Вправа 12

1 (п). Під час ізотермічного розширення газ виконав роботу 20 Дж. Яку кількість теплоти надано газу?

2 (п). Під час адіабатного розширення азоту була виконана робота 500 Дж. Чому дорівнює зміна внутрішньої енергії азоту?

3 (п). Винахідник оголосив, що він сконструював машину, яка дає змогу від тонни вугілля одержати 9·10¹⁹ Дж енергії. Чи можна вірити цьому?

4 (д). Ідеальна теплова машина має ККД ŋ = 60%. У скільки разів кількість теплоти, що одержує робоче тіло від нагрівника, більша за кількість теплоти, що віддає робоче тіло холодильнику?

5 (д). У циліндрі компресора стискають 4 молі молекул ідеального одноатомного газу. Визначити зміну температури газу за один хід поршня, якщо при цьому виконано роботу 500 Дж. Процес вважати адіабатним.

6 (с). Яку роботу виконує молекулярний кисень масою 640 г під час його ізобарного нагрівання на 20 К?

7 (с). Температура нагрівника теплової машини 200 °С. Яка температура холодильника, якщо за рахунок 4 кДж енергії, що отримується від нагрівника, ідеальна машина виконує роботу 1,6 кДж?

8 (с). Наприкінці процесу стиснення газу в циліндрі карбюраторного двигуна внутрішнього згоряння тиск був 9·10⁵ Па, а наприкінці процесу згоряння пального став 35·10⁵ Па. Визначити температуру газу в циліндрі наприкінці процесу згоряння пального. Температура наприкінці процесу стиснення дорівнює 400 ºС. Поршень у процесі згоряння палива можна вважати нерухомим.

9 (с). В закритій посудині знаходиться 20 г азоту і 32 г кисню. Знайти зміну внутрішньої енергії суміші газів при охолодженні її на 28 К.

10 (в). Тіло масою = 100 кг ковзає вниз по площині, що нахилена під кутом α = 30º до горизонту. Як зміниться внутрішня енергія тіла і похилої площини під час переміщення тіла на відстань = 3,0 м по вертикалі? Коефіцієнт тертя ковзання μ = 0,2.

11 (в). Одноатомний ідеальний газ під час ізобарного нагрівання виконує роботу 8 кДж. Обчислити зміну внутрішньої енергії та кількість теплоти, що передали газу.

12 (в). Середня потужність домашнього холодильника 100 Вт. Яку кількість теплоти він виділяє у кімнату за добу, якщо його холодильний коефіцієнт ε = 9?

Найголовніше у розділі 6

Усі закономірності термодинаміки стосуються термодинамічної системи в рівноважному стані. Тому поняття «термодинамічна система» (мал. 6.12) є головним у цьому розділі поряд із головним поняттям усієї частини «Молекулярна фізика і термодинаміка» – «температура».

Мал. 6.12

Будь-яка термодинамічна система має внутрішню енергію, яку можна змінити через підведення певної кількості теплоти або виконання роботи над системою. Кількісно ці величини поєднуються у першому законі термодинаміки. Цей закон може бути застосованим до ізохорного, ізобарного, ізотермічного та адіабатного процесів.

Багато процесів, цілком можливих з погляду закону збереження енергії, ніколи насправді не відбуваються. До них належать і оборотні процеси. Необоротність теплових процесів у природі виражає другий закон термодинаміки вказуванням напряму можливих енергетичних перетворень. Закони термодинаміки дали змогу людству знайти пристрій для перетворення теплової енергії в механічну – тепловий двигун. Розроблення теплових двигунів спиралося на теорію ідеального циклу Карно, а також одну з теорем Карно про максимальність ККД ідеальної машини і на цій основі підвищення ККД реальних теплових двигунів.

Значні досягнення має термодинаміка і в дослідженні внутрішньої структури речовини, адже, знаючи характер зміни теплових потоків, що пропускають через зразок матеріалу, можна робити певні висновки і про його внутрішню будову.