28 - Fiz.lang-gimn6.edusite.ru

Задачи по физике по теме «Термодинамика»
1
2
3
4
5
Фамилия/
номера задач
Антропова Е.
Асмус А.
Басырева В.
Бородий Н.
Бублий В.
6
7
8
Бугайчук Д.
Бунас М.
Гиззатуллин Р.
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
Камолов И.
Каптюг Е.
Костевич В.
Котова О.
Кулецкий В.
Ластовчук О.
Молчанова Ю.
Назин Е.
Панчик А.
Райлян И.
Савицкая К.
Селиверстова М
Слободенюк С.
Суровицкий А.
Торбин Р.
Фоменкова Я.
Ханбеков К.
№
А
В
25
24
23
22
21
20
19
18
17
16
15
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
ЗАДАЧИ НА РАСЧЕТ РАБОТЫ ГАЗА ПРИ
ИЗОПРОЦЕССАХ
1. Какую работу совершает газ, расширяясь изобарно при давлении 2 105 Па от объема 1,610 -3 м3 до объема 2,6-10 -3 м3?
2. Газ находится под поршнем цилиндра при О °С и давлении 2 105 Па. Какую работу
совершит газ объемом 1 л при изобарном расширении, если температура газа повысится
до 20 °С?
3. Какую работу совершит идеальный газ в количестве 2 103 моль при его изобарном
нагревании на 5°С?
4. Какую работу совершит водород массой 300 г при изобарном повышении его
температуры с 15 °С до 45 °С?
5. В нижней части цилиндрического сосуда с площадью основания 1 м 2 заключен при
нормальных условиях воздух объемом 1 м3. Сосуд закрыт невесомым поршнем, который
удерживается нормальным атмосферным давлением (105 Па). Воздух под поршнем
нагревается на 1 °С, при этом поршень поднимается. Определите работу, которую
совершает расширяющийся воздух, перемещая поршень. Зависит ли значение работы от
площади поршня?
6. В цилиндр заключен кислород массой 1,6 кг при температуре 17 °С и давлении 4 105 Па.
До какой температуры нужно изобарно нагреть кислород, чтобы работа по расширению
была равна 4 105 Дж?
7. Над идеальным газом проводят два замкнутых процесса: процесс 1-2, 2 -3, 3-1 и процесс
3-2, 2-4, 4- 3 (рис. 59). В каком из них газ совершает большую работу? Ответ обоснуйте.
8. В сосуде под поршнем находится газ в количестве 103 моль при температуре 150 °С.
Какую работу совершит газ и какова будет его температура, если, нагреваясь, он изобарно
расширяется до объема вдвое больше первоначального?
9. Газ занимал объем V1 =0,01 м3 и находился под давлением р1=0,1 МПа при
температуре Т = 300 К. Затем газ был нагрет без изменении объема до температуры Т2 =
320 К, а после этого нагрет при постоянном давлении до температуры Т3 = 350 К (рис.
60). Найдите работу, которую совершил газ, переходя из первоначального состояния (1) в
конечное (3).
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГРАФИКОВ ЗАВИСИМОСТИ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ
ИДЕАЛЬНОГО ГАЗА ДЛЯ ВЫЧИСЛЕНИЯ РАБОТЫ
10. Используя график зависимости давления идеального газа от объема (рис. 61),
вычислите работу, совершаемую газом при переходе из состояния 1 в состояние 2.
11. Идеальный газ переводят из состояния /1в состояние 4 так, как показано на графике
(рис. 62). Вычислите работу, совершаемую газом.
12. Используя график зависимости давления от температуры (рис. 63), определите работу,
совершаемую кислородом, масса которого 3,2 кг, при переходе из состояния 1 в состояние
2.
13. Используя график зависимости объема азота от температуры (рис. 64), вычислите
значение работы, совершаемой газом массой 300 г при переходе из состояния 1 в
состояние 2.
14. Используя график зависимости давления идеального газа (1 моль) от объема (рис. 65),
вычислите значение работы. Процесс считать изотермическим: Т = 270 К.
ЗАДАЧИ НА ПРИМЕНЕНИЕ ПЕРВОГО ЗАКОНА
ТЕРМОДИНАМИКИ
15. При изотермическом расширении идеальным газом совершена работа А = 20 кДж.
Какое количество теплоты сообщено газу?
16. Вычислите увеличение внутренней энергии кислорода массой 0,5 кг при изохорном
повышении его температуры на 15 °С.
17. Температура газа в цилиндре 150 °С, а давление 8-105 Па. Газ изохорно охлаждается.
Конечное давление 2•105 Па. Найдите изменение внутренней энергии газа массой 1 кг, его
конечную температуру и совершенную работу. Удельная теплоемкость газа при
постоянном объеме равна 0,7-103 Дж/(кг К).
18. В вертикальном цилиндре под тяжелым поршнем находится кислород массой 2 кг. Для
повышения температуры кислорода на 5 К ему было сообщено количество теплоты,
равное 9160 Дж. Найдите работу, совершаемую при расширении кислорода, и увеличение
его внутренней энергии. Молярная масса кислорода 0,032 кг/моль.
19. В сосуде с теплонепроницаемыми стенками объемом 5,6 л находится кислород при
температуре 66 °С и давлении 0,25 МПа. Для нагревания газа до температуры 5368 °С
требуется сообщить газу теплоту 21 Дж. Какова удельная теплоемкость кислорода при
этих условиях?
20. В теплоизолированном цилиндре с поршнем находится азот массой 0,2 кг при
температуре 20 °С. Азот, расширяясь, совершает работу 4470 Дж. Определите изменение
внутренней энергии азота и его температуру после расширения. Удельная теплоемкость
азота при постоянном объеме 745 Дж/(кгК).
21. Какое количество теплоты требуется для того, чтобы воздух массой 5 г нагреть от
температуры 290 К. при постоянном давлении на столько, чтобы его объем увеличился в
два раза? Удельная теплоемкость воздуха при постоянном давлении 1018 Дж/(кгК).
22.Найдите изменение внутренней энергии гелия при изобарном расширении газа от
начального объема 10 л до конечного 15 л. Давление газа 10 4 Па
23. Для повышения температуры газа массой 20 кг и молярной массой 0,028 кг/моль на 50
К при постоянном давлении необходимо затратить количество теплоты, равное 0,5 МДж.
Какое количество теплоты следует отнять от этого газа при постоянном объеме, чтобы его
температура понизилась на 50 К?
24. Давление азота, находящегося в сосуде объемом 3 л, после нагревания возросло на 2,2
МПа. Определите количество теплоты, сообщенной газу. Удельная теплоемкость азота
при постоянном объеме 745 Дж/(кг-К), его молярная масса 0,028 кг/моль.
25. При подведении к идеальному газу количества теплоты 125 кДж газ совершает работу
50кДж против внешних сил. Чему равна конечная внутренняя энергия газа, если его
энергия до подведения количества теплоты равна 220кДж?
26. Кислород массой 32 г находится в закрытом сосуде под давлением 0,1 МПа при
температуре 17 0С. После нагревания давление в сосуде увеличилось в два раза. Найдите
объем сосуда; температуру, до которой нагрели газ; количество теплоты, сообщенное газу.
27. Какое количество теплоты подведено к гелию, если работа, совершаемая газом при
изобарном расширении, составляет 2 кДж? Чему равно изменение внутренней энергии
газа?
28. Какое количество теплоты потребуется для изобарного увеличения объема
молекулярного азота, массой 14 г, имеющего дот нагревания температуру 27 0С, в два
раза?
ЗАДАЧИ НА ПРИМЕНЕНИЕ ФОРМУЛЫ КПД ТЕПЛОВОГО
ДВИГАТЕЛЯ
29. Тепловой двигатель получает от нагревателя за одну секунду 7200 кДж теплоты и
отдает холодильнику 5600 кДж. Каков КПД теплового двигателя?
30. Вычислите КПД паровой турбины, если пар поступает в нее при температуре 360 °С, а
выходит из нее при температуре 30 °С.
31. В идеальной тепловой машине за счет каждого килоджоуля энергии, получаемой от
нагревателя, совершается работа 300 Дж. Определите КПД машины и температуру
нагревателя, если температура холодильника 280 К.
32. Каков КПД двигателя мотоцикла, если при расходе 2 кг бензина в час двигатель
развивает мощность 5 кBт.
33. Определите мощность двигателя автомобиля, если расход бензина составляет 38 л на
100 км пути при средней скорости движения 35 км/ч. КПД двигателя 22,5%.
34. Реактивный самолет ИЛ-62 имеет четыре двигателя, развивающих силу тяги 10,3 104
Н каждый. Сколько керосина израсходуют двигатели на перелет 5000 км, если их КПД
24%?
35. Паровая машина мощностью 14,7 кВт потребляет за 1 ч работы 8,1 кг угля, удельная
теплота сгорания которого 3,3 107 Дж/кг. Температура котла 200 °С, холодильника 58 °С.
Определите фактический КПД машины и сравните его с КПД идеальной тепловой
машины.
36. Автомобиль массой 1200 кг на горизонтальном участке пути развивает скорость 72
км/ч, расходуя при этом 80 кг бензина на 1 км пути. Какую скорость разовьет автомобиль
при тех же условиях на участке пути с подъемом 3,5 м на 100 м? КПД двигателя 28%.
Удельная теплота сгорания бензина 45106 Дж/кг.
37. Количество теплоты, получаемое двигателем от нагревателя, 100 Дж, а отдаваемое
холодильнику – 75 Дж. Найдите КПД двигателя и совершаемую работу.
38. Двигатель расходует за час работы 5 кг бензина. При этом температура газа в
цилиндре двигателя Т1 = 1200 К, а отработанного газа Т2 = 370 К. Удельная теплота
сгорания бензина 46 МДж/кг. Определите мощность, развиваемую двигателем.
39. Паровая машина работает в интервале температур t 1=120 0С, t2=320 0С, получая от
нагревателя количество теплоты 200 кДж за каждый цикл. Найдите КПД машины; работу,
совершаемую за цикл; количество теплоты, отдаваемое за цикл.
РАЗНЫЕ ЗАДАЧИ
40. Молекулярный кислород находится под давлением 10 5 Па в сосуде объемом 0,9 м 3.
При изохорном охлаждении внутренняя энергия газа уменьшается на величину 100 кДж.
Чему равно конечное давление кислорода?
41.Определите, какое давление воздуха установиться в двух комнатах, имеющих объемы
V1 иV2, если между ними открывается дверь. Первоначальное давление воздуха в
комнатах p1 и p2,а температура одинакова.
42. При стыковке двух космических кораблей их отсеки соединяются между собой. Объем
первого отсека 12 м 3, второго 20 м3. Давление и температура воздуха в отсеках равны
p1=0,98 105Па, p2 = 1,02 105Па, t1=17 0С, t2=270С. Какое давление воздуха установится в
объединенном модуле? Какой будет температура воздуха в нем?
43.КПД тепловой машины 30%. Ее рабочее тело получило от нагревателя 10кДж теплоты.
Рассчитайте температуру нагревателя, если температура холодильника 200С. Какое
количество теплоты отдано холодильнику?
44. одноатомный идеальный газ в результате изобарного процесса совершил работу 900
Дж. Определите изменение его внутренней энергии и количество теплоты, сообщенное
газу.
45. При температуре 280 К и давлении 4 105Па газ занимает объем 0,1 м3. Какая работа
совершена над газом по увеличению его объема, если он нагрет до 420 К при постоянном
давлении?
46. Газ изобарно увеличился в объеме в три раза и давлении 3 10 5 Па. Определить
первоначальный объема газа, если на увеличение его объема потребовалось совершить
работу в 12,9 кДж.
47. При изохорном процессе газу сообщено 4 1010 Дж теплоты. Рассчитать изменение
внутренней энергии и работу по расширению газа.
48. Газ при адиабатном процессе совершил работу 5*106Дж. Как изменилась его
внутренняя энергия? Что произошло с газом (нагревание или охлаждение)?
49. Четыре моля углекислого газа С02 нагреты при постоянном давлении на 100 К.
Определите работу расширения, изменение внутренней энергии газа и количество
теплоты, сообщенной этому газу.
50. При изобарном расширении двухатомного газа при давлении 105 Па его объем
увеличился на 5 м3. Определите работу расширения газа, изменение его внутренней
энергии и количество теплоты, сообщенное этому газу.