Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

КР2

.pdf
Скачиваний:
2
Добавлен:
28.02.2024
Размер:
138 Кб
Скачать
☆

145-09-2012

Физика Контрольная работа №2 Вариант 6

2

206. В сосуде находится 65 г кислорода. Найти число молекул, находящихся в сосуде.

m =65 г =65 10−3 кг

N =?

Число молекул газа:

 

N =

m N

A

=

65 10−3 кг

6,02 1023 моль−1 =1,22 1024 молекул

32 10−3 кг/моль

 

µ

 

 

где µ −молярная масса O2; NA − число Авогардо.

Ответ: N =1,22 1024 молекул.

3

216. Какой энергией теплового движения обладает газ, занимающий объем 86 см3 при давлении 23 мм рт. ст? Молекулы газа двухатомные.

V =86 см3 =86 10−6 м3

p = 23 мм рт. ст. = 23 133,3 Па

U =?

Внутренняя энергия газа:

U =

i

m RT

(1)

2

 

µ

 

где i −число степеней свободы молекулы газа (для двухатомного газа i =5 );

m − масса газа; µ − молярная масса газа;

R − универсальная газовая посто-

янная.

 

Уравнение состояния газа:

 

pV = m RT

(2)

µ

 

Из (1) и (2) находим:

 

U = 2i pV = 52 23 133,3 Па 86 10−6 м3 =0,659 Дж Ответ: U =0,659 Дж.

4

226. Атмосферное давление на поверхности Земли 0,1 МПа. На сколько изменится давление при подъеме наблюдателя на высоту 119 м? Температуру воздуха считать постоянной и равной 290 К. (Массу одного киломоля воздуха принять равной 29 кг).

ρ0 =0,1МПа =105 Па h =119 м

Е = 290 К

µ= 29 10−3 кг/моль

∆ρ =?

Давление на высоте h :

−µgh

ρ= ρ0e RT

Давление увеличится на

∆ρ = ρ − ρ0 = ρ0e

−

µgh

= ρ0

 

−

µgh

 

 

 

RT − ρ0

e

 

RT

−1

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2910

−3

кг

9,8 м/с2 119 м

 

 

 

 

 

−

 

 

моль

 

 

 

 

=10

5

8,31 Дж/(мольК) 290 K−1

 

=1413 Па

 

Па e

 

 

 

 

 

 

−1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ответ: ∆ρ =1413 Па.

5

236.Определить массу одной из пылинок, взвешенных в воздухе, если

втолщине слоя воздуха 3 см их концентрация различается на 35% при температуре 22°С.

d =3 см =0,03 м

n =1−0,35 n0 =0,65 n0 t = 22°C

T =(22 +273)K = 295 K m =?

Концентрация пылинок на высоте h :

n = n е

−mgd

(1)

kT

0

 

 

где g − ускорение свободного падения; k −постоянная Больцмана.

По условию задачи:

n =0,65 n0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(2)

Из(1) и (2)

находим:

 

 

 

 

 

 

 

 

mgh

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

е kT

= n0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

kT

 

n

 

1,38 10−23

 

Дж

235 К

 

−1

 

−21

 

m =

 

ln

 

o

 

=

 

 

 

К

 

ln (0,65)

 

=5,97 10

 

кг

gd

 

 

9,8 м/с

2

0,03 м

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

Ответ: m =5,97 10−21 кг.

i =5 );
6
246. Найти для кислорода отношение удельной теплоемкости при постоянном давлении к удельной теплоемкости при постоянном объеме.
O2
C уд Сpуд =?
v
Молярные теплоемкости кислорода:

при p =const :

Cp µ = i +2 R

(1)

 

 

 

 

2

 

при V =const :

 

C

vµ

=

i

R

(2)

 

 

2

 

 

 

 

 

 

где i −число степеней свободы молекулы газа (для двухатомного газа R −универсальная газовая постоянная.

Удельные теплоемкости кислорода:

 

уд

 

 

Сpµ

 

i

+ 2

 

R

 

Cp

=

 

 

 

=

 

2

 

 

 

(3)

µ

 

 

 

µ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C

уд

=

Сvµ

=

i

 

R

 

 

(4)

v

µ

 

2

µ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где µ − молярная масса газа.

Отношение удельных теплоемкостей:

 

Cp уд

 

 

i +2

 

R

 

i +2

 

5 + 2

 

7

 

=

 

2

 

µ

=

=

=

 

 

Cv уд

 

i

 

R

i

5

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

µ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ответ:

 

Cp

уд

=

7

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C

уд

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

v

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7

255. Какая доля теплоты, подводимой к идеальному газу, расходуется на увеличение внутренней энергии газа? Газ одноатомный, процесс изобарический.

i =3

p =const

∆QU =?

Увеличение внутренней энергии газа:

 

∆U =C

m ∆T

 

(1)

 

 

 

vµ

µ

 

 

где C

=

i

R

 

 

(2) – молярная теп-

 

 

 

vµ

2

 

 

 

 

лоемкость газа при постоянном объеме;

m

– число молей газа; ∆T – измене-

 

 

 

 

 

µ

 

ние температуры газа; i − число степеней свободы молекулы газа (для одноатомного газа i =3); R −универсальная газовая постоянная.

Поглощенное тепло в изобарическом процессе:

Q =Cpµ mµ ∆T

= i +2

где Cpµ 2 R

Тогда ∆QU

Ответ: ∆QU = 53.

– (4) – молярная теплоемкость при постоянном давлении.

 

Cvµ

m

∆T

 

 

 

 

i

 

 

 

 

 

 

 

 

µ

 

Cvµ

 

 

 

R

 

 

i

 

 

3

= 3

=

=

=

 

2

 

=

=

 

 

m

 

 

i +2

 

i + 2

3

+2

 

Cpµ

∆T

 

Cpµ

R

 

5

 

µ

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

8

266. Идеальная холодильная машина работает как тепловой насос по обратному циклу Карно. При этом она берет теплоту от воды с температурой 3°С и передает ее воздуху с температурой 27°С. Найти коэффициент η′ – от-

ношение теплоты, переданной за некоторый промежуток времени воздуху к работе машины за это же время.

T2 =30 C =(3 + 273)K = 276 K T1 = 270 C =(27 + 273)K =300 K

η′=?

К.п.д. прямого цикла:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

η =

 

A

 

 

= Q1 −Q2

=1

− Q2

 

 

 

 

 

(1)

Q

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Q

 

 

 

Q

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где A −совершенная работа; Q1 − тепло полученное от нагревателя; Q2 − те-

пло, отданное холодильнику.

 

 

 

 

 

 

или

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

η = T1 −T2 =

300 −276

=0,08

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

T

 

 

 

300

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

К.п.д. обратного цикла (холодильная машина):

 

η′=

 

Q2

=

 

 

Q2

 

=

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

(2)

 

 

 

A

 

 

Q −Q

 

 

Q1

−1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

2

 

 

 

Q

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Из (1) находим:

 

Q2

=1−η

 

 

 

 

 

(3)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Q

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Q1 =

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(4)

1

−η

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Q

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Подставим (4) в (2):

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

η′=

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

=

 

 

1

 

 

=

1−η

=

1−η

=

1−0,08

=11,5

 

 

 

1

 

−1

1−(1−η)

1−1+η

η

0,08

 

 

1−η

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1−η

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9

Таким образом, η′= QA2 =11,5

Ответ: η′=11,5.

10

276. Найти изменение энтропии при изобарическом расширении азота массой 28 г от объема V1 =5 л до объема V2 =10 л.

N2 p =const

m = 28 г = 28 10−3 кг

V1 =5 л =5 10−3 м−3 V2 =10 л =10 10−3 м−3

∆S =?

Элементарное изменение тепла при изобарическом процессе:

 

dQ

= m CpµdT

 

 

 

(1)

 

 

µ

 

 

 

 

где

Cpµ = i + 2 R =

5 +

2

=

7 R – молярная теплоемкость при постоянном

 

 

2

2

 

 

2

давлении

 

 

 

 

(2)

i −число степеней свободы молекулы газа (для двухатомного газа

i =5 ).

Элементарное изменение энтропии:

dS = dQ = m

7 R dT

 

 

 

 

 

 

(3)

 

 

T

 

µ

2

T

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m 7

 

T2

dT m 7

 

Т2

m 7

T2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∆S = µ

2

R ∫

T

= µ 2 RlnT

 

=

µ 2 Rln

T

 

(4)

 

 

 

 

 

 

T

 

 

 

Т1

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Универсальный газовый закон:

 

 

 

 

 

 

pV1

=

pV2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(5)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

T

T

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Из (5):

T2

=V2

 

 

 

 

 

 

 

 

(6)

 

 

 

 

T

V

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Подставим (6) в (4):