4. Тепловые процессы

4.1. В сосуде объемом 20л находится 4г водорода при температуре 27°С. Найдите давление водорода.

4.2. Определите число молекул, содержащихся в единице массы диоксида углерода; найдите массу одной молекулы и для нормальных условий число молекул в 1см³ газа, если плотность данного газа при нормальных условиях равна = 1,98кг/м³.

4.3. Найдите плотность кислорода при температуре 300К и давлении 1,6·10⁵Па. Определите массу кислорода, занимающего при этих условиях 200м³.

4.4. Сколько степеней свободы имеет молекула, обладающая средней кинетической энергией теплового движения 9,7·10^-21Дж при температуре 7°С?

4.5. Чему равна средняя кинетическая энергия молекул при температуре 10°С для одноатомных, двухатомных и многоатомных газов?

4.6. Найдите среднюю квадратичную скорость молекул газа, имеющего плотность 1,8кг/м³ при давлении 152кПа.

4.7. Газ нагревается в открытом сосуде при нормальном атмосферном давлении от 27°С до 327°С. Насколько при этом изменится число молекул в единице объема?

4.8. Удельная теплоемкость при постоянном давлении некоторого газа 978Дж/(кг·К), молярная масса его 34кг/кмоль. Определите, каким числом степеней свободы обладают молекулы этого газа.

4.9. Разность между удельными теплоемкостями при постоянном давлении и постоянном объеме для некоторого газа равна 260Дж/(кг·К). Определите молярную массу данного газа.

4.10. При нагревании газа на 25°С при постоянном давлении необходимо затратить 500Дж тепла, а при охлаждении того же количества газа на 78°С при постоянном объеме выделяется 1070Дж.

Определите отношение теплоемкостей .

4.11. 5,6г оксида углерода (СО) находится под давлением 2·10⁵Н/м² при температуре 17°С. После нагревания при постоянном давлении газ занял объем 5дм³. Определите количество теплоты, полученной газом.

4.12. Закрытый баллон объемом 0,8м³ заполнен азотом под давлением 2,3·10⁶Н/м² при температуре 20°С. Газу сообщили 4,6·10³кДж тепла. Определите температуру и давление газа в конце процесса.

4.13. В цилиндре диаметром d = 40см содержится V= 0,08м³ двухатомного газа. Насколько следует увеличить нагрузку поршня при подводе 84Дж тепла, чтобы поршень не пришел в движение?

4.14. При изобарическом расширении некоторой массы многоатомного газа, находящегося под давлением 2·10⁵Н/м², его внутренняя энергия изменилась на 4,8кДж. Найдите увеличение объема газа.

4.15. На сколько километров пути хватит автомашине 40л бензина, если ее вес равен Р = 35,5кН. Общее сопротивление движению составляет 0,050 этой силы, КПД двигателя η= 18%, удельная теплота сгорания бензина q = 4,6·10⁷Дж/кг, плотность бензина = 0,7·10³кг/м³. Движение считать равномерным.

4.16. Какое количество теплоты за сутки теряется через стены и окна в комнате с печным отоплением, если для поддержания в ней постоянной температуры воздуха потребовалось сжечь 10кг угля? Удельная теплота сгорания угля q = 2,05·10⁷Дж/кг; КПД печи равен 35%.

4.17. Двигатель автомобиля потребляет 0,29кг бензина на 1кВт^.ч энергии. Определите КПД двигателя.

4.18. Найдите массу горючего, необходимого для тепловоза, состоящего из двух секций с дизелями мощностью 735кВт в каждом при КПД 28%, чтобы пройти расстояние 10³км со средней скоростью 72км/ч.

4.19. Газ совершает цикл Карно. Абсолютная температура нагревателя в 3 раза выше абсолютной температуры холодильника. Какую долю тепла, получаемого за один цикл от нагревателя, газ отдает холодильнику?

4.20. Идеальная тепловая машина, работающая по циклу Карно, имеет температуру нагревателя 227°С, температуру холодильника 127°С. Во сколько раз нужно увеличить температуру нагревателя, чтобы КПД машины увеличился в 3 раза?

4.21. Газ, совершающий идеальный цикл Карно, 3/4 тепла, которое он получил от нагревателя, отдает холодильнику. Температура холодильника 0°С. Определите температуру нагревателя.

4.22. В паровой турбине расходуется 350г дизельного топлива на выработку 3,6МДж механической энергии. Температура поступающего в турбину пара 250°С, температура холодильника 30⁰С. Вычислить реальный КПД турбины и сравнить его с КПД идеальной тепловой машины. Удельная теплота сгорания топлива 46 МДж/кг.

4.23. С какой высоты упал свинцовый шар, если он нагрелся при падении на 2°С? Удар неупругий, на нагревание пошло 40% механической энергии шара. Удельная теплоёмкость свинца 130Дж/кг.

4.24. Найти мощность электрической плитки, на которой 5л воды, взятой при 20°С, за 30 минут доведены до кипения.

4.25. В воду, нагретую до температуры 100°С, помещают стальной шар, температура которого 110°С. Определить массу шара, если масса испарившейся воды 1г. Удельная теплоёмкость стали 500Дж/(кг·К). Удельная теплота парообразования воды 2250кДж/кг.

4.26. Криптон массой 1г был нагрет на 100К при постоянном давлении. Какое количество теплоты получил газ? Молярная масса криптона 0,084кг/моль.

4.27. В цилиндре под поршнем находится аргон массой 0,5кг. Какую работу совершает газ при адиабатном расширении?

4.28. Пять моль одноатомного идеального газа сначала изобарно нагревают, сообщая ему 100Дж теплоты. Затем газ изохорно охлаждают до первоначальной температуры. Какое количество теплоты отдаёт газ в изохорном процессе?

4.29. Идеальная машина, работающая по обратному циклу Карно, забирает тепло от воды, имеющей температуру 0°С, и передает его кипятильнику с водой, имеющей температуру 100°С. Сколько воды превращается в пар при образовании льда массой 1кг?

4.30. В топке паросиловой установки сгорает уголь массой 200кг с теплотой сгорания 29,4МДж/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?