Задачи, рекомендуемые для самостоятельного решения

1. Сосуд емкостью V=10^-2 м³ разделен пополам полунепроницаемой пере­го­род­кой. В одну половину сосуда введено 2 г водорода и 4 г гелия. Через перегородку может диффундировать только водород. Во время процесса поддерживается температура 100 ⁰С. Считая газы идеальными, определить установившееся давление в обеих частях сосуда.

Ответ: p=9,6×10⁵ Па

2. Полагая температуру воздуха и ускорение свободного падения не за­ви­ся­щими от высоты, определить, на какой высоте h над уровнем моря плотность воз­духа меньше своего значения на уровне моря в 2 раза. Температура воздуха t=0 ⁰С.

Ответ: h=5,5 км

3. Температура окиси азота NO Т=300 К. Определить долю молекул, скорость которых находится в интервале от u₁=820 м/с до u₂=830 м/с.

Ответ: DN/N=0,4 %

4. В баллоне вместимостью 10 дм³ находится гелий массой 2 г. Определить среднюю длину свободного пробега молекул гелия.

Ответ: l=0,21×10^-6 м

5. Вычислить удельные теплоемкости неона и водорода при постоянном объеме с_v и давлении с_p, принимая эти газы за идеальные.

Ответ: с_v1=624 , c_p1=1,04×10³ , c_v2=10,4×10³ , c_p2=14,6×10³ .

6. Двухатомному газу сообщено 500 кал тепла. При этом газ расширяется при постоянном давлении. Найти работу расширения газа.

Ответ: А=600

7. Идеальная тепловая машина работает по циклу Карно. При этом 80 % тепла, получаемого от нагревателя, передается холодильнику. Количество теплоты, получаемое от нагревателя, равно 6,3×10⁶ . Найти КПД цикла.

Ответ: h=20 %

8. Определить изменение DS энтропии при изотермическом расширении кислорода массой m=10 г от объема V₁=25 л до объема V₂=100 л.

Ответ: DS=3,6

Контрольное задание №2

201. Масса m каждой из пылинок, взвешенных в воздухе, равна 1×10^-18 г. Отношение концентрации пылинок n₁ на высоте h₁=1 м к их концентрации n₀ на высоте h₀=0 равно 0,787. Температура воздуха Т=300 К. Найти по этим данным значение постоянной Авогадро N_А.

202. На сколько уменьшится атмосферное давление р=100 кПа при подъеме наблюдателя над поверхностью Земли на высоту h=100 м? Считать, что температура воздуха равна 290 К и не изменяется с высотой.

203. Пылинки, взвешенные в воздухе, имеют массу m=10^-18 г. Во сколько раз уменьшится их концентрация n при увеличении высоты на Dh=10 м? Температура воздуха Т=300 К.

204. На какой высоте давление воздуха составляет 75 % от давления на уровне моря? Температуру считать постоянной и равной 0 ⁰С.

205. Пассажирский самолет совершает полеты на высоте 8300 м. Чтобы не снабжать пассажиров кислородными масками, в кабинах при помощи компрессора поддерживается давление, соответствующее высоте 2700 м. Найти разность давле­ний внутри и снаружи кабины. Среднюю температуру наружного воздуха считать равной 0 ⁰С.

206. На какой высоте плотность воздуха составляет 50 % от плотности его на уровне моря. Температуру считать постоянной и равной 0 ⁰С.

207. На какой высоте давление воздуха составляет 55 % от давления на уровне моря? Температуру считать постоянной и равной 0 ⁰С.

208. На поверхности Земли барометр показывает 101 кПа. Каково будет давление при подъеме барометра на высоту 540 м. Температуру считать одинаковой и равной 7 ⁰С.

209. Определить высоту горы, если давление на ее вершине равно половине давления на уровне моря. Температура всюду одинакова и равна 0 ⁰С.

210. Пассажирский самолет совершает полеты на высоте 8300 м. Чтобы не снабжать пассажиров кислородными масками, в кабинах при помощи компрессора поддерживается давление, соответствующее высоте 2700 м. Найти, во сколько раз плотность r₂ воздуха в кабине больше плотности r₁ воздуха вне ее, если тем­пература наружного воздуха t₁= -20 ⁰С, а температура воздуха в кабине t₂=+20 ⁰С.

211. Зная функцию распределения молекул по скорости, вывести формулу наиболее вероятной скорости.

212. Используя функцию распределения молекул по скорости, получить функцию, выражающую распределение молекул по относительным скоростям u (u=u/u_В).

213. Определить относительное число молекул идеального газа, скорости которых заключены в пределах от нуля до одной сотой наиболее вероятной скорости.

214. Какая часть молекул азота при 150 ⁰С обладает скоростями от 300 м/с до 325 м/с?

215. Какая часть молекул кислорода при 0 ⁰С обладает скоростью от 100 м/с до 110 м/с?

216. Какая часть молекул азота, находящегося при температуре Т, имеет скорости, лежащие в интервале от u_В до u_В +Du, где Du=20 м/с, Т=400 К.

217. Определить температуру кислорода, для которой функция распределения молекул по скоростям будет иметь максимум при скорости u=420 м/с.

218. Определить температуру водорода, при которой средняя квадратичная скорость молекул больше их наиболее вероятной скорости на Du=400 м/с.

219. Во сколько раз средняя квадратичная скорость молекул водорода больше средней квадратичной скорости молекул водяных паров при той же температуре?

220. Азот находится под давлением р=10⁵ Па при температуре Т=300 К. Найти относительное число молекул азота, скорости которых лежат в интервале от u_В до u_В+Du, где Du=1 м/с.

221. Найти среднюю длину свободного пробега <l> молекул водорода при давлении р=0,1 Па и температуре Т=100 К.

222. При каком давлении р средняя длина свободного пробега <l> молекул равна 1 м, если температура газа равна 300 К.

223. Баллон вместимостью V=10 л содержит водород массой 1 г. Определить среднюю длину свободного пробега молекул <l>.

224. Найти зависимость средней длины свободного пробега <l> молекул идеального газа от давления р при следующих процессах: 1) изохорическом;

2) изобарическом. Изобразить эти зависимости на графиках.

225. Найти среднее число <z> столкновений, испытываемых в течение 1с молекулой кислорода при нормальных условиях.

226. Найти зависимость среднего числа столкновений <z> молекулы идеального газа в 1 с от температуры Т при изохорическом и изобарическом процессах. Изобразить эти зависимости на графиках.

227. Углекислый газ и азот находятся при одинаковых температуре и давлении. Найти для этих газов отношение коэффициентов диффузии.

228. Найти коэффициент теплопроводности водорода, вязкость которого

h=8,6 мкПа×с.

229. Найти коэффициент теплопроводности воздуха при температуре 10 ⁰С и давлении 0,1 МПа. Диаметр молекулы воздуха принять равным 0,3 нм.

230. Углекислый газ и азот находятся при одинаковых температуре и давлении. Найти для этих газов отношение коэффициентов внутреннего трения.

231. Какой объем занимает смесь газов – азота массой m₁=1 кг и гелия массой
m₂=1 кг – при нормальных условиях?

232. Газ при температуре Т=309 К и давлении р=0,7 МПа имеет плотность
r=12 кг/м³. Определить относительную молекулярную массу газа.

233. В баллоне объемом v=25 л находится водород при температуре Т=290 К. После того как часть водорода израсходовали, давление в баллоне понизилось на Dр=0,4 МПа. Определить массу израсходованного водорода.

234. Баллон объемом V=30 л содержит смесь водорода и гелия при температуре Т=300 К и давлении р=828 кПа. Масса m смеси равна 24 г. Определить массу m₁ водорода и m₂ гелия.

235. В баллонах объемом V₁=20 л и V₂=44 л содержится газ. Давление в первом баллоне р₁=2,4 МПа, во втором р₂=1,6 МПа. Определить общее давление р и парциальные р₁^I и р₂^I после соединения баллонов, если температура газа осталась прежней.

236. Баллон объемом 12 л содержит углекислый газ. Давление газа р равно

1 МПа, температура Т=300 К. Определить массу газа в баллоне.

237. Сколько молекул газа содержится в баллоне вместимостью V=30 л при температуре Т=300 К и давлении р=5 Мпа?

238. Давление газа равно 1 МПа, концентрация его молекул равна 10¹⁰ см^-3. Определить: 1) температуру газа; 2) среднюю кинетическую энергию посту­па­тель­ного движения молекул.

239. В колбе вместимостью V=240 см³ находится газ при температуре Т=290 К и давлении 50 кПа. Определить количество вещества газа n и число его молекул N.

240. 12 г газа занимают объем V=4×10^-3 м³ при температуре 7 ⁰С. После нагревания газа при постоянном давлении его плотность r=1×10^-3 г/см³. До какой температуры нагрели газ?

241. Каковы удельные теплоемкости с_v и с_p смеси газов, содержащей кислород m₁=10 г и углекислый газ m₂=20 г?

242. Определить удельную теплоемкость с_v смеси газов, содержащей V₁=5 л водорода и V₂=3 л гелия. Газы находятся при одинаковых условиях.

243. Определить удельную теплоемкость с_p смеси кислорода и гелия, если количество вещества (n= ) первого компонента равно 2 молям, а количество вещества второго – 4 молям.

244. Смесь газов состоит из хлора и криптона, взятых при одинаковых условиях и в равных объемах. Определить удельную теплоемкость с_p смеси.

245. Вычислить удельные теплоемкости с_v и с_p газов: 1) гелия; 2) водорода; 3) угле­кислого газа.

246. Разность удельных теплоемкостей (с_p - с_v) некоторого двухатомного газа равна 260 . Найти молярную массу m газа и его удельные теплоемкости с_v и с_p.

247. Дана смесь газов, состоящая из неона, масса которого m₁=4 кг и водорода, масса которого m₂=1 кг. Газы считать идеальными. Определить удельные теплоемкости смеси газов в процессах: p=const, V=const.

248. Принимая отношение теплоемкостей для двухатомных газов g=1,4, вычислить удельные теплоемкости кислорода.

249. Найти отношение с_p/с_v для смеси газов, состоящей из 10 г гелия и 4 г водорода.

250. Вычислить отношение с_р/с_v для смеси 3 молей аргона и 5 молей кислорода.

251. Водород занимает объем V₁=10 м³ при давлении р₁=100 кПа. Газ нагрели при постоянном объеме до давления р₂=300 кПа. Определить:1) изменение внутренней энергии газа; 2) работу А, совершаемую газом; 3) количество теплоты Q, сообщенное газу.

252. Азот нагревается при постоянном давлении, причем ему было сообщено количество теплоты Q=21 кДж. Определить работу А, которую совершил при этом газ, и изменение его внутренней энергии DU.

253. Водород массой m=4 г был нагрет на DТ=10 К при постоянном давлении. Определить работу расширения газа.

254. Какая работа А совершается при изотермическом расширении водорода массой m=5 г, взятого при температуре 290 К, если объем увеличивается в три раза?

255. Расширяясь, водород совершил работу А=6 кДж. Определить количество теплоты Q, подведенное к газу, если процесс происходит:1) изобарически;

2) изотермически.

256. Водород при нормальных условиях имел объем V₁=100 м³. Найти изменение DU внутренней энергии газа при его адиабатическом расширении до объема V₂=150 м³.

257. 1 кг воздуха, находящегося при температуре 30⁰ С и давлении 1,5 атм, расширяется адиабатически и давление при этом падает до 1 атм. Найти:

1) конечную температуру; 2) работу, совершенную газом при расширении.

258. 1 кмоль кислорода находится при нормальных условиях, а затем его объем увеличивается до V=5V₀. Построить график зависимости p(V), если:
1) расширение происходит изотермически; 2) адиабатически. Значения р найти для объемов: V₀, 2V₀, 3V₀, 4V₀, 5V₀.

259. Некоторая масса газа, занимающего объем V₁=0,01 м³, находится при давлении Р₁=0,1 МПа и температуре Т₁=300 К. Газ нагревается вначале при постоянном объеме до температуры Т₂=320 К, а затем при постоянном давлении до температуры Т₃=350 К. Найти работу, совершаемую газом при переходе из состояния 1 в состояние 3.

260. 1 кмоль азота, находящегося при нормальных условиях, расширяется адиабатически от объема V₁ до объема V₂=5V₁. Найти: 1) изменение внутренней энергии газа; 2) работу, совершенную при расширении.

261. Идеальный двухатомный газ, содержащий количество вещества n=1 моль, находящийся под давлением р₁=0,1 МПа при температуре Т₁=300 К, нагревают при постоянном объеме до давления р₂=0,2 МПа. После этого газ изотермически расширился до начального давления, а затем изобарически был сжат до начального объема V₁. Построить график цикла. Определить температуру Т газа для характерных точек цикла и КПД цикла.

262. Идеальный многоатомный газ совершает цикл, состоящий из двух изохор и двух изобар, причем наибольшее давление газа в два раза больше наименьшего, а наибольший объем в четыре раза больше наименьшего. Определить кпд цикла.

263. В результате кругового процесса газ совершил работу А=1 Дж и передал охладителю количество теплоты Q₂=4,2 Дж. Определить КПД цикла.

264. Идеальный газ совершает цикл Карно. Температура охладителя равна 290 К. Во сколько раз увеличится КПД цикла, если температура нагревателя повысится от 400 К до 600 К?

265. Идеальный газ совершает цикл Карно, получив от нагревателя количество теплоты Q₁=4,2 кДж, совершил работу А=590 Дж. Найти КПД цикла. Во сколько раз температура Т₁ нагревателя больше температуры Т₂охладителя?

266. Идеальный газ совершает цикл Карно. Работа А₁ изотермического расширения равна 5 Дж. Определить работу А₂ изотермического сжатия, если КПД цикла равен 0,2.

267. Определить КПД цикла, состоящего из двух адиабат и двух изохор, совершаемого идеальным газом, если известно, что в процессе адиабатного расширения абсолютная температура газа Т₂=0,75Т₁, а в процессе адиабатного сжатия Т₃=0,75Т₄.

268. Идеальная тепловая машина, работающая по циклу Карно, имеет температуру нагревателя 227⁰ С, температуру холодильника 127 ⁰С. Во сколько раз нужно увеличить температуру нагревателя, чтобы КПД машины увеличился в 3 раза?

269. Идеальная тепловая машина, работающая по циклу Карно, получает за каждый цикл от нагревателя 2514 Дж. Температура нагревателя 400 К, холодильника – 300 К. Найти работу, совершаемую машиной за один цикл, и количество тепла, отдаваемое холодильнику за один цикл.

270. Идеальная тепловая машина работает по циклу Карно. Определить КПД цикла, если известно, что за один цикл была произведена работа, равная 3000 Дж, и холодильнику было передано 13,4×10³ Дж.

271. В результате изохорического нагревания водорода массой m=1 г давление р газа увеличилось в 2 раза. Определить изменение DS энтропии газа.

272. Найти изменение DS энтропии при изобарическом расширении азота массой m=4 г от объема V₁=5 л до объема V₂=9 л.

273. Кислород массой m=2 кг увеличил свой объем в 5 раз один раз изотермически, другой – адиабатически. Найти изменение энтропии в каждом из указанных процессов.

274. Водород массой m=100 г был изобарически нагрет так, что его объем увеличился в 3 раза, затем водород был изохорически охлажден так, что давление его уменьшилось в 3 раза. Найти изменение энтропии в ходе указанных процессов.

275. Найти изменение энтропии при переходе 8 г кислорода от объема в 10 л при температуре 80 ⁰С к объему в 40 л при температуре 300 ⁰С.

276. 6,6 г водорода расширяется изобарически до увеличения объема в два раза. Найти изменение энтропии при этом расширении.

277. Найти изменение энтропии DS 5 г водорода, изотермически расши­рившегося от объема 10 л до объема 25 л.

278. Найти приращение энтропии DS при расширении 2 г водорода от объема 1,5 л до объема 4,5 л, если процесс расширения происходит при постоянном давлении.

279. 10 г кислорода нагреваются от t₁=50 ⁰С до t₂=150 ⁰С. Найти изменение энтропии, если нагревание происходит: 1) изохорически; 2) изобарически.

280. При нагревании 1 кмоля двухатомного газа его абсолютная температура увеличивается в 1,5 раза. Найти изменение энтропии, если нагревание происходит: 1) изохорически; 2) изобарически.

Таблица №1

Варианты для решения задач по теме

“Механика и элементы специальной теории относительности”

Варианты	Номер задачи

Таблица №2

Варианты для решения задач по теме

“Основы молекулярной физики и термодинамики”

Варианты	Номера задач

Список литературы

1. Дмитриева В.Ф. Физика. М.: ВШ, 1993. 415 с.

2. Савельев И.В. Курс общей физики. Т.1. Механика. Молекулярная физика. М.: Наука, 1982. 432 с.

3. Зисман Г.А., Тодес О.М. Курс общей физики Т.1. Механика, молекулярная физика, колебания и волны. М.: Наука, 1969. 340 с.

4. Фирганг Е.В. Руководство к решению задач по курсу общей физики. М.: ВШ, 1977. 351 с.

5. Чертов А.Г., Воробьев А.А. Задачник по физике. М.: ВШ, 1988. 527 с.

Содержание

Введение …………………………3

Содержание теоретического курса	…………………………4
Требования к оформлению контрольных заданий и по исследованию таблиц	………………………….6
Механика и элементы специальной теории относительности	………………………….8
Контрольное задание №1	………………………...30
Основы молекулярной физики и термодинамики	..………………………38
Контрольное задание №2	..………………………56

Список литературы …………………………74

Дата добавления: 2014-12-29