Задания по термодинамике.
учебно-методический материал по физике (10 класс) по теме

III. ТЕПЛОВЫЕ ЯВЛЕНИЯ. ПЕРВЫЙ ЗАКОН ТЕРМОДИНАМИКИ

КАРТОЧКИ ДЛЯ ФРОНТАЛЬНОЙ РАБОТЫ

1ПФ1. 1) Что понимают под внутренней энергией газа? От чего зависит внутренняя энергия идеального газа?

2) Вычислите внутреннюю энергию идеального газа при темпера туре 300 К для одного моля.

1ПФ2. 1) Какими способами можно изменить внутреннюю энер гию тела? Запишите формулу для расчета изменения внутренней энергии тела при его нагревании или охлаждении.

2) На сколько изменится внутренняя энергия воды массой б кг при нагревании от 20 до 100 °С? Удельная теплоемкость воды равна 4,2 ■ 103 Дж/(кг • К).

ШФЗ. 1) Что показывает удельная теплоемкость вещества? Срав ните ее с теплоемкостью тела.

2) Какое количество теплоты необходимо для нагревания воды массой 2 кг, взятой при температуре 20 °С, до кипения в чайнике с теплоемкостью 120Дж/К?

1ПФ4. 1) Приведите примеры изменения внутренней " энергии тела путем совершения механической работы. На сколько изменится внутренняя энергия тела, если известна совершенная работа? (Механи ческая энергия тела не изменилась.)     '

1. При быстром сжатии горючей смеси в цилиндре двигателя внут-реннего сгорания температура смеси повышается. Почему?
2. Тело массой [2 кг падает с высоты 10 м.  На сколько изменится

26

внутренняя энергия тела, если 50% теплоты, выделившейся при уда ре, идет на нагревание тела?

П1Ф5. 1) Запишите первый закон термодинамики. Объясните, в каких случаях работа — величина положительная, а в каких — отрицательная.

2) На сколько изменится внутренняя энергия газа, если ему со общили количество теплоты 2 • 105 Дж и газ при этом, расширяясь, совершил работу, равную 0,5 ■ 102 Дж?

ШФ6. 1) Как вычислить работу, совершаемую газом, при изо барном расширении? Как графически определяется работа газа в этом процессе? (Покажите на графике изотермического процесса, как оп ределяется работа, совершаемая газом.)

2) Газ изобарно расширяется от объема 5 • Ю-3 до 15 ■ 10~3 м3 при давлении 2 • 105 Па. Найдите работу, совершаемую газом. Сде лайте пояснение графически.

П1Ф7. 1) Примените первый закон термодинамики для случая изохорного процесса. На что расходуется теплота, сообщенная газу? На сколько изменяется при этом внутренняя энергия газа?

2) Найдите изменение внутренней энергии газа при изохорном нагревании на 80 К, если его масса 1 кг, а удельная теплоемкость при постоянном  объеме   равна 745 Дж/(кг • К).

1ПФ8. 1) Примените первый закон термодинамики для случая изотермического процесса. На что расходуется теплота, сообщенная газу? Может ли изотермически расшириться идеальный газ без сооб щения теплоты извне?

2) Какое количество теплоты было передано газу, если при изотер мическом расширении он совершил работу, равную 1500 Дж? Изме нилась ли внутренняя энергия газа?

ШФ9. 1) Примените первый закон термодинамики для случая изобарного процесса.

2) На сколько изменится внутренняя энергия кислорода массой 2 кг при изобарном нагревании его на 12 К, если давление оставалось равным 2 • 105 Па, а объем увеличился на 1,5 м3? Удельную теплоем кость кислорода примите равной 920 Дж/(кг • К). Какую работу со вершил газ при расширении и какое количество теплоты ему было сообщено?

1ПФ101. 1) Какой процесс называют испарением? Изменяется ли при этом кинетическая энергия молекул? Изменяется ли потен циальная энергия молекул?

1 Карточки 1ПФ10—ШФ16 могут быть использованы при изучении зачетного раздела «Свойства паров, жидкостей и твердых тел».

27

1. Почему сильная жара труднее переносится в болотистых мест ностях, чем в песчаных?
2. Почему вода в разрежённом воздухе под колоколом воздушного насоса испаряется чрезвычайно быстро? Влияет ли ветер на показания

термометра?

1МФ11. 1) Что называют удельной теплотой парообразования? В каких единицах измеряют эту величину? Удельная теплота паро образования воды при температуре 100 °С равна 2,256 • 106 Дж/(кг ■ К). Что это значит?

1. От каких факторов зависит удельная теплота парообразования? Объясните зависимость удельной теплоты парообразования от темпе ратуры на основе молекулярно-кинетической теории.
2. Почему овощи и фрукты быстрее высыхают в вакууме?

II №12. 1) Запишите формулу для расчета количества теплоты, необходимого для превращения жидкости в пар при неизменной тем пературе.   Как изменилась при этом внутренняя энергия?

2) Какое количество теплоты необходимо для превращения в стоградусный пар воды массой 10 кг, взятой при температуре 100 °С? при температуре 20 °С?

П1Ф13. 1) Какой процесс называют конденсацией пара? Запи шите формулу для расчета количества теплоты, выделяющегося при конденсации пара в жидкость. Почему ожог паром опаснее, чем ки пятком?

1. Какое количество теплоты выделится при конденсации водяного пара массой 200 кг, взятого при температуре 100°С?
2. Почему в карбюраторе во время образования горючей смеси температура понижается?

1ПФ14. 1) Какой процесс называют кипением? В чем различие процессов кипения и испарения? Как изменяется при этом внутрен няя энергия?

2), (От чего зависит температура кипения? Может ли вода кипеть при температуре 20 °С?   При каких условиях?

3) Парообразование при кипении происходит при постоянной температуре, а парообразование при испарении — с понижением температуры. Чем это обусловлено?

1ПФ15. 1) Какова особенность плавления кристаллических тел? Что показывает удельная теплота плавления? Во время ледохода вблизи реки холоднее, чем вдали от нее.   Почему?

12) Какое количество теплоты необходимо затратить, чтобы лед массой 2 кг, взятый при температуре 0 °С, превратить в воду? На сколько при этом изменится внутренняя энергия?    -

28

ШФ16. 1) Почему в процессе плавления кристаллических тел температура не изменяется? На что расходуется энергия, подводимая к телу при плавлении?

1. Какое количество теплоты необходимо сообщить льду массой б кг, взятому при температуре —5 °С, чтобы его расплавить?
2. В домашнем холодильнике образуется пищевой лед массой 270 г при температуре 0°С. Какое количество теплоты выделяется при этом, если начальная температура воды была 20 °С?

ШФ17. 1) Что понимают под адиабатным процессом? Как вы глядит график адиабатного расширения в координатах р, V? Начер тите примерный график изотермического и адиабатного расширения газа из одного и того же состояния.

1. Почему уровень ртути понижается, если термометр поместить в струю воздуха, вытекающего из камеры волейбольного мяча? Влияет ли ветер на показания термометра?
2. При накачивании воздуха в шину автомобиля он нагревается. Почему?

ШФ18. 1) Что называют коэффициентом полезного действия ма шины? Запишите формулу для определения КПД тепловой машины ,и объясните, почему КПД любой тепловой машины меньше 1. Каковы пути повышения КПД? Может ли КПД тепловых машин быть равным 100%, если трение в частях машин свести к нулю? У, 2) Тепловая машина совершает работу 200 Дж за счет каждого килоджоуля, получаемого от нагревателя. Найдите КПД тепловой машины.

1ПФ19. 1) Запишите формулу для расчета КПД идеальной тепло вой машины. От каких величин зависит ее КПД? Какими путями его можно повысить? Может ли КПД этой машины быть равным 100%? Ответ обоснуйте.

2) Температура нагревателя идеальной тепловой машины равна 127 °G, а холодильника 27 °С. Каков КПД этой машины?

ШФ20. 1) Какой двигатель называют двигателем внутреннего сгорания?

1. За счет чего происходит работа по перемещению поршня в ци линдре в таком двигателе? В чем состоит принципиальное отличие двигателя Дизеля от карбюраторного двигателя? Каковы их взаимные преимущества и чем они отличны друг от друга?
2. Что служит холодильником у двигателя внутреннего сгорания?

КАРТОЧКИ-ЗАДАНИЯ ДЛЯ  ИНДИВИДУАЛЬНОЙ  И  ГРУППОВОЙ  РАБОТЫ

НШ1А1. В процессе изобарного расширения газа была соверше на работа, равная 400 Дж. При каком давлении совершался процесс, веди объем газа изменился с 0,3 до 0,6 м3?

29

1ПИ1А2. Какую работу совершил газ в процессе изобарного рас ширения при давлении 4 • 105 Па, если его температура повысилась с 17 °С до 300 К, а объем достиг 4 • 10~3 м8?

ПШ1АЗ. В цилиндре, расположенном вертикально, под поршнем массой 50 кг находился углекислый газ массой 2 кг. В результате нагревания газа на 40 °С он расширился и поршень занял новое по ложение. Чему равна работа, совершенная газом в процессе расши рения, если давление газа определялось весом поршня?

(Использовав уравнение Менделеева — Клапейрона для двух со стояний газа, получите выражение для расчета работы газа при изо барном  процессе.)

1ПШБ1. При изобарном расширении газа была совершена рабо та, равная 600 Дж. На сколько изменился объем газа, если давление газа было 4 • 105 Па? Сделайте пояснение к задаче графически, счи тая начальный объем газа равным 5 • 10"3 м3.

ШИ152. Определите давление, под которым находился газ, если он при изобарном расширении совершил работу 1 кДж при изменении температуры от 27 до 127 °С. Начальный объем газа равен 6 • Ю-3 м3.

1ПИ1БЗ. Углекислый газ массой 10 г нагрет от 20 до 30 °С при постоянном давлении. Найдите работу расширения газа.

ШИ2А11. На сколько изменится внутренняя энергия воды мас сой 1 кг, взятой при температуре 20 °С, после нагревания ее до тем пературы 100 °С и превращения ее в пар?

П1И2А2. Рассчитайте изменение внутренней энергии водяного пара массой 300 г, взятого при температуре 100 °С, при его конденса ции и охлаждении полученной воды до температуры 30 °С.

ШИ2АЗ. На спиртовке вскипятили воду массой 500 г, перво начальная температура которой 20 °С. Был сожжен спирт массой 70 г. Сколько воды выкипело, если КПД спиртовки 40%? Теплоемкостью сосуда   пренебрегите.

П1И2Б1. На сколько изменится внутренняя энергия воды массой 100 кг, взятой при температуре 15 °С, при ее нагревании до кипения?

1ПИ2Б2. На какую высоту можно было бы поднять гирю массой 1 кг за счет внутренней энергии, которую отдает, стакан кипятка мас сой 0,24 кг при охлаждении от 100 до 0 СС?

1 Задания П1И2...—ШИЗ... могут быть использованы при изучении следующе го зачетного раздела.

30

ШИ2БЗ. В сосуде нагреваются вода объемом 1 л и лед массой 50 г, начальная температура которых 0 °С. Через сколько времени закипит вода, если мощность нагревателя 500 Вт, а его КПД 60%? Теплоемкость сосуда и нагревателя не учитывайте.  ч

1НИЗА1. Какое количество теплоты необходимо сообщить льду массой 2 кг, взятому при температуре 0° С, чтобы расплавить его, полученную воду нагреть до кипения, а затем всю ее испарить?

1ПИЗА2. В сосуд, содержащий воду массой 2 кг при температу ре 20 °С, опустили лед массой 0,5 кг при температуре 0 °С. Какая температура установится в сосуде после таяния льда? Теплоемкостью сосуда пренебрегите.

ШИЗАЗ. Через сосуд, содержащий воду массой 10 кг и лед мас сой 0,5 кг при температуре 0 °С, пропускают стоградусный пар. Ка кое количество пара понадобится, чтобы в сосуде установилась темпе ратура  10 °С? Теплоемкостью сосуда пренебрегите.

1ПИ4А1. Автомобиль массой 1 т, двигавшийся со скоростью 36 км/ч, резко затормозил перед светофором. Какое количество теп лоты выделилось при торможении?

Н1И4А2. На сколько градусов нагреется вода у основания водо пада высотой 10 м? Считайте, что на нагревание воды идет 50% меха нической энергии.

ШИ4АЗ. Каков расход бензина автомобиля «Запорожец» на пути 1 км при скорости 60 км/ч? Мощность мотора равна 17 кВт, КПД авто мобиля 30%.

1ПИ4Б1. Мяч массой 100 г упал с высоты 10 м и подскочил на 7 м. На сколько при этом изменилась внутренняя энергия мяча и поверх ности, о которую он ударился?

111И4Б2. С какой скоростью должна лететь свинцовая пуля, чтобы при ударе о препятствие она расплавилась? Ее первоначальная тем пература равна 27 °С.

П1И4БЗ. Автомобиль «Москвич» расходует бензин массой 5,67 кг на пути 50 км. Определите мощность, развиваемую двигателем, если скорость автомобиля равна 90 км/ч, а КПД — 22%.

П1И5А1. Найдите давление, под которым находился газ, если при его изобарном расширении на 0,004 м3 была совершена работа

400 Дж>;

81

Н1И5А2. На рисунке 13 дана изотерма сжатия газа в координатах р, V, Определите примерно рабо ту по сжатию газа. Какой знак имеет работа в данном случае?ПГИ5АЗ. Углекислый газ мас сой 10 г нагревался от 20 до 30 °С при постоянном давлении. Найди те работу, совершенную газом.

(Используя уравнение Менде леева — Клапейрона, получите вы ражение для расчета работы газа при изобарном процессе.)

1ПИ5Б1. На рисунке 14 при ведена изобара газа в координатах р, V. Найдите работу, совершен ную газом в процессе расширения.ПШ5Б2. Найдите работу, ко торую совершает газ, переходя из состояния 1 в состояние 3 (рис. 15).

П1И5БЗ. Газ, занимающий объ ем 10~2 м8 и находящийся под давлением 6 • 105 Па и температу ре 27 °С, нагрели на 50 К. Какая при этом работа была совершена газом?ШИ6А1. В герметически за крытом сосуде при температуре 7 °С находился азот массой 400 г. В ре зультате нагревания температура повысилась до 300 К. Определите изменение внутренней энергии газа. Удельную теплоемкость азота при постоянном объеме примите равной 745 Дж/(кг- К).

111И6А2. Изменилась ли  внут ренняя  энергия   газа   в   процессе его сжатия, если объем газа уменьшился от 1,0 л до 5 • Ю-4 м3, а дав* ление возросло с 105 до 2 • 105 Па?

1ПИ6АЗ. В процессе изобарного расширения кислорода массой 32 кг при давлении 8 ■ 104 Па была совершена работа 4 • 105 Дж. На сколько изменились внутренняя энергия газа и его объем? Какое" ко личество теплоты было сообщено газу? Удельную теплоемкость кис лорода при постоянном объеме примите равной 650 Дж/(кг » К)>,

ШИ6Б1. При изохорном нагревании газа на 100 К ему было со общено количество теплоты 4150 Дж. На сколько изменилась его внутренняя энергия?   Какова теплоемкость этого газа?

П1И6Б2. Кислород массой 100 г нагревают при постоянном объеме, причем внутренняя энергия его изменилась на 1300 Дж. На сколько градусов был нагрет газ? Удельную теплоемкость кислорода при постоянном объеме примите равной 650 Дж/(кг • К).

П1И6БЗ. Гелий массой 1 г был нагрет на 100 К при постоянном давлении. Какое количество теплоты получил газ? Примите удель ную теплоемкость гелия при постоянном давлении равной 5,21 • 103 Дж/(кг • К).

f

1ПИ7А1. Найдите КПД тепловой машины, если совершается работа 250 Дж на каждый 1 кДж теплоты, полученной от нагрева теля. Какое количество теплоты отдается холодильнику?

1НИ7А2. Рассчитайте КПД идеальной тепловой машины, если температура нагревателя 727 °С, а холодильника 327 °С. Какая ра бота была совершена, если от нагревателя получено количество теплоты, равное 5 • 104 Дж?

1НИ7АЗ. Температура нагревателя идеальной тепловой машины равна 207 РС, а холодильника 17 °С. Ежесекундно машина получает от нагревателя количество теплоты, равное 5 • 104 Дж. Найдите КПД тепловой машины, мощность машины, количество теплоты, отдаваемое каждую секунду холодильнику.

П1И7Б1. Какую работу совершает тепловая машина с КПД, рав ным 20%, если за один цикл от нагревателя поступает количество теплоты, равное 3 • 103 Дж?

П1И7Б2. Идеальная тепловая ма шина получает от нагревателя, тем пература которого 500 К, количество теплоты, равное 3360 Дж за каждый цикл. Найдите КПД этой машины, если температура холодильника 400 К. Какая работа совершается за один цикл?П1И7БЗ. Найдите работу тепло вой машины за каждый цикл, изоб раженный   на рисунке 16.

IV, СВОЙСТВА  ПАРОВ, ЖИДКОСТЕЙ  И ТВЕРДЫХ ТЕЛ

КАРТОЧКИ ДЛЯ ФРОНТАЛЬНОЙ РАБОТЫ

ГУФ1.  1) Каков характер молекулярного движения в жидкостях? 2) Изменится ли потенциальная энергия молекул при нагревании жидкости?  Как изменится кинетическая энергия молекул?

1УФ2. 1) Жидкость находится в закрытом сосуде. Какой пар об разуется в этом случае над поверхностью жидкости? Испаряется ли жидкость?

2) Насыщенный пар находится в динамическом равновесии со своей жидкостью. Что это значит?

1УФЗ. 1) Что называют давлением насыщенного пара? От чего зависит это давление?

2) Объем, занимаемый насыщенным паром, уменьшился. Изме нится ли при этом давление и плотность пара?

1УФ4. 1) Изобразите графически зависимость давления насыщен ного пара от объема.

2) Сравните зависимость давления от объема для насыщенного пара и идеального газа при неизменной температуре.

34

IV«i»5. 1) B< цилиндре под поршнем находится ненасыщенный пар. Каким путем можно этот пар перевести в жидкое состояние,, не изме няя температуры?

2) Начертите график изменения давления газа в цилиндре при изотермическом сжатии. Укажите, какому состоянию, вещества соот ветствует каждый отрезок изотермы.

1УФ6. 1) Как зависит давление насыщенного пара от темпе ратуры?

2) Начертите график зависимости давления от температуры для насыщенного пара и идеального газа.

!УФ7. 1) Проанализируйте зависимость давления насыщенного пара с повышением температуры и закон Шарля.

2) В каком случае зависимость давления пара от температуры мо жет соответствовать закону Шарля?

IV4»8. 1) Используя уравнение Менделеева — Клапейрона, най дите упругость насыщенного, водяного пара массой 100 кг, находяще гося в объеме 100 м3 при температуре 250 °С. Будет ли-различие между расчетным: и экспериментальным значениями, упругости, пара? Объяс ните.

1. Во сколько раз плотность насыщенного пара при температуре 200 °С больше плотности насыщенного пара при температуре 100 °С?
2. Водяной пар находится при температуре 30 СС и давлении 2 • 10? Па. Какой это пар? Каким будет этот пар, если объем умень шится от 2 до 0,5 л, а температура снизится до 10 °С?

1УФ9. 1) Что называют упругостью водяного пара и от чего, она зависит?

1. Что показывает относительная влажность воздуха? Запишите формулу относительной влажности. Определите относительную влаж ность воздуха, если упругость водяного пара при температуре 14 °G равна 9,1 мм рт. ст.
2. Как изменяется упругость водяных паров и относительная влаж ность при повышении и понижении температуры в квартире?

1УФ10. 1) Каким образом ненасыщенный водяной пар при неиз менном давлении можно обратить в насыщенный пар? Что такое роса? Какую температуру называют точкой росы? Почему роса бывает обильнее после жаркого дня?

1. Температура воздуха 20 °С, точка росы 7 °С. Какова относи тельная влажность воздуха?
2. Когда стакан с холодной водой вносят в теплое помещение, он покрывается снаружи каплями воды. Почему? Почему в холодной атмосфере виден выдыхаемый нами пар?

l¥#f!,. 1) Какими приборами измеряют влажность воздуха?

2) Как изменяется разность температур сухого и влажного тер-'

35

мометров в психрометре при понижении температуры в комнате? Ка кова относительная влажность воздуха, если влажный термометр психрометра показывает 15 °С, а сухой — 20 °С?

1УФ12. 1) Что понимают под коэффициентом поверхностного на тяжения жидкости? Что нужно знать для его определения? В каких единицах его измеряют?

1. Найдите коэффициент поверхностного натяжения жидкости, если известно, что при отрыве иголки, лежащей на поверхности жид кости, возникает сила натяжения 21 • 10~4 Н. Длина иголки равна 5 см.
2. Подвешенная на нити квадратная металлическая рамка массой 40 г касается поверхности мыльного раствора воды. С какой силой натянута нить в момент отрыва от раствора? Коэффициент поверхност ного натяжения мыльного раствора примите равным 0,04 Н/м. Длина стороны квадратной рамки равна 10 см.

1УФ13. 1) В чем заключается метод капель для определения коэффициента поверхностного натяжения жидкости?

1. Какой из двух пипеток пользовался лаборант во время опреде ления коэффициента поверхностного натяжения жидкости, если масса 50 капель оказалась равной 3,200 г, а полученный коэффициент поверхностного натяжения 0,08 Н/м? Диаметры выходного отверстия пипеток равны 1,8 и 2,5 мм.
2. Из отверстия в кастрюле ежесекундно вытекает вода по капле. Спустя час из тарелки, подставленной под кастрюлю, вылили воду массой 0,2 кг. Чему равен диаметр отверстия в кастрюле? Коэффи циент поверхностного натяжения воды примите равным 0,07 Н/м.

1УФ14. 1) Что понимают под капилляром? Всегда ли в капилляре жидкость поднимается выше уровня сосуда, в который опущен капил ляр? Получите выражение для определения высоты подъема жидкости в капилляре.   От каких величин зависит высота. подъема?

1. На какую высоту поднимается спирт в капилляре, имеющем диаметр 0,3 мм? Коэффициент поверхностного натяжения спирта примите равным 0,022 Н/м, плотность спирта 800 кг/м3.
2. В капиллярах почвы при температуре 20 °С вода поднимается на высоту 1,5 м. Чему равен диаметр почвенных капилляров? Смачи вание считайте полным. Коэффициент поверхностного натяжения воды примите равным 0,07 Н/м, плотность воды 1000 кг/м3.

1УФ15. 1) Бензиновые капиллярные фильтры пропускают бен зин, но не пропускают воду.  Почему?

2) Фитиль поднимает керосин на высоту 4 см. На какую высоту по тому же фитилю поднимется вода? Коэффициент поверхностного натяжения воды примите равным 0,07 Н/м, керосина — 0,024 Н/м, плотность воды — 1000 кг/м3, керосина — 800 кг/м3.

36

1УФ16. 1) Каков характер расположения и движения молекул
в кристаллических телах? Какие свойства таких тел можно этим объяс
нить?        ч

2) Что происходит с кинетической и потенциальной энергией кристаллического тела в процессе его нагревания?

IV4>17. 1) Что называют механическим напряжением? В каких единицах его измеряют в СИ?

2) Чему равно механическое напряжение, возникшее в стальной проволоке диаметром 2 мм, если к ней подвешен груз массой 20 кг?

1УФ18. 1) Что понимают под абсолютным и относительным удли нением?

2) Проволоку длиной 1,50 м под действием растягивающей силы растянули до длины 1,60 м. Определите абсолютное и относительное удлинение проволоки.

1УФ19. 1) Сформулируйте закон Гука. Что показывает модуль упругости? В каких единицах его измеряют? Запишите формулу за кона Гука.

2) На стальной столбик диаметром 5 см и высотой 0,30 м поло жили гирю массой 20 кг. Чему равно механическое напряжение, воз никшее в столбике? На сколько уменьшилась высота столбика под действием груза? Модуль упругости стали примите равным 2 • 1011 Па.

КАРТОЧКИ-ЗАДАНИЯ ДЛЯ ИНДИВИДУАЛЬНОЙ И ГРУППОВОЙ РАБОТЫ

IVH1A1. Сколько водяного пара находится в котле вместимостью

3        м3 при температуре 127° С и давлении 5 ■ 105 Па?

IVH1A2. Найдите плотность водяного пара, если его давление равно 3 • 105 Па при температуре 200 °С.

IVH1A3. Имеется водяной пар при температуре 27 °С и плотности 12,9 г/м3. Какой это пар? Определите его давление. Каким будет пар, если при неизменном объеме его температура понизится до 7 °С?

(Использовав уравнение Менделеева — Клапейрона, получите вы ражение для расчета давления пара через его плотность.)

IVMIBI. Каково давление водяного пара в сосуде вместимостью

4        м3 при температуре 200 °С, если масса пара 20 кг?

IVH1B2. Найдите температуру водяного пара, если его давление равно 2 • 103 Па, а плотность 12 г/м3.

IVH1B3. В трубке вместимостью 0,4 л находится водяной пар под давлением 8,5 • 103 Па при температуре 423 К. Какое количество

37

росы выпадает на стенках трубки при охлаждении воды до температу
ры 295 К? Давление насыщенных паров при температуре 295 К равно
А.п. = 2,6 • 103 Па.        -

(Использовав уравнение Менделеева — Клапейрона для двух со стояний пара, получите выражение для расчета изменения массы.)

IVH2A1. Температура воздуха 16 °С, точка росы 6°С. Определите упругость водяных паров и относительную влажность воздуха.

IVH2A2, Температура воздуха равна 25 °С, а относительная влаж ность 60%.   При какой температуре появится poca?j

IVH2A3. При понижении температуры воздуха от 16 до 10 °С из каждого кубического метра воздуха выделилась вода массой 1,5 г. Какова была относительная влажность?

IVH2B1. Определите относительную влажность воздуха при тем пературе воздуха, равной 20 °С, если точка росы 8 °С.

IVH2B2. При какой температуре воздуха его относительная влажность равна 50%, если точка росы 10 °С?

IVM2B3. Сколько воды выделится из воздуха объемом 1 м3, если при температуре 20 °С его относительная влажность равна 90%, а температура понизилась до 12 °С?

IVM3A1. Влажный термометр психрометра показывает 18 °С, а
сухой — 22 "С. Какова относительная влажность воздуха в помеще
нии?        -        ,

1VH3A2. Какую температуру покажет влажный термометр псих рометра, если при относительной влажности 62% сухой термометр показывает 16 °С?

IVH3A3. Относительная влажность воздуха при температуре 29 °С равна 60%. Выпадет ли роса при понижении температуры до 10 °С?

IVHSBl. Влажный термометр психрометра показывает 15 °С, а сухой — 19° С. Какова относительная влажность воздуха в помеще нии?

1УИЗБ2. Относительная влажность воздуха равна 70%. Какую температуру покажет влажный термометр, если показания сухого 21 °С?

1УИЗБЗ. Как изменится разность температур сухого и влажного термометров в психрометре при понижении температуры в комнате, если упругость водяных паров остается без изменения?

38

iVU4Al. Каков внутренний диаметр стеклянной трубки, если вода в ней поднялась на 20 см, коэффициент поверхностного натяжения воды равен 0,072 Н/м, а плотность воды 103 кг/м3?

IVM4A2. Каково усилие, необходимое для отрыва тонкого кольца массой 4,0 г со средним диаметром 8 см от поверхности глицерина? Коэффициент поверхностного натяжения глицерина равен 0,06 Н/м.

IVH4A3. Как изменится высота жидкости в смачиваемом капилля ре, если сосуд с жидкостью и капилляр поднимаются вверх с ускоре нием, равным ускорению свободного падения?

(Примените второй закон Ньютона для случаев, когда жидкость в капилляре покоится и движется.)

1УИ4Б1. Бак для воды имеет форму куба с ребром 1,5 м. Рассчи тайте силу поверхностного натяжения воды, находящейся в баке.

1УИ4Б2. Каково усилие, необходимое для отрыва тонкого кольца массой 14,0 г со средним диаметром 18 см от поверхности воды? Коэф фициент поверхностного натяжения воды равен 0,07 Н/м.

1УИ4БЗ. В сообщающихся капиллярных трубках е радиусами 0,5 и 2 мм разность уровней ртути составляет 10,5 мм. Каков коэф фициент поверхностного натяжения ртути?

1VH5A1. На какую высоту поднимется вода в стеклянной трубке, имеющей отверстие площадью поперечного сечения 1 • 10~6 м2? Коэф фициент поверхностного натяжения воды примите равным 0,07 Н/м, а плотность воды 103 кг/м3.

IVM5A2. Два капилляра одинакового диаметра опускают одно временно в воду и керосин, при этом вода в капилляре поднялась на 20 см. На какую высоту поднялся керосин? Коэффициент поверхност ного натяжения воды равен 0,07 Н/м, керосина :— 0,024 Н/м; плот ность воды равна 1000 кг/м3, керосина — 800 кг/м3.

IVM5A3. Найдите количество вещества воды, поднявшейся по капиллярной трубке диаметром 0,5 мм.

(Воспользуйтесь формулой для расчета количества вещества через его  массу.)

IVHSBI. Каков коэффициент поверхностного натяжения эфира, если в капилляре, имеющем отверстие площадью поперечного сечения 1,5 • 10""6 м2, жидкость поднялась на высоту 1,5 см, плотность эфира равна 710 кг/м3?

1УИ5Б2. Тонкое металлическое кольцо диаметром 15 см соприка сается с водой.   Какую силу нужно приложить к кольцу, чтобы отор-

39

вать его от воды? Масса кольца равна 10 г.   Коэффициент поверхност ного натяжения воды примите равным 0,07 Н/м. " '

1УИ5БЗ. Прямоугольный "проволочный каркас, размер которого 5х 10 см, удерживает мыльную пленку. Какова поверхность мыльной пленки? Рассчитайте ее поверхностную энергию. Какую работу нуж но было бы совершить, чтобы увеличить площадь мыльной пленки на 1 м2? Коэффициент поверхностного натяжения мыльного раствора примите равным 0,04 Н/м. |

FVM8A1. Груз, имеющий массу 900 кг, висит на тросе, сечение которого 30 см2. Чему равно механическое напряжение, испытываемое тросом?

IVH8A2. Рассчитайте напряжение, при котором упругая проволо ка могла бы увеличить свою длину вдвое. Возможно ли это осущест вить на практике с металлической проволокой? с резиновым шнуром?

IVH6A3. Модуль упругости стальной проволоки 2 • 10" Па. Определите первоначальную длину проволоки, если в результате действия на нее силы 120 Н проволока удлинилась на 2 мм. Диаметр проволоки равен 0,8 мм.

IVM6B1. Груз массой 10 кг подвешен на алюминиевой проволоке диаметром 3 мм. Разорвется ли эта проволока под действием груза? Предел упругости алюминия равен 30 • 10е Па.

1УИ6Б2. Стальная проволока длиной 4,0 м и сечением 2,0 мм2 удлинилась на 1,0 мм. По этим данным рассчитайте массу подвешен ного к ней груза.

" 1УИ6БЗ. Сравните относительные удлинения при одинаковых нагрузках двух проволок, изготовленных из одного и того же мате риала, если длина (и диаметр) первой из них в 3 раза больше второй. Сравните их абсолютные удлинения. Проволока невесомая.