В помощь поступающим в вузы. Физика. Молекулярная физика. Тепловые явления. Электричество и магнетизм - Демков В.П.
Скачать (прямая ссылка):
расстояние S = 1800 км, затрачивая массу топлива т = 4 т. Мощность
двигателя самолета N = 5900 кВт, к.п.д. т| = 23%. Какова удельная теплота
сгорания топлива, применяемого на самолете?
11.47. На сколько километров пути хватит одной заправки автомобиля
(объем бака К =40 л) при средней скорости движения о = 60 км/час, если
к.п.д. двигателя равен г| = 50%, а развиваемая автомобилем мощность N =
40 кВт? Плотность бензина р = 700 кг/м3, удельная теплота сгорания q =
46,1 МДж/кг.
11.48. Двигатель представляет собой идеальную тепловую машину с
максимально возможным к.п.д., у которого Тх и Т2 - температуры
нагревателя и холодильника соответственно. Сколько топлива расходует
двигатель за время т = 1 с, если его мощность N, а удельная теплота
сгорания топлива q'?
11.49. Для нагревания на спиртовке М= 300 г воды в железном сосуде
теплоемкостью С = 42 Дж/К от температуры /, = 18°С до температуры
121
t2 = 68°C было израсходовано от = 7 г спирта. Найти к.п.д. спиртовки,
если удельная теплоемкость воды с = 4,2 кДж/(кг-К), удельная теплота
сгорания спирта q = 29,3 МДж/кг.
11.50. Газовая нагревательная колонка потребляет V0 = 1,8 м3 метана
СН4 в час. Найти температуру воды, подогреваемой этой колонкой, если
вытекающая струя воды имеет скорость и = 50 см/с. Диаметр струи d = 1 см,
начальная температура воды /= 11°С. К.п.д. нагревателя Г| = 60%. Метан
находится под давлением р = 105 Па. Удельная теплоемкость воды с = 4,2
кДж/(кг-К), плотность воды р= 103 кг/м3, удельная теплота сгорания метана
q = 54,4 МДж/кг, молярная масса метана д= 16-10'3 кг/моль.
11.51. Какое количество природного газа надо сжечь, чтобы от = 4 кг
льда, взятого при температуре tx = -20°С, превратить в пар с температурой
/2=100°С? К.п.д. нагревателя г| = 60%. Удельная теплоемкость воды С[ =
4,2 кДж/(кг-К), удельная теплоемкость льда с2 = 2,1 кДж/(кг-К), удельная
теплота плавления льда X = 0,33 МДж/кг, удельная теплота парообразования
г - 2,26 МДж/кг, удельная теплота сгорания газа q = 34 МДж/кг.
Превращение механической энергии в тепловую
11.52. С какой минимальной скоростью свинцовая пуля должна ударить в
подвижный экран, чтобы расплавиться? Считать, что удар абсолютно
неупругий, а на нагрев и плавление пули идет г| = 60% энергии деформации.
Масса пули т = 10 г, масса экрана М= 1 кг. Удельная теплоемкость свинца
с= 130 Дж/(кг-К), удельная теплота плавления свинца Х = 25 кДж/кг,
температура плавления свинца Т^ = 600 К. К моменту удара пуля имела
температуру/0= 100°С.
• Решение. Так как удар пули об экран абсолютно неупругий, то часть
механический энергии системы "пуля-экран" перейдет в тепло. Считая
систему в направлении ее движения замкнутой, из законов сохранения
импульса и энергии
т u = (М+ т) и, х/г т и2 = х/г (М+ т)и2 + Q найдем скорость и системы
после соударения н количество теплоты Q, выделившейся при ударе:
_ т u п - т М + т ' 2 (М+т)
По условию задачи на нагрев и плавлении пули идет энергия, равная
^ тми
С другой стороны, на нагрев пули от начальной температуры t0 до
температуры плавления (щ, = 337°С и на плавление свинца необходимо
количество теплоты
Ql = cm(tTUl~ k) + Хт.
Следовательно, на основании уравнения теплового баланса, получим
Q\=,Qb или Л (tm)(М + т) = т ^ в"1 ~ ^ +
122
Откуда находим
2 (М+т) [с (Гпд-+ Х]
V = У -------------------- "
цМ
д/2 (М+т) [с Опл-^ + Х] ___
Ответ: о = У---------------------" 420 м/с.
г| м
11.53. С какой высоты должна упасть капля воды, чтобы при ударе о
землю она нагрелась на Д/=1°С? Сопротивлением воздуха пренебречь.
Удельная теплоемкость воды с = 4200 Дж/(кг-К). Ускорение свободного
падения считать постоянным.
11.54. С какой наименьшей высоты должна упасть льдинка, чтобы при
ударе о землю она растаяла? Сопротивлением воздуха пренебречь. Начальная
температура льдинки t= 0°С. Удельная теплота плавления льда X = 0,33
МДж/кг. Считать, что при ударе г| = 80% энергии идет на плавление
льдинки. Ускорение свободного падения считать постоянным.
11.55. На сколько возрастает температура воды у подножия 50-метрового
водопада? Удельная теплоемкость воды с = 4200 Дж/(кг-К).
11.56. С какой наименьшей высоты должны были бы свободно падать
дождевые капли, чтобы при ударе о землю от них не осталось мокрого места?
Начальная температура капель /0 = 20°С. Удельная теплоемкость воды с =
4200 Дж/(кг-К), удельная теплота парообразования г = 2,26 МДж/кг.
Сопротивление воздуха не учитывать. Ускорение свободного падения считать
постоянным.
11.57. Бензовоз, двигавшийся со скоростью и = 36 км/час, резко
затормозил. Определить, на сколько градусов поднялась температура
перевозимого в цистерне бензина. Удельная теплоемкость бензина с = 2200
Дж/(кг-К).
11.58. Стальной шар, падая свободно, достиг скорости и = 41 м/с и,
ударившись о землю, подскочил на высоту h = 1,6 м. Определить изменение
температуры шара, считая, что т) = 50% выделившейся при ударе теплоты
идет на увеличение внутренней энергии шара. Удельная теплоемкость стали с
