Задачи на тему Термодинамика
из задачника Степанова 9, 10, 11 класс по предмету Физика

Название темы: Термодинамика идеального газа. Внутренняя энергия идеального газа
№649. После включения нагревательного прибора температура воздуха в комнате повысилась. Увеличилась ли внутренняя энергия воздуха в комнате?
№650. Рассчитайте внутреннюю энергию идеального газа в количестве 3 моль при температуре 127 °С.
№651. Какова температура идеального газа, если известно, что внутренняя энергия 2 моль составляет 831 кДж?
№652. Каково давление идеального газа, занимающего объем 2 л, если его внутренняя энергия равна 300 Дж?
№653. Идеальный газ занимает объем 5 л и имеет давление 200 кПа. Какова его внутренняя энергия?
№654. Какой объем занимает идеальный газ, если при нормальном атмосферном давлении его внутренняя энергия равна 600 Дж?
№655. Найдите концентрацию молекул идеального газа в сосуде вместимостью 2 л при температуре 27 °С, если внутренняя энергия его равна 300 Дж.
№656. Какова внутренняя энергия идеального газа, находящегося в закрытом сосуде вместимостью 1,5 л при комнатной температуре, если концентрация молекул газа равна 2⋅1019 см-3?
Название темы: Первое начало термодинамики
№657. Как определить, какой из двух непроградуирован-ных термометров показывает большую температуру?
№658. Какая масса водорода находится под поршнем в цилиндрическом сосуде, если при нагревании его от 250 до 680 К при постоянном давлении на поршень газ произвел работу, равную 400 Дж?
№659. В цилиндрическом сосуде с площадью основания 250 см2 находится азот массой 10 г, сжатый поршнем, на котором лежит гиря массой 12,5 кг. Какую работу совершит газ при нагревании его от 25 до 625 °С? На сколько увеличится при этом объем газа? Атмосферное давление нормальное.
№660. Идеальный газ расширяется по закону p = αV. Найдите графически работу, совершенную газом при увеличении объема от V1 до V2. Поглощается или выделяется тепло в этом процессе?
№661. Температура некоторой массы m идеального газа с молярной массой М меняется по закону T = αV2. Найдите графически работу, совершенную газом при увеличении его объема от V1 до V2. Поглощается или выделяется тепло в этом процессе?
№662. На рисунке 103 изображены циклические процессы, проведенные с неизменной массой идеального газа. Опишите характер теплообмена газа в каждом процессе, составляющем циклы.
№663. При изотермическом сжатии газ передал окружающим телам теплоту 800 Дж. Какую работу совершил газ? Какую работу совершили внешние силы?
№664. При изохорном нагревании газу было передано от нагревателя количество теплоты 250 Дж. Какую работу совершил газ? Чему равно изменение внутренней энергии газа?
№665. При изохорном охлаждении внутренняя энергия уменьшилась на 350 Дж. Какую работу совершил при этом газ? Какое количество теплоты было передано газом окружающим телам?
№666. Какую работу совершил газ и как при этом изменилась его внутренняя энергия при изобарном нагревании газа в количестве 2 моль на 50 К? Какое количество теплоты получил газ в процессе теплообмена?
№667. При изобарном охлаждении на 100 К внутренняя энергия идеального газа уменьшилась на 1662 кДж. Какую работу совершил при этом газ и какое количество теплоты было им передано окружающим телам?
№668. При адиабатном сжатии газа была совершена работа 200 Дж. Как и насколько изменилась при этом внутренняя энергия газа?
№669. При адиабатном процессе газом была совершена работа 150 Дж. Как и насколько изменилась его внутренняя энергия?
№670. Температура воздуха в комнате объемом 70 м3 была 280 К. После того как протопили печь, температура поднялась до 296 К. Найдите работу воздуха при расширении, если давление постоянно и равно 100 кПа.
№671. Какую работу совершит кислород массой 320 г при изобарном нагревании на 10 К?
№672. Вычислите увеличение внутренней энергии водорода массой 2 кг при повышении его температуры на 10 К: 1) изохорно; 2) изобарно.
№673. Объем кислорода массой 160 г, температура которого 27°С, при изобарном нагревании увеличился вдвое. Найдите работу газа при расширении, количество теплоты, которое пошло на нагревание кислорода, изменение внутренней энергии.
№674. Для изобарного нагревания газа в количестве 800 моль на 500 К ему сообщили количество теплоты 9,4 МДж. Определите работу газа и приращение его внутренней энергии.
№675. В баллоне вместимостью 1 л находится кислород под давлением 107 Па и при температуре 300 К. К газу подводят количество теплоты 8,35 кДж. Определите температуру и давление газа после нагревания.
№676. При давлении 105 Па для нагревания аргона массой 1 кг на 2 К необходимо затратить количество теплоты 1,1 МДж. При охлаждении газа от 373 до 273 К при постоянном объеме 5 л выделяется количество теплоты 2,1 МДж, если начальное давление газа 106 Па. Определите по этим данным отношение cp/cv.
№677. Газ при нормальных условиях имеет плотность ρ. Чему равны его удельные теплоемкости ср и cv?
№678. При расширении идеального газа его давление менялось по закону р = р0+αV, где α=const. Найдите молярную теплоемкость газа в указанном процессе.
№679. При расширении идеального газа его давление менялось по закону р = b/V2, где b = const. Найдите молярную теплоемкость газа в указанном процессе.
№680. Свинцовая пуля пробивает деревянную стену, причем скорость в момент удара о стену была равна 400 м/с, а после прохождения стены —300 м/с. Температура пули в момент удара 55 °С. Какая часть пули расплавилась? Считать, что все выделяющееся количество теплоты получает пуля.
№681. Снежок, летящий со скоростью 20 м/с, ударяется в стену. Какая часть его расплавится, если температура окружающей среды равна 0 °С, а вся кинетическая энергия передается снегу?
№682. В калориметре смешиваются три химически не взаимодействующие жидкости массами m1=1 кг, m2 = = 10 кг, m3 = 5 кг, имеющие соответственно температуры t1 = 6°С, t2= —40 °С, t3 = 60°С. Удельные теплоемкости жидкостей равны соответственно 2 кДж/(кг • К), 4 кДж/(кг • К), 2 кДж/(кг • К). Определите температуру смеси и количество теплоты, необходимое для последующего нагревания смеси до 6°С.
№683. В калориметре с очень малой теплоемкостью находится вода массой 1 кг при температуре 10 °С. В воду опускают спираль электронагревателя и бросают алюминиевую пластину массой 0,4 кг, предварительно охлажденную до температуры —200 °С. Мощность нагревателя 800 Вт. Какая температура установится в калориметре спустя 30 с после включения тока?
№684. Почему крупные озера редко замерзают от берега до берега, в то время как малые на той же географической широте покрываются сплошным слоем льда?
№685. При изготовлении льда в холодильнике потребовалось 5 мин для того, чтобы охладить воду от 4 °С до 0 °С, и еще 1 ч 40 мин, чтобы превратить ее в лед. Определите удельную теплоту плавления льда.
№686. Ванну вместимостью 100 л необходимо заполнить водой, имеющей температуру 30 °С. Для этого используют воду температурой 80 °С и лед, взятый при температуре —20 °С. Определите массу льда, которую надо положить в ванну.
№687. В сосуд, содержащий воду массой 100 кг при температуре 10 °С, положили кусок льда, охлажденный до —50 °С. После установления теплового равновесия температура ледяной массы оказалась равной —4 °С. Какова масса куска льда?
№688. В калориметр налита вода массой 2 кг при температуре 5 °С и положен кусок льда массой 5 кг, имеющий температуру —4 °С. Определите температуру и объем содержимого калориметра после установления теплового равновесия. Теплоемкостью калориметра и теплообменом со средой пренебречь.
№689. Почему ожоги паром опаснее ожогов кипятком?
№690. Какая масса воды окажется в смеси, если лед массой 150 г и воду массой 200 г, находящиеся в состоянии теплового равновесия, нагреть до 100 °С путем пропускания пара, имеющего температуру 100 °С?
№691. В теплоизолированном сосуде содержится смесь воды и льда. Масса воды 500 г, льда 54,4 г. Вода и лед находятся в тепловом равновесии. В сосуд вводится сухой водяной пар массой 6,6 г при температуре 100 °С. Какой будет температура после установления нового состояния теплового равновесия?
№692. В длинном вертикальном цилиндрическом сосуде под легким поршнем площадью 0,01 м2 находится вода массой 0,01 кг при температуре 0 °С. В воду опущена спираль нагревателя мощностью 100 Вт. Пренебрегая потерями теплоты, определите, на какую высоту поднимется поршень спустя 5 мин после включения.
Название темы: Тепловые двигатели
№693. Что обладает большей внутренней энергией: рабочая смесь, находящаяся в цилиндре двигателя внутреннего сгорания к концу такта сжатия (до проскакивания искры), или продукт ее горения к концу рабочего хода?
№694. Можно ли было пользоваться ветряными двигателями, если бы температура атмосферного воздуха была везде одинаковой?
№695. Возможно ли понизить температуру воздуха в помещении, если открыть дверцу включенного в электросеть бытового холодильника?
№696. Газ в количестве 1 моль совершает цикл, состоящий из двух изохор и двух изобар. Наименьший объем газа 10 л, наибольший 20 л. Наименьшее давление 2,5 атм, наибольшее —5 атм. Изобразите график этого цикла и найдите работу за цикл.
№697. 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.
№698. Тепловая машина работает по циклу Карно и за счет каждой килокалории, полученной от нагревателя, совершает работу 1,7 кДж. Температура холодильника равна 20 °С. Какова температура нагревателя?
№699. Идеальный тепловой двигатель получает от нагревателя в каждую секунду количество теплоты 7200 кДж и отдает в холодильник 6400 кДж. Каков КПД двигателя?
№700. Каков КПД идеальной паровой турбины, если пар поступает в турбину с температурой 480 °С, а оставляет ее при температуре 30 °С?
№701. Температура воздуха—35 °С, а температура воды в пруду подо льдом +1 °С. Нельзя ли использовать эту разность температур для энергетических целей? Каким свойством должно обладать рабочее тело такой тепловой машины и каков ее КПД?
№702. Котел современной тепловой станции работает при температуре 550 °С. Отработанное тепло может отводиться к озеру или реке при температуре около 20 °С. Каков был бы КПД такой станции, если бы она работала по идеальному циклу Карно?
№703. Двигатель работает по циклу Карно. Как изменится КПД теплового двигателя, если при постоянной температуре холодильника 17 °С температуру нагревателя повысить со 127 до 447 °С?
№704. Температура нагревателя идеальной тепловой машины 117 °С, а холодильника 27 °С. Количество теплоты, получаемое машиной от нагревателя за 1 с, равно 60 кДж. Вычислите КПД машины, количество теплоты, отдаваемое холодильнику за 1 с, и мощность машины.
№705. В идеальном тепловом двигателе абсолютная температура нагревателя в 3 раза выше, чем температура холодильника. Нагреватель передал газу количество теплоты 40 кДж. Какую работу совершил газ?
№706. Температура нагревателя 227 °С. Определите КПД идеального двигателя и температуру холодильника, если за счет каждого килоджоуля теплоты, полученной от нагревателя, двигатель совершает механическую работу 350 кДж.
№707. Идеальная машина, работающая по обратному циклу Карно, забирает тепло от воды, имеющей начальную температуру 0 °С, и передает его кипятильнику с водой, имеющему температуру 100 °С. Сколько воды превращается в пар при образовании льда массой 1 кг?
№708. В топке паросиловой установки сгорает уголь массой 200 кг с теплотой сгорания 29,4 МДж/кг. КПД топки равен 80%. Какую максимально возможную работу можно получить при этом, если температура пара в котле 300 °С, а температура отработанного пара 30°С?
№709. В паровой турбине расходуется дизельное топливо массой 0,35 кг на 1 кВт • ч. Температура поступающего в турбину пара 250 °С, температура холодильника 30 °С. Вычислите фактический КПД турбины и сравните его с КПД идеальной тепловой машины, работающей при тех же температурных условиях.
Название темы: Реальные газы. Насыщенный пар. Влажность воздуха
№710. Уравнение Ван-дер-Ваальса написано для газа в количестве 1 моль. Запишите это уравнение для любой массы газа.
№711. Какую долю объема газа составляет объем молекул при давлении 105 Па? при давлении 500 • 105 Па?
№712. В сосуде вместимостью 20 л при температуре 27 °С находится углекислый газ в количестве 0,05 кмоль. Поправки Ван-дер-Ваальса для СO2 равны а = = 3,6 • 105 Н • м4/кмоль, b = 0,043 м3/кмоль. Определите давление газа.
№713. Вычислите давление азота в количестве 1 моль, находящегося в сосуде вместимостью 1 л при температуре 17 °С. Решите задачу в двух приближениях: один раз считая его идеальным газом, другой — реальным, описываемым уравнением Ван-дер-Ваальса.
№714. Сравните давления, производимые кислородом и водородом (по отдельности) на стенки сосуда вместимостью 5 л при температуре 27 °С, если газы взяты в количестве 10 моль. Вычисления проведите, считая газ: а) идеальным; б) реальным.
№715. Какую температуру имеет азот в количестве 1 моль, занимающий объем 11,5 л при давлении 200 кПа? Решите задачу считая газ: а) идеальным; б) реальным.
№716. Сосуд вместимостью 0,5 л один раз заполняют кислородом, другой раз — углекислым газом. В обоих случаях давление газа равно 300 кПа. Газы взяты в количестве 2 моль. На сколько отличаются температуры газов? Считать газы: а) идеальными; б) реальными.
№717. Насыщенный водяной пар находится при температуре 100 °С и занимает некоторый объем. Как изменится давление пара, если его объем уменьшить вдвое, сохраняя прежнюю температуру?
№718. Почему запотевают очки, когда человек с мороза входит в комнату?
№719. Если в комнате достаточно тепло и влажно, то при открывании зимой форточки образуются клубы тумана, которые в комнате опускаются, а на улице поднимаются. Объясните явление.
№720. Чем объяснить появление зимой инея на оконных стеклах? С какой стороны стекла он появляется?
№721. В два полых стеклянных шара, соединенных трубкой, введено некоторое количество воды, после чего из них откачан воздух и вся система запаяна. Если перелить всю воду в верхний шар, а нижний, пустой, поместить в сосуд с жидким воздухом (рис. 104), то вся вода в верхнем шаре через некоторое время замерзает, хотя он все время находится при комнатной температуре. Почему?
№722. Почему в теплый сухой день наше самочувствие лучше, чем в теплый и сырой?
№723. В большинстве домов для одинакового ощущения комфорта температура воздуха зимой должна быть выше, чем летом. Чем вы можете объяснить этот эффект?
№724. В каком месте на земном шаре абсолютная влажность может быть максимальной?
№725. Почему иногда поверхности окон запотевают? Какие это поверхности — внешние или внутренние? При каких условиях на этих поверхностях образуется лед?
№726. Какой должна быть точка росы, чтобы появился иней?
№727. Иней часто появляется при температуре воздуха около 1 °С. Почему?
№728. В комнате при температуре 20 °С влажность воздуха равна 40%. В это же время на улице при температуре 0 °С влажность 80%. В каком направлении пойдут водяные пары: с улицы в комнату или обратно, если открыть форточку?
№729. Определите абсолютную влажность воздуха, если парциальное давление пара в нем 14 кПа, а температура 333 К.
№730. Давление насыщенного водяного пара при температуре 36 °С равно 44,6 мм рт. ст. Какова масса влажного воздуха объемом 1 м3 при этой температуре, относительной влажности 80% и давлении 1 атм?
№731. Относительная влажность в комнате при температуре 16 °С составляет 65%. Как изменится она при понижении температуры воздуха на 4 К, если упругость водяного пара останется прежней?
№732. Для осушки воздуха, находящегося в баллоне вместимостью 10 л, туда ввели кусок хлористого кальция, который поглотил воду массой 0,13 г. Какова была относительная влажность воздуха в баллоне, если его температура равна 20 °С?
№733. В цилиндре под поршнем находится водяной пар массой 0,4 г при температуре 290 К. Этот пар занимает объем 40 л. Какими путями можно сделать пар насыщенным?
№734. В сосуде вместимостью 100 л при температуре 30 °С находится воздух с относительной влажностью 30%. Какой будет относительная влажность воздуха в сосуде, если в него ввести воду массой 1 г?
№735. В сосуде вместимостью 1 л при температуре 30 °С находится воздух с относительной влажностью 30%. Какой будет относительная влажность воздуха в сосуде, если в него ввести воду массой 1 г?
№736. В комнате при температуре 20 °С относительная влажность воздуха 20%. Сколько нужно испарить воды для увеличения влажности до 50%, если объем комнаты равен 40 м3?
№737. В комнате объемом 50 м3 относительная влажность воздуха 40%. Если испарить дополнительную воду массой 60 г, то относительная влажность будет равной 50%. Какой при этом будет абсолютная влажность воздуха?
№738. Относительная влажность воздуха, заполняющего сосуд вместимостью 0,7 м3, при температуре 24 °С равна 60%. Сколько нужно испарить в этот объем воды для полного насыщения пара?
№739. При температуре 4 °С сухой и влажный термометры психрометра давали одинаковые показания. Что покажет влажный термометр, если температура повысилась до 10 °С? если она повысилась до 16 °С? Считать, что упругость водяного пара остается неизменной.
№740. Найдите относительную влажность воздуха в комнате при температуре 18 °С, если точка росы 10 °С.
№741. Относительная влажность воздуха вечером при температуре 16 °С равна 55%. Выпадет ли роса, если ночью температура понизится до 8 °С?
№742. Днем при температуре 20 °С относительная влажность воздуха была 60%. Сколько воды в виде росы выделится из каждого кубического метра воздуха, если температура ночью понизилась до 8 °С?
№743. Баллон вместимостью 10 л наполнен сухим воздухом при температуре 273 К и давлении 105 Па. В сосуд вводят воду массой 3 г и нагревают баллон до 373 К. Чему равно давление влажного воздуха в баллоне?
№744. Два баллона вместимостью 1 и 2 м3 соединены трубкой с краном. В первом баллоне находится воздух влажностью 20%, во втором —40%. Температура в обоих баллонах 350 К, давление соответственно 105 и 2 • 105 Па. Кран открывают, и пар перемешивается. Определите относительную влажность воздуха и давление влажного воздуха.
№745. В закрытом с обоих концов цилиндре вместимостью 1 л свободно ходит легкий поршень. Под поршнем находится вода массой 5 г, над поршнем — столько же азота. Вся система имеет температуру 373 К. На сколько изменятся объемы пара и газа, если всю систему охладить на 50 К?
№746. До какой температуры надо нагреть запаянный шар, содержащий воду массой 17,5 г, чтобы шар разорвал ся, если известно, что стенки шара выдерживают давление не более 100 атм., а его объем 1 л?

Рады приветствовать учеников всех учебных заведений всех возрастов на нашем сайте! Здесь вы найдете решебники и решения задач бесплатно, без регистрации.
Видео онлайн