Термодинамика

[рис.] В качестве рабочего тела в тепловой машине используется идеальный одноатомный газ, который совершает циклический процесс, состоящий из изобарного нагревания (1→2), изохорного охлаждения (2→3) и адиабатного сжатия (3→1). КПД этой тепловой машины $\eta=20%.$ Найдите отношение работы $A_{12}$ , совершённой газом в изобарном процессе, к работе $A_{31}^/$ , совершённой над газом при адиабатном сжатии.

В закрытом сосуде при температуре 100 °С находится влажный воздух с относительной влажностью 60% под давлением 100 кПа. Объём сосуда изотермически уменьшили в 2,5 раза. Во сколько раз надо вместо этого увеличить абсолютную температуру без изменения объёма сосуда, чтобы получить такое же конечное давление? Объёмом сконденсировавшейся воды пренебречь.

В бутылке объёмом 1 л находится гелий при нормальном атмосферном давлении. Горлышко бутылки площадью 2 см2 заткнуто короткой пробкой, имеющей массу 20 г. Когда бутылку поставили на стол вертикально горлышком вверх, оказалось, что если сообщить гелию в бутылке количество теплоты не менее 9 Дж, то он выталкивает пробку из горлышка. Какую минимальную постоянную силу нужно приложить к пробке, чтобы вытащить её из горлышка бутылки, не нагревая, если бутылка лежит горизонтально? Модуль силы трения, действующей на пробку, считать в обоих случаях одинаковым.

[рис.] Изменение состояния постоянной массы одноатомного идеального газа происходит по циклу, показанному на рисунке. При переходе из состояния 1 в состояние 2 газ совершает работу $A_{12}=5$ кДж. Какое количество теплоты газ получает за цикл от нагревателя?

В стакан с водой, нагретой до температуры $t_1=50$ °C, положили металлический шарик, имеющий температуру $t_2=10$ °C. После установления теплового равновесия температура воды стала равной t3. Затем, не вынимая первого шарика, в стакан положили ещё один такой же шарик температурой t2. Конечная температура в стакане оказалась $t_4=34$ °C. Определите температуру воды t3 после того, как в стакан положили первый шарик. Теплообменом с окружающей средой пренебречь.

В вертикальном цилиндре, закрытом лёгким поршнем, находится ацетон (С3Н6О) при температуре кипения $t=56^∘C$ . В результате сообщения ацетону некоторого количества теплоты часть его превращается в пар, который при изобарном расширении совершает работу, поднимая поршень. Удельная теплота парообразования ацетона $L=524\cdot 10^3$ Дж/кг, а его молярная масса $M=58\cdot 10^{-3}$ кг/моль. Какая часть подводимого к ацетону количества теплоты превращается в работу? Объёмом жидкого ацетона и трением между поршнем и цилиндром пренебречь.

В стакан с водой, нагретой до температуры $t_1=50$ °C, положили металлический шарик, имеющий температуру $t_2=10$ °C. После установления теплового равновесия температура воды стала $t_3=40$ °C. Определите температуру воды t4 после того, как в стакан положили ещё один такой же шарик температурой t2 (первый шарик остался в стакане). Теплообменом с окружающей средой пренебречь.

Со дна озера, имеющего глубину $H=20$ м, медленно поднимается пузырёк воздуха. У дна озера пузырёк имел объём $V_1=1$ мм3. Определите объём пузырька V2 на расстоянии h = 1 м от поверхности воды. Давление воздуха на уровне поверхности воды равно нормальному атмосферному давлению. Силы поверхностного натяжения не учитывать, температуры воды и воздуха в пузырьке считать постоянными.

В вертикальном цилиндре, закрытом лёгким поршнем, находится бензол (С6H6) при температуре кипения $t=80^\circ C$ . При сообщении бензолу некоторого количества теплоты часть его превращается в пар, который при изобарном расширении совершает работу, поднимая поршень. Удельная теплота парообразования бензола $L=396\cdot 10^3$ Дж/кг, а его молярная масса M = $78\cdot 10^{-3}$ кг/моль. Какая часть подводимого к бензолу количества теплоты идёт на увеличение внутренней энергии системы? Объёмом жидкого бензола и трением между поршнем и цилиндром пренебречь.

[рис.] В качестве рабочего тела в тепловой машине используется идеальный одноатомный газ, который совершает циклический процесс, состоящий из изобарного нагревания (1→2), изохорного охлаждения (2→3) и адиабатного сжатия (3→1) (см. рисунок). Работа газа $A_{12}$ в изобарном процессе в 2 раза больше работы $A_{31}^/$ , совершённой над газом при адиабатном сжатии. Найдите КПД этой тепловой машины. Масса газа остаётся постоянной.

[рис.] Идеальный одноатомный газ в количестве 1 моль сначала изотермически сжали, а затем изохорно нагрели, повысив его давление в 3 раза (см. рисунок). Какое количество теплоты получил газ на участке 2-3, если температура газа в состоянии 1 $T_1=300К?$

На рисунке показаны два процесса, проведённых с одним и тем же количеством газообразного аргона (p – давление аргона; V – его объём). Из приведённого ниже списка выберите все верные утверждения, характеризующие процессы на рисунке. [рис.]

[рис.] Один моль одноатомного идеального газа участвует в процессе 1 $-$ 2 $-$ 3 $-$ 4, график которого изображён на рисунке в координатах p $-$ V, где p $-$ давление газа, V $-$ объём газа. Опираясь на законы молекулярной физики и термодинамики, объясните, получает ли газ положительное количество теплоты или отдаёт в процессах 1 $-$ 2, 2 $-$ 3 и 3 $-$ 4.

[рис.] На рисунке показаны два процесса, проведённых с одним и тем же количеством разреженного аргона (p – давление аргона, V – его объём). Из приведённого ниже списка выберите все верные утверждения, характеризующие процессы, изображённые на рисунке.

В стакан калориметра, содержащего 450 г воды, опустили кусок льда при температуре 0 °С. Начальная температура калориметра с водой 45 °С. Когда наступило тепловое равновесие, температура калориметра с водой стала равной 5 °С. Определите массу куска льда. Теплоёмкостью калориметра и теплообменом с окружающей средой пренебречь.

Твёрдый образец вещества нагревают в печи. На графике представлены результаты измерения поглощённого количества теплоты Q и температуры образца t. [рис.] Выберите из предложенного перечня все утверждения, которые соответствуют результатам проведённых экспериментальных наблюдений.

На рисунке представлены графики зависимости температуры t двух тел одинаковой массы от сообщённого им количества теплоты Q. Первоначально тела находились в твёрдом агрегатном состоянии. [рис.] Используя данные графиков, выберите из предложенного перечня все верные утверждения.

На рисунке в координатах р–Т, где р – давление газа, Т – его абсолютная температура, показан график циклического процесса, проведённого с одноатомным идеальным газом. Количество вещества газа постоянно. [рис.] Из приведённого ниже списка выберите все верные утверждения, характеризующие процессы на графике.

[рис.] Идеальный одноатомный газ переводят из состояния 1 в состояние 3 так, как показано на диаграмме р $-$ V, где р $-$ давление газа, V $-$ его объём. Масса газа остаётся постоянной. Из приведённого ниже списка выберите все верные утверждения, характеризующие процессы на графике.

В двух различных сосудах находится по 1 моль идеальных газов. Объём первого сосуда в 2 раза больше, чем второго. В первом сосуде находится неон при температуре 27 °С; во втором − аргон при температуре 600 К. Выберите два верных утверждения о параметрах состояния указанных газов.

[рис.] В цилиндрическом сосуде, закрытом подвижным поршнем, находится водяной пар. С паром в сосуде при постоянной температуре происходит процесс a→b→c, pV-диаграмма которого представлена на рисунке. Из приведённого ниже списка выберите все верные утверждения относительно этого процесса.

Кусок льда опустили в термос с водой. Начальная температура льда равна 0 °С, начальная температура воды равна 15 °С. Исходная масса воды 1100 г. Теплоёмкостью термоса можно пренебречь. При достижении теплового равновесия в воде остаётся плавать кусочек льда. Какая масса льда растаяла в процессе перехода к тепловому равновесию?

В стакан калориметра, содержащий 250 г воды, опустили кусок льда массой 140 г, имевшего температуру 0 °С. После того как наступило тепловое равновесие, весь лед растаял, и температура воды стала равной 0 °С. Определите начальную температуру воды. Теплоёмкостью калориметра и теплообменом с окружающей средой пренебречь.

Твёрдый образец вещества нагревают в печи. По мере поглощения количества теплоты Q температура образца t растёт в соответствии с графиком. [рис.] Выберите из предложенного перечня все утверждения, которые соответствуют результатам проведённых экспериментальных наблюдений.

В кастрюле находится 0,5 кг воды при температуре 10 оС. Сколько потребуется времени, чтобы при помощи кипятильника с постоянной потребляемой мощностью 400 Вт превратить в пар 15 % воды из кастрюли? Потерями тепла и теплоёмкостью кастрюли пренебречь.

В стакан налили 30 г заварки температурой 20 оС и добавили 170 г горячей воды температурой 80 оС. Чему равна температура получившегося чая? Теплоёмкостью стакана и потерями тепла в окружающую среду пренебречь. Удельную теплоёмкость заварки считать равной удельной теплоёмкости воды.

На рисунке представлены графики зависимости температуры t двух тел одинаковой массы от отданного ими при остывании количества теплоты Q. Первоначально тела находились в жидком агрегатном состоянии. [рис.] Используя данные графиков, выберите из предложенного перечня все верные утверждения.

На рисунке показан график циклического процесса, проведённого с одноатомным идеальным газом, в координатах V $-$ Т, где V $-$ объём газа, Т $-$ его абсолютная температура. Количество вещества газа постоянно. [рис.] Из приведённого ниже списка выберите все верные утверждения, характеризующие отражённые на графике процессы.

[рис.] На рисунке показаны два процесса, проведённых с одним и тем же количеством газообразного разреженного аргона (p – давление аргона, V – его объём). Из приведённого ниже списка выберите все верные утверждения, характеризующие процессы, изображённые на рисунке.

В двух сосудах одинакового объёма находятся разреженные газы. В первом сосуде находится 2 моль гелия при температуре 127 °С, во втором сосуде находится 1 моль аргона при температуре 300 К. Выберите все верные утверждения о параметрах состояния указанных газов.