Молекулярная физика и термодинамика № 17

1. Детский воздушный шарик надувают горячим воздухом. При какой темпера­туре воздуха в нем шарик будет подниматься?

2. В чашке находится 500 г льда при 0°С. В чашку вливают 10 г воды, нагретой до температуры 80°С. Какова будет уста­вившаяся температура и что будет находиться в чашке?

3. В U-образную манометрическую трубку с сечением 1 см² налита ртуть; уровни ртути в обоих коленах одинаковы. Объем воздуха в запаянном колене 10 см³. Сколько ртути нужно на­лить в открытое колено, чтобы его наполнить? Атмосферное давление равно 1.01 кПа, оба колена манометра одинаковы.

4. Средняя длина свободного пробега <.1> атомов гелия при нор­мальных условиях равна 180 нм Определить коэффициент диффузии D гелия.

5. В баллоне находятся аргон и азот. Определить удельную теп­лоемкость с_р смеси этих газов, если массовые доли аргона (w₁) и азота (w₂) одинаковы и равны w = 0,5.

6. Что произойдет, если лед облить горячей водой? Ка­жется очевидным, что лед либо полностью, либо ча­стично расплавится. Впрочем, если горячей воды не очень много, а температура льда значительно ниже 0° С, то лед не растает, а лишь несколько нагреется. Однако как объяснить неожиданный результат, полученный при решении следующей задачи?

Пусть 1 л кипятка, имеющего температуру 0⁰С. на­ливают в кувшин массой 1 кг, изготовленный из мате­риала с удельной теплоемкостью 0,838 кДж/(кг⁰С).

В кувшине находится 1,3 кг льда при температуре 0⁰С, Какая температура установится в кувшине после сме­шения?

Составим уравнение теплового баланса: количество теплоты, отданное горячей водой,— 1 кг×4,19 кДж/кг⁰С)×(100⁰С—t), количество теплоты, полученное кувшином,— 1 кг×0,838 кДж/кг⁰С)t, количество теплоты, пошедшее на плавление льда,— 1,3 кг×335 кДж/кг, количество теплоты, пошедшее на нагревание обра­зовавшейся воды, — 1,3 кг×4,19 кДж/(кг-°С)t.

Исходя из закона сохранения энергии, записываем равенство: 1кг×4,19 кДж/(кг.°С)(100°С—t) = 1кг×0.838кДж/(кг.°С)t+1,3кг×335 кДж/кг +1,3 кг×4,19 кДж/(кг.°С)t. Решая уравнение, находим t = —1,6°С. т. е. после до­бавления кипятка лед охладился. Как объяснить этот странный результат?

7. Водород занимает объем v_i = 10 м³ при давлении р₁ = 100 кПа. Газ нагрели при постоянном объеме до давления р₂ = 300 кПа. Определить: 1) изменение DU внутренней энергиигаза; 2) работу A, совершаемую газом; 3) количество теплоты Q, сообщенное газу

8. Углекислый газ, находившийся под давлением р₁ = 100 кПа при температуре Т₁ = 290 К, был адиабатически сжат до давления р₂ = 200 кПа. Какова температура Т₂ газа после сжатия?

9. Шарообразный стеклянный сосуд, на ¾ заполненный водой, приведён в состояние невесомости. Что произойдёт с водой? А как изменится результат опыта, если вместо воды взять ртуть?

10. Найти добавочное давление р внутри мыльного пузыря диаметром d = 10 см. Определить также работу, которую надо совершить. чтобы выдуть этот пузырь.