Подготовка к вступительным экзаменам в МГУ. Физика - Гомонова А.И.
Скачать (прямая ссылка):
Расстояние между поршнем и дном сосуда Н = 30 см, при этом пружина не
деформирована. Какое количество тепла Q нужно сообщить газу,
чтобы поршень переместился на расстояние ДА = 10 см? Атмосферное давление
не учитывать.
2.2.20. В цилиндрическом сосуде 1 под поршнем массой m - 5 кг
находится одноатомный идеальный газ. Сосуд 1 соединен трубкой, снабженной
краном, с таким же сосудом 2, в котором под поршнем массой М = 10 кг
находится такой же газ. Сосуды и трубка теплоизолированы. В начальном
состоянии кран К закрыт, температура газа в обоих сосудах одинакова,
поршень в сосуде 2 расположен на высоте Н = 10 см от дна. На какое
расстояние Ah передвинется поршень в сосуде 1 после открывания крана?
Объемом трубки с краном пренебречь, атмосферное давление не учитывать.
2.2.21. Сосуд содержит m = 1,28 г гелия при температуре t - 27° С. Во
сколько раз Р изменится среднеквадратичная скорость молекул гелия, если
при его адиабатическом сжатии совершить работу А = 252 Дж? Молярная масса
гелия М = 4 г/моль. Универсальная
г
м
гпгттт
Т
н
X
Задачи
123
газовая постоянная R = 8,3 ДжДмоль • К).
2.2.22. В вертикально расположенном цилиндрическом сосуде с площадью
сечения S = 20 см2 под поршнем массой М = 4 кг содержится идеальный
одноатомный газ. Расстояние между поршнем и дном сосуда h = 1м. Газу
сообщили количество тепла AQ =126 Дж. Во сколько раз а изменится
среднеквадратичная скорость молекул газа? Атмосферное давление ро = 100
кПа, ускорение свободного падения принять g = 10 м/с2.
2.2.23. Идеальная тепловая машина имеет температуру нагревателя Т\ -
400 К, а температуру холодильника Тг - 300 К. Какую мощность N развивает
эта машина, если расход топлива составляет
(I = 10 3 кг/с, а его удельная теплота сгорания <7 = 4- 107 Дж/кг?
2.2.24. С одним молем идеального газа проводят циклический процесс,
состоящий из двух изохор и двух изо- ^
бар. Найти коэффициент полезного действия г . з
цикла т| , если известно, что температура в
состоянии 1 Т\ = 256 К, в состоянии 3 Тэ = i ,
л 4
625 К, а в состояниях 2 и 4 температура оди- ____________
накова. Универсальная газовая постоянная R У
= 8,3 ДжДмоль • К).
2.3. Изменение агрегатного состояния вещества
Вопросы программы
• Парообразование. Испарение, кипение. Удельная теплота
парообразования. Насыщенный пар. Зависимость давления и плотности
насыщенного пара от температуры. Зависимость температуры кипения от
давления. Критическая температура.
• Влажность. Относительная влажность.
• Кристаллическое и аморфное состояния вещества. Удельная теплота
плавления.
• Уравнение теплового баланса.
124
Изменение агрегатного состояния вещества
Определения, понятия и законы
В различных интервалах температур и давлений большинство веществ может
находиться в разных состояниях - газообразном, жидком и твердом. Эти
состояния вещества называются агрегатными. Молекулярно-кинетическая
теория позволяет объяснить процесс перехода вещества из одного
агрегатного состояния в другое.
Парообразование. Испарение. Насыщенный пар. Зависимость плотности и
давления насыщенного пара от температуры.
Взаимные превращения жидкостей и газов описываются процессами
парообразования и конденсации. Парообразованием называется процесс
перехода вещества из жидкого состояния в газообразное. Парообразование,
происходящее при любой температуре со свободной поверхности жидкости,
называется испарением. Совокупность молекул, вылетевших из жидкости при
парообразовании, называется паром данной жидкости. Образование пара
происходит не только у жидкостей, но и у твердых тел.
Из поверхностного слоя жидкости вылетают молекулы, которые обладают
наибольшей скоростью и, следовательно, кинетической энергией теплового
движения, поэтому в результате испарения жидкость охлаждается.
Если процесс парообразования происходит в закрытом сосуде, то по
истечении некоторого времени количество жидкости перестает убывать, хотя
молекулы жидкости, способные покинуть ее поверхность, продолжают
переходить в пар. В этом случае, наряду с процессом парообразования,
определяющую роль начинает играть компенсирующий его обратный процесс -
конденсация, т.е. превращение пара в жидкость. Концентрация вещества в
газообразном состоянии достигает такого значения, при котором число
молекул, возвращающихся в жидкость, становится равным числу молекул,
покидающих поверхность жидкости за то же время, иными словами, становятся
равными скорости парообразования и конденсации. Устанавливается
динамическое равновесие между процессами ис-
Определения, понятия и законы
125
парения и конденсации. Пар, находящийся в состоянии динамического
равновесия со своей жидкостью, называется насыщенным паром. Пар,
находящийся при давлении ниже давления насыщенного пара, является
ненасыщенным.
Давление насыщенного пара рн зависит только от его химического состава и
температуры и не зависит от величины свободного от жидкости объема
сосуда, в котором находится пар. Это объясняется тем, что при сжатии
