Молекулярная физика и термодинамика № 24

1. В металлический сосуд с подкрашенной жидкостью введена тонкая стеклянная трубка так, что столб жидкости виден в выступающей части трубки. Если поставить сосуд на разогретую плитку, то столбик жидкости в трубке сначала опустится вниз, а потом пойдет вверх. Объяснить явление

2. Следуя по течению, пароход прошел расстояние между двумя пунктами 150 км за 10 ч 40 мин. То же расстояние против течения пройдено за 18 ч 50 мин. Чему равна сила сопротивле­ния воды движению парохода; если он сжигал 120 кг угля в час? Коэффициент полезного действия паровой машины 10%. Удельная теплота сгорания угля 29 МДж/кг.

3. Заполненный газом закрытый горизонтальный цилиндр длиной l и объемом V разделен пополам тонким поршнем массой m. Поршень может скользить в цилиндре без трения. Давление газа в цилиндре р. На сколько сместится поршень, если цилиндр начнет двигаться в горизонтальном направлении с ускорением а?

4. Найти среднюю длину свободного пробега <1> молекул азо­та при условии, что его динамическая вязкость h = 17 мкПа×с.

5. Сколько молекул воздуха за одну минуту ударяется в оконное стекло размером 60´40 см при нормальных условиях?

6. Невозможность осу­ществления «вечного двигателя» непосредственно выте­кает из закона сохранения энергии, справедливость которого подтверждена многовековым опытом всего че­ловечества. Почему, однако, никому не удалось сконструировать устройство, работающее только за счет охлаждения океанских вод?Ведь это обещает исключительно заман­чивые перспективы!

Действительно, объем воды в Мировом океане равен 1370 млн. км³ (около 1/800 общего объема нашей пла­неты). Приняв для простоты плотность морской воды такой же, как и у пресной, находим, что ее масса со­ставляет примерно1,4 × 10²¹ кг. Так как теплоемкость воды около 4,2 кДж/(кг×К), то при охлаждении всех вод Мирового океана на 1 К выделится 1,4×10³¹ кг×4,2-10³ кДж (кг.К)×1К» 6×10²⁴ Дж!

Поскольку все электростанции мира вырабатывают в год «всего» примерно 2×10¹⁹ Дж, это означает, что при охлаждении воды выделилось бы такое гигантское ко­личество энергии, что при нынешних нормах потребле­ния его хватило бы человечеству на сотни тысяч лет. Практически такое гипотетическое устройство явилось бы своеобразным «вечным двигателем». В науке его так и принято называть «вечным двигателем второго рода». Отметим, между прочим, что постройка вечного двигате­ля второго рода не противоречит закону сохранения энергии.

7. Водород массой т = 4 г был нагрет на DТ = 10 К при по­стоянном давлении. Определить работу А расширения газа.

8. Кислород, занимавший объем v_i = 1 л под давлением р₁ = 1,2 МПа, адиабатически расширился до объема V₂ = 10л. Опреде­лить работу А расширения газа.

9. В результате кругового процесса газ совершил работу А = 1 Дж и передал охладителю количество теплоты Q = 4,2 Дж. Определить термический к. п. д. h\ цикла.

10. Почему брезентовая палатка хорошо защищает от дождя, но если во время дождя к потолку палатки дотронуться рукой, то потолок начинает протекать?