В цилиндре под поршнем находятся воздух, водяные пары и вода. Число молей воздуха в $n = 3$ раза превышает число молей водяного пара, а масса воды равна массе водяных паров. Объем смеси изотермически увеличивают, пока вся вода не испарится. Найти отношение давлений в цилиндре в конечном и начальном состояниях.
Решение:
где $R = 8,31 Дж/моль cdot К$ – универсальная газовая постоянная, а первоначальное давление в цилиндре должно быть равно
При изотермическом увеличении объема смеси парциальное давление воздуха должно падать. Давление же паров воды не будет изменяться до тех пор, пока в цилиндре остается вода в конденсированном состоянии, если считать, что увеличение объема происходит столь медленно, что вещество под поршнем все время находится практически в равновесном состоянии. Отметим, что при нарушении этого условия в соответствии с определением вообще нельзя говорить о температуре, поскольку это понятие вводится только для систем, находящихся в состоянии термодинамического равновесия.
В конечном состоянии вся находящаяся в цилиндре вода должна испариться. Поскольку масса паров первоначально была равна массе сконденсированной воды, то в конечном состоянии водяной пар будет насыщенным, если объем газопаровой смеси увеличится до величины
Следовательно, при сделанных выше предположениях давление под поршнем должно стать равным
а искомое отношение давлений должно быть равно
С1-3. В цилиндре, закрытом подвижным поршнем, находится газ, который может просачиваться сквозь зазор вокруг поршня. В опыте по изотермическому сжатию газа его объем уменьшился вдвое, а давление газа упало в 3 раза. Во сколько раз изменилась внутренняя энергия газа в цилиндре? (Газ считать идеальным.)
С1-4. В цилиндре, закрытом подвижным поршнем, находится идеальный газ. На рисунке показана диаграмма, иллюстрирующая изменение внутренней энергии
U газа и передаваемое ему количество теплоты
Q. Опишите изменение объема газа при его переходе из состояния
1 в состояние 2, а затем в состояние
3. Свой ответ обоснуйте, указав, какие
физические закономерности вы использовали для объяснения.
C1-6.
В цилиндрическом сосуде под поршнем длительное время находятся вода и ее пар. Поршень начинают выдвигать из сосуда. При этом температура воды и пара остается неизменной. Как будет меняться при этом масса жидкости в сосуде? Ответ поясните, указав, какие физические закономерности вы использовали для объяснения.
C3-7.Идеальный одноатомный газ находится в сосуде объемом
1,2 м3 под давлением
4•103 Па. Определите внутреннюю энергию этого газа. Ответ выразите в килоджоулях (кДж).
C3-8.Идеальный одноатомный газ находится в сосуде с жесткими стенками объемом
0,6 м3. При нагревании его внутренняя энергия увеличилась на
18 кДж. Насколько возросло давление газа? Ответ выразите в килопаскалях (кПа).
С3-9. Нагреваемый при постоянном давлении идеальный одноатомный газ совершил работу
400 Дж. Какое количество теплоты было передано газу?
С3-10. При изобарном нагревании газообразный гелий получил количество теплоты
100 Дж. Каково изменение внутренней энергии гелия? Масса гелия в данном процессе не менялась.
С3-11. В сосуде с небольшой трещиной находится воздух. Воздух может медленно просачиваться сквозь трещину. Во время опыта объем сосуда уменьшили
в 8 раз, давление воздуха в сосуде увеличилось
в 2 раза, а его абсолютная температура увеличилась
в 1,5 раза. Каково изменение внутренней энергии воздуха в сосуде? (Воздух считать идеальным газом.)
С3-12. В сосуде с небольшой трещиной находится воздух. Воздух может медленно просачиваться сквозь трещину. Во время опыта объем сосуда уменьшили в
4 раза, давление воздуха в сосуде увеличилось тоже в
4 раза, а его абсолютная температура увеличилась в
1,5 раза. Каково изменение внутренней энергии воздуха в сосуде? (Воздух считать идеальным газом.)
С3-13. С разреженным азотом, который находится в сосуде под поршнем, провели два опыта. В первом опыте газу сообщили, закрепив поршень, количество теплоты
Q1 = 742 Дж, в результате чего его температура изменилась на некоторую величину
ΔT. Во втором опыте, предоставив азоту возможность изобарно расширяться, сообщили ему количество теплоты
Q2 = 1039 Дж, в результате чего его температура изменилась также на
ΔT. Каким было изменение температуры
ΔT в опытах? Масса азота = 1 кг.
С3-14.
С разреженным азотом, который находится в сосуде под поршнем, провели два опыта. В первом опыте газу сообщили, закрепив поршень, количество теплоты
Q1 = 742 Дж, в результате чего его температура изменилась на
1 К. Во втором опыте, предоставив азоту возможность изобарно расширяться, сообщили ему количество теплоты
Q2 = 1039 Дж, в результате чего его температура изменилась также на
1 К. Определите массу азота в опытах.
С3-15. В горизонтальном цилиндрическом сосуде, закрытом поршнем, находится одноатомный идеальный газ. Первоначальное давление
p = 4 • 105 Па. Расстояние от дна сосуда до поршня
L = 30 см. Площадь поперечного сечения поршня
S = 25 см2. В результате медленного нагревания газа поршень сдвинулся на расстояние
х = 10 см. При движении поршня на него со стороны стенок сосуда действует сила трения величиной
Fтр = 3•103 H. Какое количество теплоты получил газ в этом процессе? Считать, что сосуд находится в вакууме.
С3-16. В горизонтальном цилиндрическом сосуде, закрытом подвижным поршнем, находится одноатомный идеальный газ. Давление окружающего воздуха
р = 105 Па. Трение между поршнем и стенками сосуда пренебрежимо мало. В процессе медленного охлаждения от газа отведено количество теплоты
│Q│ = 75 Дж. При этом поршень передвинулся на расстояние
х = 10 см. Чему равна площадь поперечного
сечения поршня? Количество вещества газа постоянно.
С3-17. В горизонтальном цилиндрическом сосуде, закрытом поршнем, находится одноатомный идеальный газ. Первоначальное давление газа
р1 = 4105 Па. Расстояние от дна сосуда до поршня равно
L. Площадь поперечного сечения поршня
S = 25 см2. В результате медленного нагревания газ получил количество теплоты
Q = 1,65 кДж, а поршень сдвинулся на расстояние
х = 10 см. При движении поршня на него со стороны стенок сосуда действует сила трения величиной
Fтp = 3103 Н. Найдите
L. Считать, что сосуд находится в вакууме.
С3-18.Вертикальный замкнутый цилиндрический сосуд высотой
50 см разделен подвижным поршнем весом 110 Н на две части, в каждой из которых содержится одинаковое количество идеального газа при температуре
361 К. Сколько молей газа находится в каждой части цилиндра, если поршень находится на высоте
20 см от дна сосуда? Толщиной поршня пренебречь.
С3-19.В вертикальном теплоизолированном цилиндрическом сосуде под поршнем находится
0,5 моль гелия, нагретого до некоторой температуры. Поршень сначала удерживают, затем отпускают, и он начинает подниматься. Масса поршня
1 кг. Какую скорость приобретет поршень к моменту, когда поршень поднимется на
4 см, а гелий охладится на 20 К?
Трением и теплообменом с поршнем пренебречь.
С3-20. Теплоизолированный сосуд объемом
V = 2 м3 разделен теплоизолирующей перегородкой на две равные части. В одной части сосуда находится
2 моль Не, а в другой — такое же количество моль
А. Температура гелия
Т1 = 300 К, а температура аргона
Т2 = 600 К.
Определите парциальное давление аргона в сосуде после удаления
перегородки.
С3-27. С одноатомным идеальном газом неизменной массы происходит циклический процесс, показанный на рисунке. За цикл газ совершает работу
Aц = 5 кДж. Какое количество теплоты газ получает за цикл от нагревателя?
С3-28. С разреженным азотом, который находится в сосуде с поршнем, провели два опыта. В первом опыте газу сообщили, закрепив поршень, количество теплоты
Q1 = 742 Дж, в результате чего его температура изменилась на некоторую величину
ΔТ. Во втором опыте, предоставив азоту возможность изобарно расширяться, сообщили ему количество теплоты
Q2 = 1039 Дж, в результате чего его температура изменилась также на
ΔТ. Каким было изменение температуры
ΔТ в опытах? Масса азота m = 1 кг.
С3-29. Один моль аргона, находящийся в цилиндре при температуре
T1 = 600 К и давлении
p1 = 4•105 Па, расширяется и одновременно охлаждается так, что его давление при расширении обратно пропорционально квадрату объёма. Конечный объём газа вдвое больше начального. Какое количество теплоты газ отдал при расширении, если при этом он совершил работу
A = 2493 Дж?
С3-30. Один моль аргона, находящийся в цилиндре при температуре
T1 = 600 К и давлении
p1 = 4•105 Па, расширяется и одновременно охлаждается так, что его давление при расширении обратно пропорционально квадрату объёма. Конечное давление газа
p2 = 105 Па. Какое количество теплоты газ отдал при расширении, если при этом он совершил работу
A = 2493 Дж?
С3-31. Один моль одноатомного идеального газа переводят из состояния
1 в состояние 2 таким образом, что в ходе процесса давление газа возрастает прямо пропорционально его объёму. В результате плотность газа уменьшается в
α = 2 раза. Газ в ходе процесса получает количество теплоты
Q = 20 кДж. Какова температура газа в состоянии
1?
С3-32. Один моль аргона, находящийся в цилиндре при температуре
T1 = 600 К и давлении
p1 =4•105 Па, расширяется и одновременно охлаждается так, что его давление при расширении обратно пропорционально квадрату объёма. Конечное давление газа
р2 = 105 Па. Какую работу совершил газ при расширении, если он отдал холодильнику количество теплоты
Q = 1247 Дж?
С3-33. В сосуде объёмом V = 0,02 м3 с жёсткими стенками находится одноатомный газ при атмосферном давлении. В крышке сосуда имеется отверстие площадью
s, заткнутое пробкой. Максимальная сила трения покоя
F пробки о края отверстия равна 100 Н. Пробка выскакивает, если газу передать количество теплоты не менее
15 кДж. Определите значение s, полагая газ идеальным.
В цилиндре под поршнем находится сильно разреженный влажный воздух при температуре 30 ° С.
Давление в цилиндре составляет 10 па, относительная влажность 60% Какое давление установится в цилиндре, если пе ем поршня его объем уменьшить в 3 раза, сохраняя при этом температуру постоянной?
Обем воды, появившейся в результате конденсации, пренебречь.
У циліндрі під поршнем міститься сильно розріджене вологе повітря за температури 30 °С.
Тиск у циліндрі становить 10 па, відносна вологість 60% Який тиск установиться у циліндрі, якщо перемі щенням поршня його об’ем зменшити в 3 рази, зберігаючи при цьому температуру постійною?
Обемом води, що з’явилася в результаті конденсації, знехтувати.
Вы перешли к вопросу В цилиндре под поршнем находится сильно разреженный влажный воздух при температуре 30 ° С?. Он относится к категории Физика,
для 10 – 11 классов. Здесь размещен ответ по заданным параметрам. Если этот
вариант ответа не полностью вас удовлетворяет, то с помощью автоматического
умного поиска можно найти другие вопросы по этой же теме, в категории
Физика. В случае если ответы на похожие вопросы не раскрывают в полном
объеме необходимую информацию, то воспользуйтесь кнопкой в верхней части
сайта и сформулируйте свой вопрос иначе. Также на этой странице вы сможете
ознакомиться с вариантами ответов пользователей.