåðå÷íîãî ñå÷åíèÿ êîòîðîãî S = 20 ñì2, íàõîäèòñÿ ñòîëá ãàçà âûñîòîé h = 60 ñì ïðè òåìïåðàòóðå t = 27 °Ñ. Ïîðøåíü ìîæåò ïåðåìåùàòüñÿ áåç òðåíèÿ. Ìàññà ïîðøíÿ m = 10 êã. Öèëèíäð íàãðåëè íà ΔÒ = 50 Ê. Îïðåäåëèòå ðàáîòó À', ñîâåðøåííóþ ãàçîì. Àòìîñôåðíîå äàâëåíèå ð = 105 Ïà. 5. Êàêîâû ïåðâîíà÷àëüíàÿ òåìïåðàòóðà è îáúåì ãåëèÿ, íàõîäÿùåãîñÿ ïîä ïîðøíåì â öèëèíäðå, åñëè ïðè îõëàæäåíèè ãàçà äî t = -23 °Ñ ïîðøåíü ñ ëåæàùèì íà íåì ãðóçîì îáùåé ìàññîé m1 = 16 êã ñîâåðøàåò ðàáîòó À = 400 Äæ? Ïëîùàäü ïîðøíÿ S = 200 ñì2, àòìîñôåðíîå äàâëåíèå ð0 íîðìàëüíîå, ìàññà ãåëèÿ m1 = 5 ã. 6. Ïðè èçîáàðíîì ðàñøèðåíèè íåêîòîðîãî êîëè÷åñòâà èäåàëüíîãî ãàçà îí ñîâåðøàåò ðàáîòó À = 4000 Äæ. Îïðåäåëèòå êîëè÷åñòâî òåïëîòû Q1, ïîëó÷åííîå ãàçîì. Ìîëÿðíàÿ òåïëîåìêîñòü ãàçà ïðè ïîñòîÿííîì äàâëåíèè Ñð = 21 Äæ/(ìîëü • Ê). 7.  ñîñóä ñ âîäîé ïðè òåìïåðàòóðå t0 = 0 °Ñ îïóñòèëè öèëèíäðè÷åñêèé ìåäíûé ñòåðæåíü, íàãðåòûé äî òåìïåðàòóðû t1 = 300 °Ñ, ïîñëå ÷åãî òåìïåðàòóðà âîäû ïîâûñèëàñü äî t = 23 °Ñ. Îáúåì âîäû V = 10 ë; ïëîùàäü ñå÷åíèÿ ñòåðæíÿ S = 20 ñì2. Îïðåäåëèòå äëèíó ñòåðæíÿ l. Ïëîòíîñòü ìåäè ρì = 8,9 • 103 êã/ì3. Óäåëüíàÿ òåïëîåìêîñòü âîäû ñâ = 4,19 • 103 Äæ/(êã • Ê), óäåëüíàÿ òåïëîåìêîñòü ìåäè ñì = 380 Äæ/(êã • Ê). Íàãðåâàíèåì ñîñóäà, à òàêæå ïîòåðÿìè òåïëà ïðåíåáðå÷ü. 8.  êàëîðèìåòð òåïëîåìêîñòüþ Ñ = 63 Äæ/Ê áûëî íàëèòî ìàñëî ìàññîé m1 = 250 ã ïðè òåìïåðàòóðå t1 = 12 °Ñ. Ïîñëå îïóñêàíèÿ â ìàñëî ìåäíîãî òåëà ìàññîé m2 = 500 ã ïðè òåìïåðàòóðå t2 — 100 °Ñ óñòàíîâèëàñü òåìïåðàòóðà t = 33 °Ñ. Êàêîâà óäåëüíàÿ òåïëîåìêîñòü ñ1 ìàñëà ïî äàííûì îïûòà? Óäåëüíàÿ òåïëîåìêîñòü ìåäè ñ2 = 380 Äæ/(êã • Ê). 9. Ñòàëüíîé îñêîëîê ñíàðÿäà, ïàäàÿ ñ âûñîòû h = 500 ì, èìåë ó ïîâåðõíîñòè Çåìëè ñêîðîñòü υ = 50 ì/ñ. Íà ñêîëüêî ãðàäóñîâ óâåëè÷èòñÿ òåìïåðàòóðà îñêîëêà ïðè ïàäåíèè? Ñ÷èòàòü, ÷òî ìåõàíè÷åñêàÿ ýíåðãèÿ, ïîòåðÿííàÿ îñêîëêîì, ïîëíîñòüþ ïðåâðàòèëàñü âî âíóòðåííþþ ýíåðãèþ. Óäåëüíàÿ òåïëîåìêîñòü ñòàëè ñ = 460 Äæ/(êã • Ê). 10. Íà òåëåæêó ìàññîé Ì, äâèãàþùóþñÿ ãîðèçîíòàëüíî ñ ïîñòîÿííîé ñêîðîñòüþ 11. Ñâèíöîâàÿ äðîáèíêà, ëåòÿùàÿ ñî ñêîðîñòüþ υ = 100 ì/ñ, ïîïàëà â äîñêó è çàñòðÿëà â íåé. Íà ñêîëüêî ãðàäóñîâ ïîâûñèëàñü òåìïåðàòóðà äðîáèíêè, åñëè 50% ìåõàíè÷åñêîé ýíåðãèè äðîáèíêè ïðåâðàòèëîñü âî âíóòðåííþþ ýíåðãèþ?
12. Ïðåäëîæåí ñëåäóþùèé ïðîåêò âå÷íîãî äâèãàòåëÿ (ðèñ. 5.22). Çàêðûòûé ñîñóä ðàçäåëåí íà äâå ïîëîâèíû ãåðìåòè÷íîé ïåðåãîðîäêîé, ñêâîçü êîòîðóþ ïðîïóùåíû òðóáêà è âîäÿíàÿ òóðáèíà â êîæóõå ñ äâóìÿ îòâåðñòèÿìè. Äàâëåíèå âîçäóõà â íèæíåé ÷àñòè áîëüøå, ÷åì â âåðõíåé. Âîäà ïîäíèìàåòñÿ ïî òðóáêå è íàïîëíÿåò îòêðûòóþ êàìåðó.  íèæíåé ÷àñòè î÷åðåäíàÿ ïîðöèÿ âîäû âûëèâàåòñÿ èç êàìåðû òóðáèíû, ïîäîøåäøåé ê îòâåðñòèþ êîæóõà. Ïî÷åìó ìàøèíà íå áóäåò ðàáîòàòü âå÷íî? 13.  âåðòèêàëüíîì öèëèíäðå ïîä òÿæåëûì ïîðøíåì íàõîäèòñÿ êèñëîðîä ìàññîé m = 2 êã. Äëÿ ïîâûøåíèÿ òåìïåðàòóðû êèñëîðîäà íà ΔÒ = 5 Ê åìó ñîîáùèëè êîëè÷åñòâî òåïëîòû Q1 = 9160 Äæ. Íàéäèòå ðàáîòó, ñîâåðøåííóþ êèñëîðîäîì ïðè ðàñøèðåíèè, è óâåëè÷åíèå åãî âíóòðåííåé ýíåðãèè. 14.  òåïëîèçîëèðîâàííîì öèëèíäðå ñ ïîðøíåì íàõîäèòñÿ àçîò ìàññîé m = 0,2 êã ïðè òåìïåðàòóðå t1 = 20 °Ñ. Àçîò, ðàñøèðÿÿñü, ñîâåðøàåò ðàáîòó À' = 4470 Äæ. Íàéäèòå èçìåíåíèå âíóòðåííåé ýíåðãèè àçîòà è åãî òåìïåðàòóðó ïîñëå ðàñøèðåíèÿ. Óäåëüíàÿ òåïëîåìêîñòü àçîòà ïðè ïîñòîÿííîì îáúåìå cV = 745 Äæ/(êã • Ê). 15. Äàâëåíèå àçîòà, íàõîäÿùåãîñÿ â ñîñóäå îáúåìîì V = 3 ë, ïîñëå íàãðåâàíèÿ âîçðîñëî íà Δð = 2,2 ÌÏà. Îïðåäåëèòå êîëè÷åñòâî òåïëîòû, ñîîáùåííîå ãàçó, à òàêæå ðàáîòó, ñîâåðøåííóþ ãàçîì, è èçìåíåíèå åãî âíóòðåííåé ýíåðãèè. 16.  ñîñóäå íàõîäèòñÿ îäíîàòîìíûé ãàç ïðè òåìïåðàòóðå t = 17 °Ñ è äàâëåíèè ð = 100 êÏà. Îáúåì ñîñóäà V = 3 ë. Ãàç èçîõîðíî íàãðåâàþò íà Δt = 100 °Ñ. Îïðåäåëèòå èçìåíåíèå âíóòðåííåé ýíåðãèè ãàçà. Êàêîå êîëè÷åñòâî òåïëîòû áûëî ïåðåäàíî ãàçó â ýòîì ïðîöåññå? 17. Èäåàëüíûé ãàç ïåðåâîäÿò èçîòåðìè÷åñêè èç ñîñòîÿíèÿ 1 â ñîñòîÿíèå 2 (V2 < V1), çàòåì åãî ïåðåâîäÿò èçîáàðíî â ñîñòîÿíèå 3 è âîçâðàùàþò èçîõîðíî â ñîñòîÿíèå 1. Ïîëîæèòåëüíóþ èëè îòðèöàòåëüíóþ ðàáîòó ñîâåðøàåò ãàç â êàæäîì èç ïðîöåññîâ è öåëèêîì çà öèêë? Ïðîèñõîäèò ëè òåïëîîáìåí ìåæäó ãàçîì è îêðóæàþùåé ñðåäîé? Íà÷åðòèòå ãðàôèê çàâèñèìîñòè ð îò V. 18. Ãàç, çàíèìàþùèé îáúåì V1 = 1 ë ïðè äàâëåíèè ð = 105 Ïà, ðàñøèðèëñÿ èçîòåðìè÷åñêè äî îáúåìà V2 = 2 ë. Çàòåì ïðè ýòîì îáúåìå äàâëåíèå ãàçà áûëî óìåíüøåíî â 2 ðàçà.  äàëüíåéøåì ãàç ðàñøèðÿëñÿ ïðè ïîñòîÿííîì äàâëåíèè äî îáúåìà V3 = 4 ë. Íà÷åðòèòå ãðàôèê çàâèñèìîñòè ð îò V è, èñïîëüçóÿ åãî, óñòàíîâèòå, ïðè êàêîì èç ïåðå÷èñëåííûõ ïðîöåññîâ ãàç ñîâåðøèë íàèáîëüøóþ ðàáîòó.
19. Íåêîòîðîå êîëè÷åñòâî ãàçà çàíèìàåò îáúåì V1 = 10 ë è íàõîäèòñÿ ïîä äàâëåíèåì p1 = 100 êÏà ïðè òåìïåðàòóðå Ò1 = 300 Ê. Çàòåì ãàç áûë íàãðåò áåç èçìåíåíèÿ îáúåìà äî òåìïåðàòóðû Ò2 = 320 Ê, à ïîñëå ýòîãî íàãðåò ïðè ïîñòîÿííîì äàâëåíèè äî òåìïåðàòóðû Ò3 = 350 Ê (ðèñ. 5.23). Íàéäèòå ðàáîòó À, êîòîðóþ ñîâåðøèë ãàç, ïåðåõîäÿ èç ïåðâîíà÷àëüíîãî ñîñòîÿíèÿ 1 â ñîñòîÿíèå 3. 20. Õîëîäèëüíèê, ïîòðåáëÿþùèé ìîùíîñòü W çà âðåìÿ τ, îõëàäèë äî 0 °Ñ âîäó ìàññîé m ïðè òåìïåðàòóðå t. Êàêîå êîëè÷åñòâî òåïëîòû âûäåëèë õîëîäèëüíèê â êîìíàòå çà ýòî âðåìÿ ïðè óñëîâèè, ÷òî òåïëîåìêîñòüþ õîëîäèëüíèêà ìîæíî ïðåíåáðå÷ü? 21.  èäåàëüíîé òåïëîâîé ìàøèíå ãàç îòäàë õîëîäèëüíèêó 67% òåïëîòû, ïîëó÷åííîé îò íàãðåâàòåëÿ. Îïðåäåëèòå òåìïåðàòóðó Ò2 õîëîäèëüíèêà, åñëè òåìïåðàòóðà íàãðåâàòåëÿ T1 = 430 Ê. 22. Êàêóþ ìàêñèìàëüíóþ ðàáîòó ìîæåò ñîâåðøèòü èäåàëüíûé òåïëîâîé äâèãàòåëü, åñëè îí â êàæäîì öèêëå ïîëó÷àåò êîëè÷åñòâî òåïëîòû Q1 = 103 Äæ îò íàãðåâàòåëÿ ñ òåìïåðàòóðîé Ò1 = 1000 Ê? Òåìïåðàòóðà îêðóæàþùåé ñðåäû (õîëîäèëüíèêà) Ò2 = 293 Ê. 23. ×òîáû ïðèíÿòü âàííó, íåîáõîäèìî íàãðåòü âîäó îáúåìîì V = 200 ë îò òåìïåðàòóðû t1 = 7 °Ñ äî òåìïåðàòóðû t2 = 47 °Ñ. Åñëè òàêîå êîëè÷åñòâî òåïëîòû ñîîáùèòü èäåàëüíîé òåïëîâîé ìàøèíå, ðàáîòàþùåé ïðè òåìïåðàòóðå íàãðåâàòåëÿ t2 è òåìïåðàòóðå õîëîäèëüíèêà t1, òî ñ ïîìîùüþ ýòîé ìàøèíû ìîæíî ïîäíÿòü ãðóç ìàññîé m = 4,2 • 104 êã íà âûñîòó Í = 10 ì. Îïðåäåëèòå ïî ýòèì äàííûì óäåëüíóþ òåïëîåìêîñòü âîäû. Ïëîòíîñòü âîäû ρ = 103 êã/ì3. Óñêîðåíèå ñâîáîäíîãî ïàäåíèÿ g ≈ 10 ì/ñ2.
|
|
|