Сборник задач по физике с решениями и ответами. Часть II -
Скачать (прямая ссылка):
указанном процессе? Начальное давление и объем газа Pq = IO5 Па
и Vq ~ 100 л соответственно.
4.20. Водород массой т = 0,5 кг участвует в процессе, в ходе которого сначала его давление изохорически уменьшают в п = 5 раз, а затем его объем изобарически увеличивают таким образом, что начальная и конечная температуры газа в процессе совпадают. Молярная масса водорода ц = 2 г/моль. Какую работу совершил газ в указанном процессе, если его начальная температура Tq =500 К?
4.21. При изобарном расширении т = 20 г водорода его объем увеличился в У! = 2 раза. Начальная температура газа 7'= 300 К. Определите работу газа при расширении. Молярная масса водорода ц = 2 г/моль.
4.22. В теплоизолированный цилиндрический сосуд, закрытый легко перемещающимся практически невесомым поршнем, поместили V молей атомарного газа при температуре Tq . Начальный объем газа — V0. В результате поршень двигается до тех пор, пока объем газа не увеличится до V. Во сколько раз уменьшилась при этом температура газа, если давление окружающей среды остается постоянным. Газ — идеальный.
24 4.23. Один моль одноатомного газа, имевшего температуру О °С, нагревается при постоянном давлении. Какое количество теплоты необходимо сообщить газу, чтобы его объем удвоился? Какая работа при этом будет совершена газом?
4.24. В теплоизолированный сосуд поместили v1 молей атомарного газа при температуре Г] и V2 молей при температуре Г2 . Определить установившуюся температуру газа. Газ — идеальный.
4.25*. Считая известной молярную теплоемкость газа при постоянном объеме Cy , вывести формулы для величины молярной теплоемкости идеального газа для процессов, описываемых законами:
ч а
a) P = Y;
в) V = аТ2 ;
г) р = aV.
В этих формулах р, V, T — давление, объем и температура (по абсолютной шкале) газа соответственно; а — некоторая изначально заданная константа.
4.26*. Один моль идеального одноатомного газа участвует в термодинамическом процессе, для которого его теплоемкость ме-
няется по закону с = R(Tq IT ), где Tq =300 К. При какой температуре объем газа будет максимальным?
4.27*. Один моль идеального одноатомного газа участвует в термодинамическом процессе, для которого его теплоемкость меняется по закону с = R(Tq IT), Tq= 400К. При какой температуре давление газа будет минимальным?
4.28*. Один моль идеального одноатомного газа участвует в термодинамическом процессе, для которого его теплоемкость ме-
2 2
няется по закону c = R(T ITq ), Tq =300 К. При какой температуре давление газа будет максимальным?
25 4.29*. Один моль идеального одноатомного газа участвует в термодинамическом процессе, для которого его теплоемкость меняется по закону с = R(T/Tq) , Tq = 400К. При какой температуре объем газа будет минимальным?
4.30*. В двух объемах находится: в одном TV] = IO19, а в другом
N2 = 0,4 IO19 молекул одного и того же газа. В исходном состоянии внутренняя энергия первого объема газа была на AU = 1,9 Дж больше, второго. Объемы приводят в тепловой контакт. В установившемся состоянии средняя энергия, приходящаяся на одну молекул в первом объеме уменьшилась на 25 %. Какова внутренняя энергия газа в первом объеме в исходном состоянии? Газ — идеальный. Теплообмен с внешней средой отсутствует.
26 5. ТЕПЛООБМЕН. УРАВНЕНИЕ ТЕПЛОВОГО БАЛАНСА. ФАЗОВЫЕ ПЕРЕХОДЫ
При термодинамическом равновесии могут возникнуть неоднородные системы, при которых исходная система распадается на несколько фаз — жидкость, твердое тело и газ. Их равновесное сосуществование называется фазовым равновесием. Процесс перехода фаз друг в друга при изменении температуры и давления называется фазовым превращением. Переход из одной фазы в другую при определенных давлении и температуре сопровождается выделением или поглощением некоторого количества теплоты, что является следствием изменения внутренней энергии системы. Выражением закона сохранения энергии для системы, претерпевающей фазовые превращения, является уравнение теплового баланса, устанавливающее, что в замкнутой системе общее (суммарное) количество выделившейся теплоты равно общему количеству поглощенной теплоты.
Плавлением называется переход вещества из кристаллического состояния в жидкое, при этом поглощается количество теплоты Q = X-^m, где т — масса вещества, X — удельная теплота плавления. Кристаллизация — образование кристаллического тела из жидкости, сопровождающееся выделением количества теплоты Q = X- т . Испарение — переход вещества из жидкого состояния в газообразное, для чего при постоянной температуре жидкости необходимо передать количество теплоты 0 = ц-т, где г| — удельная теплота парообразования. Обратный процесс — конденсация. Кипением называется процесс перехода жидкости в пар, происходящий в результате образования в объеме жидкости пузырьков, заполненных насыщенным паром, всплывающих к поверхности жидкости. Для образования пузырьков необходимо, чтобы давле-
27 ниє насыщенного пара превосходило внешнее давление, близкое в обычных условиях к атмосферному. Поэтому условие кипения жидкости b открытом сосуде имеет вид jpjjjj (T) = ратм. Центрами парообразования (как и других фазовых переходов) являются неоднородности, например, частицы примесей.
