Задачи высокого уровня по молекулярной физике и

Задачи высокого уровня по молекулярной физике и
термодинамике
Р
2
1. Рассчитайте КПД тепловой машины, использующей
в качестве рабочего тела идеальный одноатомный
газ и работающий по циклу, изображенному на
рисунке. (Ответ: 0,17)
3
2Р0
Р0 1
0
4
V0 2V0 3V0
V
2. Теплоизолированный сосуд вместимостью 1м3 разделен перегородкой на две
равные части. В одной из частей находится гелий массой 0,3 кг (молярная масса
0,004кг/моль), а в другой 0,6 кг аргона (молярная масса 0,040кг/моль). Средняя
квадратичная скорость молекул обоих газов составляет 300 и 400 м/с.
Рассчитайте парциальное давление аргона в сосуде после удаления
перегородки.(Ответ: 6,8 кПа)
3. В тепловом процессе, изображенном на рисунке, 1 моль
идеального одноатомного газа переходит из начального
состояния 1в конечное состояние4 (через состояния 2 и
3). Рассчитайте общее количество теплоты в этом
тепловом процессе. Разность конечной и начальной
температур составляет 100К. (Ответ: 415,5 Дж)
V
1
3
0
2
4
Т
4. В цилиндре тепловой машины находится 1 моль идеального газа. Определите
КПД тепловой машины, если изменение состояния
Р
газа в цилиндре определяется по циклу,
2Р0
В
С
показанному на рисунке. (Ответ:67%)
Р0
А
Д
0
V0 2V0 V
5. Теплоизолированный сосуд вместимостью 1л разделен пористой перегородкой
на 2 равные части. Атомы гелия могут свободно проникать через стенки
перегородки, а атомы аргона нет. В начальный момент времени в одной части
сосуда находятся 2 моль гелия (молярная масса 0,004 кг/моль), а в другой 1 моль
аргона (молярная масса 0,040 кг/моль). Температура гелия 300К, температура
аргона 600К. Определите среднеквадратичную скорость атомов аргона после
установления равновесия в системе.(Ответ:500м/с)
6. Под тяжелый тонкий поршень, скользящий без трения внутри откачанного
цилиндра, вводится смесь водорода (молярная масса0,002 кг/моль) и гелия
(молярная масса 0,004 кг/моль), при этом поршень располагается посередине
цилиндра. Через некоторое время поршень смещается вниз, так как его материал
оказывается проницаемым только для гелия. Положение равновесия поршня
оказалось на 1/3 высоты цилиндра. Определите массу гелия, если водорода в
смеси 2 г. (Ответ 2 г)
Р
7. Идеальный одноатомный газ сжимается сначала
адиабатно, а затем изобарно. Конечная температура
газа равна начальной температуре. При адиабатном
сжатии газа внешние силы совершили работу,
равную 3 кДж. Какова работа внешних сил за весь
процесс 1-2-3? (Ответ:5кДж)
3
2
1
0
V
8. Сколько ходов должен сделать компрессор. Чтобы увеличить давление в сосуде
от атмосферного 105Па до 3*105 Па, если вместимость рабочего резервуара
компрессора в 10 раз меньше вместимости сосуда? Забор воздуха производится
из атмосферы. Изменением температуры пренебречь. (Ответ:20)
9. При исследовании газа ученик соединил сосуд (1)
вместимостью 150мл с манометром (2) тонкой
трубкой и опустил в горячую воду. Определите
температуру горячей воды. Начальная
температура газа 200С, начальное показание
манометра равно 0 мм.рт.ст. Шкала манометра и
нижняя шкала барометра проградуированы в
мм.рт.ст. Верхняя шкала барометра
проградуирована в кПа. Вместимость
измерительного механизма манометра и
соединительной трубки значительно меньше
150мл. (Ответ:309К)
10.Некоторое количество воздуха нагревается при постоянном давлении от
температуры 15 до 650, поглощая при этом 5Дж. Нагревание воздуха при
постоянном объеме при тех же начальной и конечной температурах требует
затрат 3,5 кДж. Каков объем воздуха при температуре 150ЧС и давлении 2*105
Па? Ответ выразите в см3. (Ответ: 4320см3)