Вариант № 21

1. Начальная масса ракеты 30 т, начальное ускорение равно 3g. У ракеты четыре сопла диаметром 20 см каждое. Найти плотность газа на выходе из сопла. Скорость истечения продуктов сгорания из сопла ракеты равна 2,0 км/с, температура 600 ^оС. Считать, что топливо сгорает полностью и из сопла вытекает углекислый газ.

Ответ: а) ρ=2,14 кг/м³; б) ρ=2,24 кг/м³; в) ρ=2,34 кг/м³; г) ρ=2,44 кг/м³;

д) ρ=2,54 кг/м³.

2. Слиток сплава золота и серебра в воздухе весит 2,94 Н, а в воде – 2,69 Н. Определить массу золота в слитке (рис. 1). Считать, что при сплавлении объем слитка равен сумме объемов компонентов. Выталкивающей силой воздуха пренебречь. Плотности золота и серебра соответственно равны₁=1,9310⁴ кг/м³ и ₂=1,0510⁴ кг/м³.

Ответ: а) m_з=0,09 кг; б) m_з=0,08 кг; в) m_з=0,07 кг;

г) m_з=0,05 кг; д) m_з=0,04 кг.

3. В баллоне объемом 0,2 м³ находится газ под давлением 10⁵ Па при температуре 290 К. После подкачивания газа давление повысилось до 310⁵ Па, а температура увеличилась до 320 К. На сколько увеличилось число молекул газа?

Ответ: а) ΔN=8,210²³; б) ΔN=8,310²³; в) ΔN=8,410²³; г) ΔN=8,510²³;

д) ΔN=8,610²³.

4. В сосуде объемом 0,5 л находится 1 г парообразного йода (I₂). При температуре 10^{3 о}С давление в сосуде 93,3 кПа. Найти степень диссоциации α молекул йода на атомы. Молярная масса молекул йода μ=0,254 кг/моль.

Ответ: а) α=0,12; б) α=0,14; в) α=0,16; г) α=0,18; д) α=0,20.

5. Водород находится при нормальных условиях и занимает объем 1 см³. Определить число молекул в этом объёме, отличающихся скоростями, меньшими некоторого значения v_max=1 м/с.

Ответ: а) ΔN=0,1810¹³; б) ΔN=0,1610¹³; в) ΔN=0,1410¹³; г) ΔN=0,1210¹³; д) ΔN=0,1010¹³.

6. Рабочее тело (идеальный газ) теплового двигателя совершает цикл, состоящий из последующих процессов: изобарного, адиабатического и изотермического (рис. 2). В результате изобарного процесса газ нагревается от Т₁=300 К до Т₂=600 К. Определить термический КПД теплового двигателя.

Ответ: а) η=38,7%; б) η=36,7%; в) η=34,7%; г) η=32,7%; д) η=30,7%.

7. При нагревании двухатомного идеального газа (ν=3 моль) его термодинамическая температура увеличилась в n=2 раза. Определить изменение энтропии, если нагревание происходит изобарно.

Ответ: а) ΔS=30,3 Дж/К; б) ΔS=40,3 Дж/К; в) ΔS=50,3 Дж/К;

г) ΔS=60,3 Дж/К; д) ΔS=70,3 Дж/К.

8. Определить для ван-дер-ваальсовского газа, занимающего объем V=3 м³ при температуре Т=300 К, разность молярных теплоемкостей C_p-C_V. Ситать известными поправки а=0,364 Пам⁶/моль² и b=3,1710^-5 м³/моль.

Ответ: а) C_p-C_V=8,51 Дж/(мольК); б) C_p-C_V=8,41 Дж/(мольК);

в) C_p-C_V=8,31 Дж/(мольК); г) C_p-C_V=8,21 Дж/(мольК);

д) C_p-C_V=8,11 Дж/(мольК).

9. Давление двухатомного газа вследствие сжатия увеличилось в десять раз. Определить, как изменится коэффициент динамической вязкости газа. Сжатие происходит адиабатически. Эффективный диаметр молекул считать постоянным.

Ответ: а) η₁/η₂=1,59; б) η₁/η₂=1,49; в) η₁/η₂=1,39; г) η₁/η₂=1,29; д) η₁/η₂=1,19.

10. Пространство между двумя большими параллельными пластинами заполнено гелием. Расстояние между пластинами ℓ=50 мм. Одна пластина поддерживается при температуре t₁=20 ^оС, другая – при температуре t₂=40 ^оС. Вычислить поток тепла, приходящийся на единицу площади пластин, если давление в газе p=760 мм рт. ст.

Ответ: а) q=50 Вт/м²; б) q=40 Вт/м²; в) q=30 Вт/м²; г) q=20 Вт/м²;

д) q=10 Вт/м².