Фізика_1 / зад заоч / 13 final

ФІЗИЧНІ ОСНОВИ ТЕРМОДИНАМІКИ

1. Обчислити питомі теплоємності і газів. 1) гелію, 2) водню; 3)вуглекислого газу.

2. Які питомі теплоємності і суміші газів, що містить кисень масою = 10 г і азот масою = 20 г?

3. Різниця питомих теплоємностей - деякого двоатомного газу дорівнює 260 Дж/(кг·К). Знайти молярну масу М газу і його питомі теплоємності і .

4. Визначити питому теплоємність суміші газів, що містить V = 5 л водню і V = 3 л гелію. Гази знаходяться при однакових умовах.

5. Визначити питому теплоємність суміші кисню й азоту, якщо кількість речовини першого компонента дорівнює 2 моля, а кількість речовини другого дорівнює 4 моля.

6. У балоні знаходяться аргон і зчот Визначити питому теплоємність суміші цих газів, якщо масові частки аргону () і азоту () однакові і рівні w=0,5

7. Суміш газів складається з хлору і криптону, взятих при однакових умовах і в рівних об'ємах. Визначити питому теплоємність суміші

8. Визначити питому теплоємність суміші ксенону і кисню, якщо кількості речовини газів у суміші однакові і рівні v.

9. Знайти показник адіабати для суміш газів_: що містить гелій масою = 10 г і водень масою =4 г.

10. Суміш газів складається з аргону й азоту, взятих при однакових умовах і в однакових об'ємах. Визначити показник адіабати такої суміші.

11. Знайти показник адіабати у суміші водню і неону, якщо масові частки обох газів у суміші однакові і рівні w =0,5.

12. Знайти показник адіабати у суміші газів, що містить кисень і аргон якщо кількості речовини того й іншого газу в суміші однакові і рівні v.

13. Ступінь дисоціації а газоподібного водню дорівнює 0,6. Знайти питому теплоємність такого частково дисоційованого водню.

14. Азот масою m = 5 кг. нагрітий на T = 150 К зберіг незмінний об'єм V. Знайти:1) кількість теплоти Q. що надана газу: 2) зміну внутрішньої енергії: 3) виконану газом роботу A.

15. Водень займає об'єм V = 10 м при тиску = 100 кПа. Газ нагріли при постійному об'ємі до тиску = 300 кПа. Визначити: 1) зміну внутрішньої енергії газу: 2) роботу А виконану газом: 3) кількість теплоти Q надану газу.

13.16. При ізохоричному нагріванні кисню об'ємом V = 50 л тиск газу змінився на р = 0,5МПа. Знайти кількість теплоти Q, що надана газу.

17. Балон об'ємом V= 20 л містить водень при температурі Т = 300 К під тиском р =0,4 МПа. Які будуть температура Т і тиск p якшо газу надати кількість теплоти Q = 6 кДж?

18. Кисень при незмінному тиску р= 80 кПа нагрівається. Його об'єм збільшується від V =1м³ до V₂ = 3м³. Визначити: 1) зміну внутрішньої енергії кисню, 2) роботу А, виконану ним при розширенні; 3)кількість теплоти Q. що надана газу.

19. Азот нагрівався при постійному тиску, причому йому була надана кількість теплоти Q = 21кДж.Визначити роботу А, що виконав при цьому газ, і зміну його внутрішньої енергії.

20. Кисень масою m = 2 кг займає об'єм V = 1 м і знаходиться під тиском р = 0,2 МПа. Газ був нагрітий спочатку при постійному тиску до об'єму V₂ = 3 м³, а потім при постійному об'ємі до тиску р₂ = 0,5 МПа. Знайти: 1) зміну внутрішньої енергії газу: 2) виконану ним роботу А; 3)кількість теплоти Q, що надана газу. Побудувати графік процесу.

21. Гелій масою m= 1 г був нагрітий на =100 К при постійному тиску р. Визначити: 1)кількість теплоти Q. надану газу; 2) роботу А розширення; 3) збільшення ДУ внутрішньої енергії газу.

22. Водень масою m = 4 г був нагрітий на = 10 К, при постійному тиску. Визначити роботу А розширення газу.

23. Газ, що займав об'єм V = 12 л під тиском р = 100 кПа. Був ізобаричнo нагрітий від Т=300К до Т₂ = 400 К. Визначити роботу А розширення газу.

24. Водяна пара розширюється при постійному тиску.Визначити роботу А розширення, якщо пару передана кількість теплоти Q = 4 кДж. 13.25. На нагрівання кисню масою m = 160 г на = 12 К була витрачена кількість теплоти Q=1,76 кДж. Як протікав процес: при постійному об'ємі чи постійному тиску

26. Яка робота А виконується при ізотермічному розширенні водню масою m = 5 г, взятого при температурі Т = 290 К, якщо об'єм газу збільшується в три рази?

27. Азот масою m = 200 г розширюється ізотермічнo при температурі Т = 280 К, при цьому об'єм газу збільшується в два рази. Знайти: 1) зміну внутрішньої енергії газу; 2) виконану при розширенні газу роботу А; 2) кількість теплоти Q, отриману газом.

28. У циліндрі під поршнем знаходиться азот масою m = 0,5 кг, що займає об'єм V = 1,2 м при температурі Т = 560 К.У результаті підведення теплоти газ розширився і зайняв об'єм V=4.2 м³, при цьому температура залишилася незмінною. Знайти:1) зміну внутрішньої енергії газу; 2) виконану ним роботу А; 3) кількість теплоти Q, надану газу.

13.29.Водень масою m=10 г нагріли на = 200 К при цьому газу була передана кількість теплоти Q = 40 кДж. Знайти зміну внутрішньої енергії водню і виконану ним роботу А.

30. При ізотермічному розширенні водню масою m=1 г, що мав температуру Т=280 К, об'єм газу збільшився в три рази. Визначити роботу А розширення газу.

31. Азот,що займав об’єм V₁=10л під тиском р = 0.2МПа. ізотермічно розширився до об’єму V = 28 л. Визначити роботу А розширення газу

32. При ізотермічному розширенні кисню, що містив кількість речовини v = 1 моль і мав температуру Т = 300 К, газу була передана кількість теплоти Q = 2 кДж. В скільки раз збільшився об'єм газу?

33. Яка кількість теплоти Q виділиться, якщо азот масою m=1 г, взятий при температурі Т=280К під тиском р = 0,1 МПа, ізотермічно стиснути до тиску р = 1 МПа?

34. Розширюючись, водень виконав роботу А=6 кДж. Визначити кількість теплоти Q. підведену до газу, якщо процес протікав: 1) ізобарично 2) ізотермічно.

35. Автомобільна шина накачана до тиску = 220 кПа при температурі = 290 К. Під час руху вона нагрілася до температури Т = 330 К і лопнула. Вважаючи процес, що відбувасться після ушкодження шини,адіабатичним, визначити зміну температури T повітря, що вийшло з неї. Зовнішній тиск , повітря дорівнює 100 кПа.

30. При адіабатичному стисканні кисню масою m=1 кг виконана робота А = 100 кДж. Визначити кінцеву температуру T газу, якщо до стискання кисень знаходився при температурі T= 300 К.

31. При адіабатичному розширенні кисню з початковою температурою = 320 К внутрішня енергія зменшилася на = 8,4 кДж, а його об'єм збільшився в n=10 разів. Визначити масу m кисню.

32. Водень при нормальних умовах мав об'єм V = 100 м Знайти зміну внутрішньої енергії газу при його адіабатичному розширенні до об'єму = 150м

33. У циліндрі під поршнем знаходиться водень масою m = 0,02 кг при температурі =300К. Водень спочатку розширився адіабатичнo,збільшивши свій об'єм у п'ять разів, а потім був стиснутий ізотермічно, при цьому об єм газу зменшився в п'ять разів. Знайти температуру Т₂ наприкінці адіабатичного розширення і повну роботу А, виконану газом.Зобразити процес графічно.

34. При адіабатичному стисканні кисню масою m=20 г його внутрішня енергія збільшилась на = 8 кДж і температура підвищилася до Т = 900 К. Знайти: 1) підвищення температури 2} кінцевий тиск газу р, якщо початковий тиск =200 кПа.

35. Повітря, що займало об'єм V=10 л при тискові = 100 кПа. було адіабатично стиснуте до об'єму = 1 л. Під яким тиском р знаходиться повітря після стискання'⁷

13.42. Пальна суміш у двигуні дизеля загоряється при температурі =1,1 кК, Початкова температура суміші Т= 350 К. В скільки разів потрібно зменшити об'єм суміші при стисканні, щоб вона загорілась?Стискання вважати адіабатичним. Показник адіабати для суміші прийняти рівним 1,4.

13.43. Вуглекислий газ, що знаходився під тиском =100 кПа при температурі = 290 К, був адіабатичне стиснутий до тиску =200 кПа. Яка температура газу після стискання?

13.44. При адіабатичному стисканні газу його об'єм зменшився в n = 10 разів, а тиск збільшився в k= 21.4 рази. Визначити відношення _/ теплоємностей газу.

45. З балона, що містить водень під тиском = 1 МПа при температурі = 300 К, випустили половину газу, що знаходився в ньому.Визначити кінцеву температуру Т₂ і тиск , вважаючи процес адіабатичним.

46. Повітря, що знаходилося під тиском = 100 кПа, було адіабатичне стиснуте до тиску = 1 МПа. Знайти тиск , що встановиться, коли стиснене повітря, зберігаючи об'єм незмінним, охолоне до початкової температури.

47. Визначити роботу А адіабатичного розширення водню масою m = 4 г, якщо температура газу понизилася на Т = 10 К.

48. Азот масою m = 2 г, що мав температуру = 300 К. Був адіабатично стиснутий так. що його об'єм зменшився в n = 10 разів. Визначити кінцеву температуру газу і роботу А стискання.

49. Кисень, що займав об'єм = 1 л під тиском =1,2 МПа. адіабатично розширився до об'єму =10 л. Визначити роботу А розширення газу.

50. У результаті кругового процесу газ виконав роботу А = 1 Дж і передав охолоджувачу кількість теплоти = 4,2 Дж. Визначити термічний к. к. д. циклу.

51. Виконуючи замкнутий процес, газ одержав від нагрівача кількість теплоти Q=4 кДж. Визначити роботу А газу при протіканні циклу, якшо його термічний к. к. д. = 0,1.

52. Ідеальний двоатомний газ, що містить кількість речовини v=1 моль, виконує цикл, що складається з двох ізохор і двох ізобар. Найменший об'єм V_min=10 л, найбільший V_max = 20 л, найменший тиск p= 246 кПа, найбільший p_max⁼410 кПа. Побудувати графік циклу. Визначити температуру Т газу для характерних точок циклу і його термічний к. к д. .

53. Ідеальний двоатомний газ, що містить кількість речовини v = 1 моль знаходиться під тиском = 0.1 МПа при температурі = 300 К, нагрівають при постійному об'ємі до тиску= 0.2 МПа. Тоді цей газ ізотермічно розширився до початкового тиску і ізобарично був стиснутий до початкового об'єму . Побудувати графік циклу. Визначити мпературу Т газу для .характерних точок циклу і його термічний к. к. д. .

54. Одноатомний газ, що містить кількість речовини v = 0.1 кмоль, під тиском = 100 кПа займав об'єм =5 м³. Газ стискувався ізобарично до об'єму = 1м потім стискувався адіабатично і розширювався при постійній температурі до початкових об'єму і тиску. Побудувати графік процесу. Знайти: 1) температури , Т₂, об'єми V₂, V₃ і тиск р₃ відповідний характерним точкам циклу: 2) кількість теплоти Q₁ - отриману газом від нагрівача: 3) кількість теплоти Q₂ передану газом охолоджувачу: 4) роботу А, виконану газом за весь цикл; 6)термічний к. к. д. циклу.

55. Ідеальний багатоатомний газ виконує цикл, що складається з двох ізохор і двох ізобар, причому найбільший тиск газу в два рази більший найменшого, а найбільший об'єм у чотири рази більший найменшого. Визначити термічний к. к. д. циклу.

56. Ідеальний газ. що виконує цикл Карно, 2/3 кількості теплоти отриманої від нагрівача. віддає охолоджувачу. Температура Т₂ холоджувача дорівнює 280 К.. Визначити температуру нагрівача. 13.57.Ідеальний газ виконує цикл Карно.Температура охолоджувача дрівнює 290 К. В скільки разів збільшиться к.к.д. циклу, якщо температура нагрівача підвищиться від = 400 К до Т₂= 600 К?

58. Ідеальний газ виконує цикл Карно. Температура нагрівача в три рази вище температури Т₂ охолоджувача. Нагрівач передав газу кількість теплоти = 42 кДж, Яку роботу А зробив газ

59. Ідеальний газ робить цикл Карно. Температура нагрівача дорівнює 470 К,температура холодильника дорівнює 280 К. При ізотермічному розширенні газ виконує роботу А = 100Дж. Визначити термічний к. к. д. циклу, а також кількість теплоти Q₂, яку газ віддає охолоджувачу при ізотермічному стисканні.

60. Ідеальний газ виконує цикл Карно. Температура нагрівача в чотири рази вища температури охолоджувача. Яку частку w кількості теплоти, одержану за один цикл від нагрівана, газ віддає охолоджувачу.

61. Ідеальний газ. що виконує цикл Карно, одержавши від нагрівача кількість теплоти =4.2кДж, виконав роботу А=590 Дж. Знайти термічний к. к. д. цього циклу. В скільки разів температура нагрівача більша температури Т₂ охолоджувача?

62. Ідеальний газ виконує цикл Карно. Робота А, ізотермічного розширення газу дорівнює 5Дж. Визначити роботу А ізотермічного стискання, якщо термічний к. к. д. циклу

дорівнює 0.2

58. Найменший об'єм газу, що виконує цикл Карно, дорівнює 163 л. Визначити найбільший об'єм , якщо об'єм V₂ наприкінці ізотермічного розширення й об’єм наприкінці ізотермічного стиску рівні відповідно 600 і 189л.

59. Змішали воду масою m= 5 кг при температурі = 280 К з водою масою = 8 кг при температурі Т₂ = 350 К Знайти: 1) температуру суміші: 2) зміну S ентропії, що відбувається при змішуванні.

65. У результаті ізохорного нагрівання водню масою =1 г тиск р газу збільшився в два рази. Визначити зміну S ентропії газу.

66. Знайти зміну S ентропії при ізобаричному розширенні азоту масою m = 4 г від об'єму V₁ = 5 л до об'єму V₂ = 9 л.

67. Шматок льоду масою m = 200 г, взятий при температурі = -10° С. був нагрітий до температури = 0° С і розтоплений, після чого вода, що утворилася, була нагріта до температури t =10° С. Визначити зміну S ентропії в ході зазначених процесів.

68. Лід масою = 2 кг при температурі = 0° С був перетворений у воду тієї ж температури за допомогою пари,що має температуру і2 = 100° С. Визначити масу витраченої пари. Яка зміна S ентропії системи лід-пара?

69. Кисень масою m= 2 кг збільшив свій об'єм у n=5 разів один раз ізотермічнo, інший - адіабатично. Знайти зміну ентропії в кожному із зазначених процесів.

70. Водень масою m= 100 г був ізобарне нагрітий так, що об'єм його збільшився в n = 3 рази, потім водень був ізохорно охолоджений так, що тиск його зменшився в n = 3 рази. Знайти зміну S ентропії в ході зазначених процесів

71. Обчислити питомі теплоємності с кристалів алюмінію і міді за класичною теорією теплоємності.

72. Користаючись класичною теорією, обчислити питомі теплоємності с кристалів NaCl і CaCl.

73. Обчислити за класичною теорією теплоємності теплоємність C кристалу NaCl об'ємом V=l м. Щільність кристалу дорівнює 3.01-10³ кг/м³.

74. Визначити зміну внутрішньої енергії кристалу міді при нагріванні його від =0° С до =200° С. Маса m кристалу дорівнює 20 г.Теплоємність С обчислити.

75. Вивести формулу для середньої енергії (} класичного лінійного гармонічного осцилятора при тепловій рівновазі. Обчислити значення (} при Т=300 К.

13.76. Визначити: 1) середню енергію (} лінійного одновимірного квантового осцилятора при температурі Т=( =200K); 2) енергію U системи, що складається з N= квантових тривимірних незалежних осциляторів, при температурі Т= (= 400А').

13.77. В скільки разів зміниться середня енергія (} квантового осцилятора, що припадає на одну ступінь вільності, при підвищенні температури від до Врахувати нульову енергію.

13.78. Використовуючи квантову теорію теплоємності Ейнштейна, визначити зміну молярної внутрішньої енергії кристалу при нагріванні його на T=5 К від температури T=.

79. Користаючись теорією теплоємності Ейнштейна, визначити зміну молярної внутрішньої енергії кристалу- при нагріванні його від нуля до =0.1 . Характеристичну температуру Ейнштейна 0 прийняти для даного кристалу рівною 300 К.

80. Обчислюй за теорією Ейнштейна молярну нульову енергію U_mo кристалу цинку Характеристична температура для цинку дорівнює 230 К.

81. Використовуючи формулу енергії тривимірного кристалу