Презентация по физике на тему Решение задач по теме Термодинамика

Решение задач ЕНТ по теме «Основы МКТ и термодинамики» Учитель физики СОШ № 5 г.Павлодара Хренова Ольга Юрьевна

Задача. Число молекул в баке с водой объемом 90 л при нормальных условиях, равно ( М = 18.10-3кг/моль, NА= 6,02.1023моль-1, ρводы=1000 кг/м3) Решение: Количество вещества

Благодаря этой рекламе сайт может продолжать свое существование, спасибо за просмотр.

Задача. Имеются 2 сосуда объемами V и 4V. В первом находится 2 кмоль, а во втором 8 кмоль количества вещества того же газа. Если давление в обоих сосудах одинаково, то соотношение температур равно Решение: По условию задачи газ один и тот же, значит, Массы газа различны, используем дважды уравнение состояния идеального газа Разделим первое уравнение на второе Находим отношение температур

Задача. Средняя квадратичная скорость молекул газа может быть найдена по формуле (р- давление газа, ρ- плотность газа) Решение: Средняя квадратичная скорость По уравнению Менделеева- Клапейрона Из него Тогда

Задача. В закрытом сосуде находится газ. Если скорость молекул увеличится на 20%, то давление газа увеличится на Решение: Процесс происходит в закрытом сосуде, т.е.он изохорный, для него Скорость увеличилась на 20% или в 1,2 раза , значит, температура увеличилась в 1,22=1,44 раза. Значит и давление увеличится в 1, 44 раза или на 44%

Задача. Имеются два сосуда с объемами 4V и 3V. В первом находится 2 кмоль, а во втором 3 кмоль количества вещества того же газа. Если давление в обоих сосудах одинаково, то соотношение температур равно Решение: По уравнению Менделеева- Клапейрона и Разделим уравнения друг на друга и найдем соотношение температур

Задача. Если при увеличении абсолютной температуры идеального газа в 3 раза, его давление увеличилось на 50%, то объем этого газа Решение: Из уравнения состояния идеального газа По условию задачи Значит, Объем увеличился в 2 раза или на 100%

Задача. ( вар.4512 в.21) В баллоне объемом V находится газ массой m1 при температуре Т1 и давлении р1. некоторое количество газа выпустили из баллона, после чего оставшаяся масса оказалась равной m2 , давление р2 . Температура изменилась на Решение: Для решения задачи дважды используем уравнение состояния идеального газа Разделим второе выражение на первое, сократим ряд величин и получим выражение , значит,

Задача. На глубине 10 м в стоячей воде пузырек воздуха имеет объем 3 мм3. Объем этого же пузырька при подъеме его на поверхность воды равен ( процесс изотермический, атмосферное давление 105Па, ρводы=1000 кг/м3, g = 10 м/с2) Решение: Так как процесс изотермический, то Давление на глубине Давление у поверхности воды равно атмосферному. Тогда,

Задача. ( аналогичная) На глубине 30 м в стоячей воде пузырек воздуха имеет объем 3 мм3. Объем этого же пузырька при подъеме его на поверхность воды равен ( процесс изотермический, атмосферное давление 105Па, ρводы=1000 кг/м3, g = 10 м/с2) Решение: Так как процесс изотермический, то Давление на глубине Давление у поверхности воды равно атмосферному. Тогда,

Задача. Удельная теплота плавления свинца 22,6 кДж/кг. Для того, чтобы расплавить за 10 мин 0,6 кг свинца, взятого при температуре плавления, мощность нагревателя должна быть… Решение: Если не учитывать потери тепла ( а в этой задаче не учитываются), то работа, совершаемая нагревателем превращается в тепловую энергию ( по закону сохранения и превращения энергии) или значит

Задача. На увеличение температуры 1,5 кг льда на 34,5 К и 15 кг железа на 15,75К требуется одинаковое количество теплоты, отношение удельных теплоемкостей льда и железа равно… Решение: При нагревании По условию задачи значит Находим отношение

Задача. В результате наблюдения за теплообменом между горячей и холодной водой, налитой в калориметр, ученик составил таблицу: Теплообменом с окружающей средой пренебречь. Масса горячей воды равна Решение: Введем обозначения: m1= 75 г, t1= 25оС, t2= 60оС, t3= 45оС, m= ? Согласно уравнению теплового баланса Или, Значит, Масса холодной воды, г 75 Температура холодной воды, 0С 25 Температура горячей воды, 0С 60 Температура смеси, 0С 45

Задача. 5 литров кипятка, остывая, отдают в окружающее пространство 1680 кДж энергии. Конечная температура воды будет равна (св =4200Дж/(кг·оС) , ρв= 1000кг/м3). Решение: При охлаждении внесем знак минус в скобку решаем уравнение, находим t2 Массу кипятка найдем через плотность ( 1л =10-3м3) ( для воды можно помнить, что объем в литрах равен массе в килограммах) Кипяток, значит начальная температура 1000С

Задача. В алюминиевой кастрюле , массой 800 г нагревается 10 л воды от 100С до кипения. Количество теплоты, затраченное на нагревание кастрюли и воды равно ( с = 4200 Дж/ (кг.0С), ρв=1000 кг/м3, с = 920 Дж/ (кг.0С) ) Решение: Нагреваются 2 вещества, поэтому Нагревание кастрюли Нагревание воды ( нужно отметить: масса воды в кг равна объему в литрах, значит, масса воды 10 кг) Нагревают воду до кипения, значит,

Задача. На рисунке изображен график изменения температуры жидкости массой 1 кг в зависимости от переданного ей количества теплоты. Удельная теплота парообразования этой жидкости равна Решение: Процесс парообразования происходит при постоянной температуре ( 1000С) На это затрачивается количество теплоты При парообразовании Находим удельную теплоту парообразования

Задача. На рисунке представлен график зависимости абсолютной температуры Т воды массой m от времени t при осуществлении теплоотвода с постоянной мощностью Р. В момент времени t = 0 вода находилась в газообразном состоянии. Выражение, определяющее удельную теплоемкость жидкости по результатам этого опыта Решение: Удельная теплоемкость может быть определена в процессе нагревания или охлаждения( в данном случае происходит охлаждение на температуру ΔТ2) По закону сохранения энергии Тогда, В итоге получаем выражение:

Задача. Сосуд, содержащий некоторую массу азота при нормальных условиях (tн = 00С, pн = 105 Па), движется со скоростью 100м/с. Удельная теплоемкость азота при постоянном объеме равна 745 Дж/ (кг.К). При внезапной остановке сосуда максимальная температура азота будет равной (массой сосуда можно пренебречь). Решение: По закону сохранения и превращения энергии вся кинетическая энергия при резком торможении превращается в тепловую энергию по условию задачи , значит

Задача. В чайнике с КПД 80% и мощностью 1,2 кВт, 2 литра воды нагреваются на 800С за время, равное ( с = 4200 Дж/ (кг.0С), ρводы=1000 кг/м3) Решение: КПД любого устройства Выразим КПД через десятичные доли ( 0,8), тогда Полезной работой в данном случае является тепловой процесс нагревания воды, поэтому Ап= Q Совершенная работа может быть выражена через мощность и время, значит,

Задача. Одноатомному идеальному газу передано некоторое количество теплоты Q. При изобарном нагревании этого газа на изменение внутренней энергии пошла часть Q, равная Решение: При изобарном процессе или (т.к. по уравнению Менделеева- Клапейрона можем в работе - 100% (или 1 целое) - х % ( доля от целого) % ( или 0,6 )

Задача. При изобарном расширении одноатомный идеальный газ получил 500 кДж теплоты. Объем газа увеличился от 1м3 до 3м3. давление газа 105Па. Внутренняя энергия при этом… Решение: 1 способ: По первому закону термодинамики При изобарном процессе Тогда 2 способ: Но можно было вспомнить, что при изобарном процессе , то есть и тогда

Задача. Чтобы изобарно увеличить объем 5 моль идеального одноатомного газа в 4 раза ему необходимо передать количество теплоты равное… Решение: Первый закон термодинамики для изобарного процесса имеет вид Для одноатомного идеального газа ( из уравнения состояния идеального газа), тогда Находим изменение температуры Подставляем полученные значения ( Можно воспользоваться готовым соотношением )

Задача. В закрытом сосуде при температуре 270С находятся 30 моль одноатомного идеального газа. Если средняя квадратичная скорость его молекул возросла в 1,5 раза, то газу передано количество теплоты ( R=8,31 Дж/(мольК))… Решение: Так как сосуд закрыт, то процесс изохорный, то первый закон термодинамики имеет вид Газ идеальный одноатомный, значит, Найдем, во сколько раз изменилась температура , скорость увеличилась в 1,5 раз, значит, температура увеличилась в 1,52=2,25 раз (n= 2,25) Поэтому,

Задача. Одноатомный идеальный газ , взятый в количестве 1 моля, нагревают на 10оС первый раз изобарно, второй раз изохорно. В первом случае было передано энергии больше. Чем во втором в Решение: При изобарном процессе При изохорном процессе Изменение температуры в обоих случаях одинаково, поэтому раз

Задача. В идеальной тепловой машине температура нагревателя 150 0С, а холодиль- ника 20 0С. Если рабочее тело получит от нагревателя 105 кДж теплоты, то совершенная работа равна Решение: Так как машина идеальная, то КПД может быть определен и через количество теплоты и через температуры или Значит Не забываем перевести температуру в абсолютные значения: T1=150+273=423К , T2=20+273=293К,

Задача. Количество теплоты, полученное от нагревателя, если совершенная двигателем работа 730 Дж, а КПД равен 0,73, составляет Решение: Для теплового двигателя Значит,

Задача. В идеальной тепловой машине абсолютная температура нагревателя вдвое больше абсолютной температуры холодильника. Если температуру холодиль- ника уменьшить вдвое, не меняя температуры нагревателя, то КПД машины изменится Решение: По условию задачи и Для идеальной тепловой машины найдем КПД в обоих случаях (50%) (75%) КПД изменился на (75-50)% = 25%

Задача. Если при нагревании газа в закрытом сосуде на 140 К его давление возросло в 1,5 раза. То первоначально газ имел температуру Решение: Сказано, что газ находится в закрытом сосуде, значит процесс изохорный. Для изохорного процесса По условию задачи , Подставим значения и решим уравнение

Задача. Из графиков следует, что соотношение между теплоемкостями двух тел С2/ С1 равной массы ( , ) Решение: Молярная теплоемкость Тела нагреваются, значит и Для решения дополним чертеж

Проведем линию АD- она соответствует одинаковому количеству теплоты тогда Из ∆-ка КСD найдем ∆T1: Из ∆-ка ОАВ найдем ∆T2: КС=ОА,

Задача. Переход газа из состояния М в состояние N совершается различными способами: 1, 2, 3, 4. Работа газа максимальна в случае Решение: Нужно помнить, что работа равна площади фигуры под графиком в координатах(Р,V) Чем больше площадь, тем больше совершенная работа.

Задача. Газ может быть переведен из состояния 1 в состояние 2 различными способами. Газ совершит максимальную работу при переходе Решение: Если график задан в координатах (р,V), то работа может быть определена как площадь фигуры под графиком, значит, выбираем фигуру, у которой самая большая площадь. Ответ: это переход

Задача. Газ переходит из состояния 1 в состояние 2 в процессе представленном на диаграмме р-V. Работа газа равна Решение: Работа в термодинамике По рисунку определяем, что Значит , ,

Задача. Идеальный газ переходит из состояния 1 в состояние 2 в процессе, представленном на диаграмме Р- V. В этом процессе Решение: График представляет собой изохорный процесс, поэтому газ работы не совершал

Задача. Идеальный газ переходит из состояния 1 в состояние 2 в процессе, представленном на диаграмме Р- V. В этом процессе газ получил теплоты Решение: Из графика видно, что процесс не является изопроцессом.По первому закону термодинамики Изменение внутренней энергии В задаче не указано сколько атомов в молекулах газа, поэтому при необходимости нужно проводить расчеты для различных условий. Начинаем расчеты для одноатомного газа , по уравнению состояния идеального газа Тогда Работа равна площади фигуры под графиком ( фигура под графиком- трапеция) Значит,