2.2.Основы термодинамики
.doc2.46. Азот массой т=10 г находится при температуре Т=290 К. Определите: 1) среднюю кинетическую энергию одной молекулы азота; 2) среднюю кинетическую энергию вращательного движения всех молекул азота. Газ считать идеальным. [1) 10-20 Дж; 2) 860 Дж]
2.47. Кислород массой т=1 кг находится при температуре Т=320 К. Определите: 1) внутреннюю энергию молекул кислорода; 2) среднюю кинетическую энергию вращательного движения молекул кислорода. Газ считать идеальным. [1) 208 кДж; 2) 83,1 кДж]
2.48. В закрытом сосуде находится смесь азота массой т1=56 г и кислорода массой т2=64 г. Определите изменение внутренней энергии этой смеси, если ее охладили на 20°. [1,66 кДж]
2.49. Считая азот идеальным газом, определите его удельную теплоемкость: 1) для изобарного процесса; 2) для изохорного процесса. [1) ср=1,04 кДж/(кг·К); 2) cv=742 кДж/(кг·К)]
2.50. Определите удельные теплоемкости cV и ср некоторого газа, если известно, что его удельный объем при нормальных условиях v=0,7 м3/кг. Что это за газ? [cv=649 Дж/(кг·К), ср=909 кДж/(кг·К)]
2.51. Определите удельные теплоемкости cV и ср смеси углекислого газа массой т1=3 г и азота массой т2=4 г. [cV=667 Дж/(кг·К), ср=917 Дж/(кг·К)]
2.52. Определите показатель адиабаты γ смеси газов, содержащей гелий массой т1=8 г и водород массой т2=2 г. [1,55]
2.53. Применяя первое начало термодинамики и уравнение состояния идеального газа, покажите, что разность удельных теплоемкостей ср–cV=R/M.
2.54. Кислород массой 32 г находится в закрытом сосуде под давлением 0,1 МПа при температуре 290 К. После нагревания давление в сосуде повысилось в 4 раза. Определите: 1) объем сосуда; 2) температуру, до которой газ нагрели; 3) количество теплоты, сообщенное газу. [1) 2,41·10-2 м3; 2) 1,16 кК; 3) 18,1 кДж]
2.55. Определите количество теплоты, сообщенное газу, если в процессе изохорного нагревания кислорода объемом V=20 л его давление изменилось на Δр=100 кПа. [5 кДж]
2.56. Двухатомный идеальный газ (ν=2 моль) нагревают при постоянном объеме до температуры Т1=289 К. Определите количество теплоты, которое необходимо сообщить газу, чтобы увеличить его давление в п=3 раза. [24 кДж]
2.57. При изобарном нагревании некоторого идеального газа (ν=2 моль) на ΔТ=90 К ему было сообщено количество теплоты 5,25 кДж. Определите: 1) работу, совершаемую газом; 2) изменение внутренней энергии газа; 3) величину γ=Ср/СV. [1) 1,5 кДж; 2) 3,75 кДж; 3) 1,4]
2.58. Азот массой т=280 г расширяется в результате изобарного процесса при давлении р=1 МПа. Определите: 1) работу расширения А; 2) конечный объем V2 газа, если на расширение затрачена теплота Q=5 кДж, а начальная температура азота T1=290 К. [1) А=1,43 кДж; 2) V2=0,026 м3]
2.59. Кислород объемом 1 л находится под давлением 1 МПа. Определите, какое количество теплоты необходимо сообщить газу, чтобы: 1) увеличить его объем вдвое в результате изобарного процесса; 2) увеличить его давление вдвое в результате изохорного процесса. [1) 3,5 кДж; 2) 2,5 кДж]
2.60. Некоторый газ массой т=5 г расширяется изотермически от объема V1 до объема V2=2V1. Работа расширения А=1 кДж. Определите среднюю квадратичную скорость молекул газа. [930 м/с]
2.61. Азот массой т=14 г сжимают изотермически при температуре Т=300 К от давления р1=100 кПа до давления р2=500 кПа. Определите: 1) изменение внутренней энергии газа; 2) работу сжатия; 3) количество выделившейся теплоты. [1) 0; 2) –2,01 кДж; 3) 2,01 кДж]
2.62. Некоторый газ массой 1 кг находится при температуре Т=300 К и под давлением р2=0,5 МПа. В результате изотермического сжатия давление газа увеличилось в два раза. Работа, затраченная на сжатие, А=–432 кДж. Определите: 1) какой это газ; 2) первоначальный удельный объем газа. [2) 1,25 м3/кг]
2.63. Азот массой т=50 г находится при температурре Т1=280 К. В результате изохорного охлаждения его давление уменьшилось в п=2 раза, а затем в результате изобарного расширения температура газа в конечном состоянии стала равной первоначальной. Определите: 1) работу, совершенную газом; 2) изменение внутренней энергии газа. [1) 2,08 кДж; 2) 0]
2.64. Работа расширения некоторого двухатомного идеального газа составляет А=2 кДж. Определите количество подведенной к газу теплоты, если процесс протекал: 1) изотермически; 2) изобарно. [1) 2 кДж; 2) 7 кДж]
2.65. При адиабатном расширении кислорода (ν=2 моль), находящегося при нормальных условиях, его объем увеличился в n=3 раза. Определите: 1) изменение внутренней энергии газа; 2) работу расширения газа. [1) –4,03 кДж; 2) 4,03 кДж]
2.66. Азот массой m=1 кг занимает при температуре Т1=300 К объем V1=0,5 м3. В результате адиабатного сжатия давление газа увеличилось в 3 раза. Определите: 1) конечный объем газа; 2) его конечную температуру; 3) изменение внутренней энергии газа. [1) 0,228 м3; 2) 411 К; 3) 82,4 кДж]
2.67. Азот, находившийся при температуре 400 К, подвергли адиабатному расширению, в результате которого его объем увеличился в п=5 раз, а внутренняя энергия уменьшилась на 4 кДж. Определите массу азота. [28 г]
2.68. Двухатомный идеальный газ занимает объем V1=1 л и находится под давлением р1=0,1 МПа. После адиабатного сжатия газ характеризуется объемом V2 и давлением р2. В результате последующего изохорного процесса газ охлаждается до первоначальной температуры, а его давление р3=0,2 МПа. Определите: 1) объем V2, 2) давление р2. Начертите графики этих процессов. [1) 0,5 л; 2) 264 кПа]
2.69. Кислород, занимающий при давлении р1=–1 МПа объем V1=5 л, расширяется в п=3 раза. Определите конечное давление и работу, совершенную газом. Рассмотрите следующие процессы: 1) изобарный; 2) изотермический; 3) адиабатный. [1) 1 МПа, 10 кДж; 2) 0,33 МПа, 5,5 кДж; 3) 0,21 МПа, 4,63 кДж]
2.70. Кислород массой 10 г, находящийся при температуре 370 К, подвергли адиабатному расширению, в результате которого его давление уменьшилось в п=4 раза. В результате последующего изотермического процесса газ сжимается до первоначального давления. Определите: 1) температуру газа в конце процесса; 2) количество теплоты, отданное газом; 3) приращение внутренней энергии газа; 4) работу, совершенную газом. [1) 249 К; 2) 896 Дж; 3) –786 Дж; 4) –110 Дж]
2.71. Идеальный двухатомный газ, занимающий объем V1=2 л, подвергают адиабатному расширению, в результате которого его объем возрос в п=5 раз. После этого газ подвергли изобарному сжатию до первоначального объема, а затем он в результате изохорного нагревания возвращен в первоначальное состояние. Постройте график цикла и определите термический КПД цикла. [34,3%]
2.72. Идеальный двухатомный газ (ν=3 моль), занимающий объем V1=5 л и находящийся под давлением p1=1 МПа, изохорно нагревают до Т2=500 К. После этого газ изотермически расширяется до начального давления, а затем он в результате изобарного сжатия возвращается в первоначальное состояние. Постройте график цикла и определите термический КПД цикла. [13,3%]
2.73. Рабочее тело – идеальный газ – теплового двигателя совершает цикл, состоящий из последовательных процессов: изобарного, адиабатного и изотермического. В результате изобарного процесса газ нагревается от Т1=300 К до Т2=600 К. Определите термический КПД теплового двигателя. [30,7%]
2.74. Азот массой 500 г, находящийся под давлением р1 – 1 МПа при температуре t1=127 °С, изотермически расширяется, в результате чего давление газа уменьшилось в n=3 раза. После этого газ адиабатно сжимают до начального давления, а затем изобарно сжимают до начального объема. Постройте график цикла и определите работу, совершенную газом за цикл. [–11,5 кДж]
2.75. Идеальный газ, совершающий цикл Карно, 70% количества теплоты, полученной от нагревателя, отдает холодильнику. Количество теплоты, получаемое от нагревателя, равно 5 кДж. Определите: 1) термический КПД цикла; 2) работу, совершенную при полном цикле. [1) 30%; 2) 1,5 кДж]
2.76. Идеальный газ совершает цикл Карно. Газ получил от нагревателя количество теплоты 5,5 кДж и совершил работу 1,1 кДж. Определите: 1) термический КПД цикла; 2) отношение температур нагревателя и холодильника. [1) 20%; 2) 1,25]
2.77. Идеальный газ совершает цикл Карно, термический КПД которого равен 0,4. Определите работу изотермического сжатия газа, если работа изотермического расширения составляет 400 Дж. [–240 Дж]
2.78. Идеальный газ совершает цикл Карно. Температура нагревателя Т1=500 К, холодильника Т2=300 К. Работа изотермического расширения газа составляет 2 кДж. Определите: 1) термический КПД цикла; 2) количество теплоты, отданное газом холодильнику при изотермическом сжатии. [1) 40%; 2) 1,2 кДж]
2.79. Многоатомный идеальный газ совершает цикл Карно, при этом в процессе адиабатного расширения объем газа увеличивается в п=4 раза. Определите термический КПД цикла. [37%]
2.80. Во сколько раз необходимо увеличить объем ν=5 моль идеального газа при изотермическом расширении, если его энтропия увеличилась на 57,6 Дж/К? [4]
2.81. При нагревании двухатомного идеального газа (ν=2 моль) его термодинамическая температура увеличилась в п=2 раза. Определите изменение энтропии, если нагревание происходит:1) изохорно; 2) изобарно. [1) 28,8 Дж/К; 2) 40,3 Дж/К]
2.82. Идеальный газ (ν=2 моль) сначала изобарно нагрели, так что объем газа увеличился в п1=2 раза, а затем изохорно охладили, так что давление его уменьшилось в n=2 раза. Определите приращение энтропии в ходе указанных процессов. [11,5 Дж/К]
2.83. Азот массой 28 г адиабатно расширили в п=2 раза, а затем изобарно сжали до первоначального объема. Определите изменение энтропии газа в ходе указанных процессов. [–20,2 Дж/К]