Вопрос 1. Какое давление окажут молекулы одного газа, если их масса в 2 раза больше массы молекул другого газа, при одинаковых концентрациях и одинаковых средних энергиях и средних квадратичных скоростях?

Вопрос 2. Какова температура в баллоне объемом 40 л с кислородом массой 2,6 кг, если давление составляет 50·10^5 Па? (М=0,032 кг/моль, R=8.31 Дж/К·моль)

Вопрос 3. Какую массу воды можно нагреть от 20 °С до кипения, передав ей 672 кДж теплоты, если удельная теплоемкость воды равна 4200 Дж/(кг·К)?

Вопрос 4. Какова работа газа за термодинамический цикл 1-2-3-4?

Вопрос 5. Какое количество каменного угля нужно для нагревания кирпичной печи массой 1,2 т от 10 °С до 50 °С, если КПД печи составляет 30%, а удельная теплоемкость кирпича равна 750 Дж/(кг·К), и удельная теплота сгорания каменного угля - 30 МДж/кг?

Физика 11 класс Термодинамика давление молекул газа температура в баллоне масса воды нагрев работа газа термодинамический цикл количество угля нагрев печи Новый

Вопрос 1: Чтобы определить давление молекул одного газа по сравнению с другим, воспользуемся уравнением состояния идеального газа: P = (nRT)/V, где P - давление, n - количество вещества в молях, R - универсальная газовая постоянная, T - температура, V - объем. Если масса молекул одного газа в 2 раза больше, то его молярная масса также будет в 2 раза больше. Однако, поскольку концентрации и средние энергии одинаковы, давление будет одинаковым. Таким образом, давление молекул одного газа будет равно давлению другого газа.

Вопрос 2: Для нахождения температуры используем уравнение состояния идеального газа: PV = nRT. Сначала найдем количество молей кислорода (n):

• Молярная масса кислорода (M) = 0,032 кг/моль.
• Количество молей (n) = масса / молярная масса = 2,6 кг / 0,032 кг/моль = 81,25 моль.

Теперь подставим известные значения в уравнение:

• P = 50·10^5 Па
• V = 40 л = 0,04 м³
• R = 8,31 Дж/(К·моль)

Подставляем в уравнение:

50·10^5 * 0,04 = 81,25 * 8,31 * T

Решаем уравнение для T:

T = (50·10^5 * 0,04) / (81,25 * 8,31) = 24,2 K.

Вопрос 3: Для нахождения массы воды используем формулу Q = mcΔT, где Q - переданная теплота, m - масса, c - удельная теплоемкость, ΔT - изменение температуры. Переданная теплота Q = 672 кДж = 672000 Дж, c = 4200 Дж/(кг·К), ΔT = 100 °C - 20 °C = 80 °C. Подставляем в формулу:

672000 = m * 4200 * 80

Решаем уравнение для m:

m = 672000 / (4200 * 80) = 2 кг.

Вопрос 4: Для нахождения работы газа за термодинамический цикл нужно знать, как изменяется давление и объем в процессе. Обычно работа газа в цикле рассчитывается как разность между работой, совершаемой газом при расширении и сжимающей работе. Если у нас есть график P-V, работа равна площади под графиком. Для конкретного ответа нужны данные о процессе (P, V) в каждой точке цикла.

Вопрос 5: Для нахождения количества каменного угля, необходимого для нагревания кирпичной печи, сначала определим, сколько теплоты нужно передать печи: Q = mcΔT. Здесь m = 1200 кг, c = 750 Дж/(кг·К), ΔT = 50 °C - 10 °C = 40 °C. Подставляем в формулу:

Q = 1200 * 750 * 40 = 36000000 Дж = 36 МДж.

Теперь учитываем КПД печи (η = 30% = 0,3):

Q' = Q / η = 36 МДж / 0,3 = 120 МДж.

Удельная теплота сгорания каменного угля = 30 МДж/кг. Теперь можем найти массу угля:

m = Q' / удельная теплота = 120 МДж / 30 МДж/кг = 4 кг.