W pierwszym doświadczeniu nastąpiło wrzenie wody spowodowanie obniżeniem ciśnienia.

Transkrypt

1 Termodynamika - powtórka 1. Cząsteczki wodoru H 2 wewnątrz butli mają masę około 3, kg i poruszają się ze średnią prędkością Oblicz temperaturę wodoru w butli. 2. 1,6 mola gazu doskonałego umieszczono w zbiorniku o pojemności 2,4 dm 3. oczątkowa temperatura tego gazu wynosiła 380 K. Gaz oziębiono tak, że jego temperatura końcowa wynosiła 20 C. Ciepło molowe gazu w stałej objętości wynosi R. Oblicz zmianę energii wewnętrznej gazu podczas jego oziębiania. 3. Do termosu zawierającego 200 g wody o temperaturze 10 C wrzucono pewną masę lodu o temperaturze 5 C. Końcowa temperatura wody w termosie wynosiła 3 C. Ciepło właściwe wody wynosi 4,19, ciepło właściwe lodu to 2,09, a ciepło topnienia lodu jest równe 332. Oblicz, jaką masę lodu wrzucono do termosu. 4. odczas lekcji fizyki nauczyciel przeprowadził dwa doświadczenia. W pierwszym do strzykawki nalał gorącą wodę (ok. 80 C) i po zatkaniu wylotu strzykawki gwałtownie pociągnął za tłok. Uczniowie zauważyli pęcherzyki gazu ulatniające się z całej objętości wody. W drugim doświadczeniu do strzykawki nalał wodę o temperaturze około 0 C i po zatkaniu wylotu strzykawki ponownie gwałtownie pociągnął za tłok. Tym razem nie zauważono pęcherzyków gazu. W obu doświadczeniach użyto jednakowych strzykawek z taką samą ilością wody. Ruchy tłoków też były identyczne. Zaznacz wszystkie poprawne wnioski z obu doświadczeń. A. B. W pierwszym doświadczeniu nastąpiło wrzenie wody spowodowanie obniżeniem ciśnienia. Im niższe jest ciśnienie nad powierzchnią wody, tym niższa jest temperatura wrzenia wody. C. rzyczyną niewystąpienia wrzenia w drugim doświadczeniu było zbyt niskie ciśnienie. D. odczas rozprężania powietrza w strzykawce następuje wzrost jego temperatury. 5. Gaz o objętości 20 dm 3 pod ciśnieniem 2000 ha zamknięto w cylindrze z tłokiem i ogrzano izobarycznie, zwiększając jego temperaturę z 200 C do 400 C. Oblicz końcową objętość gazu. 6. Ciepło uzyskane ze spalania paliwa można obliczyć ze wzoru: Q = c s m, gdzie m to masa paliwa, a c s ciepło spalania. Ciepło spalania benzyny wynosi kw i sprawności 0,25 pracował przez godzinę. Oblicz, ile benzyny spalił ten silnik podczas pracy.. Benzynowy silnik cieplny o mocy 1

2 7. Silniki cieplne to urządzenia, które zamieniają ciepło na pracę. rzykładem takich silników są silniki spalinowe używane w napędach samochodów. W samochodach najczęściej montuje się jeden z dwóch rodzajów silników: z zapłonem iskrowym (benzynowe) lub z zapłonem samoczynnym (diesle). W silnikach benzynowych sprężana jest mieszanka paliwa i powietrza, zapalana w wyniku przeskoku iskry elektrycznej. Istnieje graniczna temperatura, powyżej której taka mieszanina zapala się bez pomocy iskry. W silniku diesla sprężane jest samo powietrze. Zwiększa ono swoją temperaturę. aliwo jest wtryskiwane do cylindra w momencie osiągnięcia minimalnej objętości powietrza w cylindrze. Gorące powietrze powoduje samozapłon paliwa. Oceń prawdziwość każdego zdania. Zaznacz, jeśli zdanie jest prawdziwe, lub, jeśli jest fałszywe. A. Gdyby wyeliminować tarcie, sprawność silników cieplnych byłaby równa 100%. B. Do zapłonu paliwa w silniku diesla nie jest potrzebne zewnętrzne źródło ciepła. C. Maksymalne ciśnienie powietrza w cylindrze silnika diesla jest z reguły wyższe niż maksymalne ciśnienie mieszanki paliwa i powietrza w silniku iskrowym. 8. W cylindrze zamkniętym ruchomym tłokiem znajdowało się 1,5 mola gazu, który można uznać za doskonały. Ciepło molowe w stałym ciśnieniu wynosi R. Gaz ten rozprężano izobarycznie, a przebieg procesu przedstawiono na wykresie. Oblicz pracę wykonaną przez gaz podczas jego rozprężania. 9. Maksymalne ciśnienie w butli służącej do przechowywania sprężonego powietrza wynosi 20 Ma. Oblicz maksymalną masę powietrza, jaką można zgromadzić w tej butli, jeśli ma ona objętość 15 dm 3, a temperatura otoczenia to 27 C. rzyjmij masę molową powietrza równą 29. 2

3 10. W dwóch pojemnikach o różnych objętościach V 1 oraz V 2 znajdowały się jednakowe masy tego samego gazu, który można uznać za doskonały. Na wykresie przedstawiono zależność między temperaturą gazu a ciśnieniem wywieranym przez gaz w obu pojemnikach. Oblicz stosunek objętości V 1 gazu znajdującego się w pierwszym pojemniku do objętości V 2 gazu znajdującego się w drugim pojemniku. 11. Dwa odłamki skalne o różnych masach spadły z tej samej wysokości na to samo podłoże. W wyniku upadku oraz uderzenia o podłoże temperatury obu odłamków wzrosły. Należy założyć, że straty ciepła były proporcjonalne do mas odłamków. Dokończ zdanie. Wybierz stwierdzenie A, B albo C oraz jego uzasadnienie 1., 2. albo 3. rzyrost temperatury Stwierdzenie Uzasadnienie A. obu odłamków był taki sam, 1. początkowa energia potencjalna zależy tylko od masy kawałka skały. B. odłamka cięższego był większy, ponieważ 2. ciała o mniejszej masie lepiej pochłaniają ciepło. energia potencjalna oraz ciepło są C. odłamka cięższego był mniejszy, 3. wprost proporcjonalne do masy ciała. 12. Z wysokości 1000 m spadała kropla wody. odczas lotu 10% jej początkowej energii potencjalnej zostało zużyte na ogrzanie wody. Ciepło właściwe wody wynosi 4,2. rzyjmij, że przyspieszenie ziemskie wynosi 10. Oblicz przyrost temperatury tej kropli. 13. Butla zawiera 680 g tlenu w postaci cząsteczek dwuatomowych. Gaz ten ma temperaturę 32 C. Masa molowa tlenu wynosi 16. Zakładamy, że do opisu zachowania się cząsteczek tlenu można stosować model gazu doskonałego. Oblicz średnią prędkość cząsteczek tlenu w butli. 3

4 14. odczas rozprężania izobarycznego 1,2 mola helu zamkniętego w cylindrze z ruchomym tłokiem gaz wykonał pracę 1,5 kj. odczas tego procesu temperatura helu wzrosła od 50 C do 340 C. Ciepło molowe helu w stałym ciśnieniu wynosi R. Oblicz zmianę energii wewnętrznej helu w tym procesie. 15. odczas szkolnego doświadczenia uczniowie ogrzewali wodę w czajniku o stałej mocy 740 W. W trakcie wcześniejszych doświadczeń ustalono, że jego sprawność wynosi 85%. Na wykresie przedstawiono zależność temperatury wody od czasu jej ogrzewania. Ciepło parowania wody wynosi 2,26. Na podstawie powyższych danych oblicz, ile wody wyparowało podczas dwóch minut jej wrzenia. 16. Oceń prawdziwość każdego zdania. Zaznacz, jeśli zdanie jest prawdziwe, lub, jeśli jest fałszywe. A. rzy izobarycznym ogrzewaniu gazu dwukrotny wzrost temperatury powoduje dwukrotne zmniejszenie objętości gazu. B. W przemianie izotermicznej wzrost objętości gazu powoduje zmniejszenie ciśnienia gazu. C. W izochorycznej przemianie gazu jego objętość nie ulega zmianie. 17. Na wykresach przedstawiono dwa cykle przemian termodynamicznych gazu doskonałego. Wybierz i zapisz, w którym z tych cykli może pracować silnik. Uzasadnij swój wybór. 4

5 18. W zbiorniku znajdowało się 0,9 mola gazu, który uznajemy za doskonały. Ciśnienie początkowe tego gazu wynosiło 400 ka, a jego temperatura była równa 1200 K. Ciepło molowe gazu w stałej objętości wynosi przedstawiono na wykresie. R. Gaz ten ochłodzono izochorycznie, a przebieg procesu Oblicz zmianę energii wewnętrznej tego gazu. 19. ęcherzyk gazu o objętości 1 mm 3 wydobył się z dna jeziora o głębokości 10 m. Temperatura w pobliżu dna wynosi 7 C, a przy powierzchni wody jest równa 27 C. Ciśnienie atmosferyczne wynosi 1000 ha. Skorzystaj z równania stanu gazu doskonałego i oblicz objętość pęcherzyka tuż przed dotarciem do powierzchni jeziora. 20. W dwóch cylindrach zamkniętych ruchomymi tłokami znajdował się taki sam gaz, który można uznać za doskonały. Ciśnienie panujące w obu cylindrach było jednakowe. W pierwszym cylindrze znajdował się gaz o masie m 1, a w drugim gaz o masie m 2. Na wykresie przedstawiono zależność między temperaturą gazu a jego objętością w obu cylindrach. Oblicz stosunek masy m 1 gazu znajdującego się w pierwszym cylindrze do masy m 2 gazu znajdującego się w drugim cylindrze. 21. Silniki spalinowe samochodów mają sprawność około 35%. Oznacza to, że jedynie 35% energii uzyskanej ze spalania paliwa zamieniane jest na energię mechaniczną ruchu obrotowego wału korbowego silnika. Sprawność układu przekazywania energii z silnika na koła jest rzędu 80%. Około 40% energii uzyskanej ze spalania paliwa wydalane jest wraz z gorącymi spalinami. Około 20% ciepła wydzielonego podczas spalania paliwa jest pobierane przez układ chłodzący silnika, a reszta jest emitowana jako promieniowanie temperaturowe. Karol przejechał swoim samochodem 20 km i wrócił do domu. Wyznacz, jaki procent energii uzyskanej ze spalenia paliwa zostanie oddany do otoczenia podczas całej przejażdżki Karola. 5

6 22. Balon z neonem o temperaturze początkowej 20 C ogrzano przez dostarczenie do niego 25 kj ciepła. odczas izobarycznego ogrzewania balonu jego objętość wzrosła 1,4 razy. Ciepło molowe gazu w stałym ciśnieniu wynosi R. Oblicz: a) pracę wykonaną przez gaz podczas rozprężania; b) zmianę energii wewnętrznej gazu podczas rozprężania. 23. W jednym zbiorniku znajdują się 4 g azotu, a w drugim 3 g tlenu. Zbiornik z azotem ma nieco większą objętość niż zbiornik z tlenem. Masa atomowa tlenu jest większa od masy atomowej azotu. Temperatura obu gazów jest taka sama i wynosi 310 K. Dokończ zdanie. Wybierz stwierdzenie A, B albo C oraz jego uzasadnienie 1., 2. albo 3. Średnia energia kinetyczna cząsteczek azotu jest Stwierdzenie Uzasadnienie A. mniejsza niż energia kinetyczna cząsteczek tlenu, 1. cząsteczki azotu umieszczono w zbiorniku o większej objętości. B. taka sama jak energia kinetyczna cząsteczek tlenu, ponieważ 2. masa cząsteczki azotu jest mniejsza do masy cząsteczki tlenu. C. większa niż energia kinetyczna cząsteczek tlenu, 3. temperatury obu gazów są jednakowe. 24. Dwa mole gazu, który możemy uznać za doskonały, ogrzano o 200 K dwoma sposobami: za pomocą ogrzewania izochorycznego i rozprężania izobarycznego. Ciepło molowe tego gazu w stałej objętości wynosi R. a) Oblicz, ile razy ciepło dostarczone do gazu podczas rozprężania izobarycznego jest większe od ciepła dostarczonego do gazu w przemianie izochorycznej. b) Zapisz, na jakie procesy zużywane jest ciepło dostarczone do gazu podczas rozprężania izobarycznego. 25. Uczniowie podczas szkolnego doświadczenia wyznaczali ciepło właściwe ołowiu. W tym celu małe ołowiane kulki o łącznej masie 300 g umieścili we wrzącej wodzie. o dłuższym czasie przenieśli te kulki do termosu, w którym znajdowało się 400 g wody o temperaturze 20 C. o wyrównaniu się temperatur wody i kulek ponownie zmierzono temperaturę wody w termosie. Termometr wskazywał 22 C. Ciepło właściwe wody wynosi 4,19. Na podstawie wyników tych pomiarów oblicz ciepło właściwe ołowiu. 6

7 26. Dwa mole gazu, który można uznać za doskonały, umieszczono w cylindrze zamkniętym ruchomym tłokiem. Gaz ten poddano przemianom przedstawionym na rysunku. Ciepło molowe gazu w stałej objętości wynosi R. a) Oblicz temperatury gazu w punktach oznaczonych literami A, B oraz C. b) Oblicz ciepło wymienione przez gaz w procesach A B oraz B C. c) Oblicz pracę wykonaną nad gazem w procesach A B oraz B C. d) Oblicz całkowitą zmianę energii wewnętrznej gazu od punktu A do punktu C. 27. Małą piłkę plażową napompowano do ciśnienia niewiele większego od ciśnienia atmosferycznego. rzy powolnym zanurzaniu piłki w wodzie stwierdzono, że do pewnej głębokości H zachowywała ona swój kulisty kształt, a przy dalszym zanurzaniu ulegała odkształceniu. rzyjmij, że temperatura powietrza i wody była taka sama. Oceń prawdziwość każdego zdania. Zaznacz, jeśli zdanie jest prawdziwe, lub, jeśli jest fałszywe. A. Do głębokości H powietrze w piłce ulegało przemianie izochorycznej. B. oniżej głębokości H powietrze w piłce ulegało przemianie izotermicznej. C. Na bardzo dużej głębokości objętość powietrza w piłce może być równa zeru. 28. Meteoroid, w skład którego wchodzi między innymi krzem, zbliżał się do atmosfery ziemskiej. oczątkowa temperatura tego meteoroidu wynosiła 3 K. Właściwości fizyczne krzemu są następujące: temperatura topnienia 1690 K, temperatura wrzenia 3170 K, ciepło właściwe w stanie stałym 0,7, ciepło właściwe w stanie ciekłym 1,3, ciepło topnienia 1,81, ciepło parowania 13,7. Zakładamy, że podczas ruchu w atmosferze ziemskiej połowa początkowej energii kinetycznej meteoroidu została zużyta na wzrost jego energii wewnętrznej. Oblicz, z jaką minimalną prędkością względem atmosfery ziemskiej powinien poruszać się meteoroid, aby całkowicie wyparować. 7

8 29. Stalowe kulki o masie 300 g ogrzano do temperatury 800 C. Kulki te wrzucono do wody o temperaturze 20 C. oczątkowa masa wody wynosiła 2 kg. odczas wrzucania kulek część wody odparowała, a temperatura pozostałej części wzrosła do 25 C. Ciepło właściwe wody wynosi 4,19, ciepło parowania wody to 2,26, a ciepło właściwe stali jest równe 0,46. Oblicz masę pary, która powstała w wyniku wrzucenia kulek do wody. 30. Na wykresie przedstawiono trzy przemiany gazu doskonałego w układzie współrzędnych V, p. a) Zapisz, w jaki sposób zmienia się temperatura gazu w poszczególnych przemianach. b) Naszkicuj przemiany gazu w układzie współrzędnych T, p. 8