Решение задач по физике. Онлайн-база готовых решений.
Поиск по задачам:
Вход на сайт
24804. Тепловой двигатель, работающий по циклу Карло с k==40%, используется как холодильная машина, работающая с тем же холодильником и нагревателем. Какое количество теплоты Q переводится от холодильника к нагревателю за один цикл, если за каждый цикл совершается работа А=30 Дж?
24805. Две тепловые машины, работающие по циклу Карно, получают одинаковую теплоту Q1 от нагревателя с T1=744 К. одна машина отдает теплоту Q2 холодильнику с температурой T2=605 К, вторая — Q3, холодильнику с T3=252 К. Вычислите значение КПД системы, определяемого соотношением k=(2Q1-q2-Q3)/(2Q1).
24806. Атомная электростанция использует реактор на "кипящей воде". Выделяющаяся в реакторе теплота при повышенном давлении заставляет воду кипеть при температуре t°=285°С. После того, как пар приводит во вращение турбину электрогенератора, он превращается в воду в конденсаторе при температуре t°2=40°С. Для поддержания этой температуры конденсатор охлаждается водой из реки. Установка работает с КПД, равным 3/4 КПД машины Карно, работающей при тех же температурах. Электрическая мощность станции Р составляет 1,2·109 Вт. Поток воды в реке р составляет 105 кг/с. На сколько градусов dt° повысится температура воды в реке?
24807. Электростанция на геотермальной воде работает следующим образом. Перегретый пар при температуре tv1=232°С используется для вращения турбины генератора, а затем конденсируется в воде при t°2=50°C и откачивается в землю, где вода снова нагревается. Электрическая мощность станции Р==84000 кВт. Определите: а) максимально возможный КПД станции; б) количество теплоты Q, отводимой от конденсатора в течение t=24 ч.
24808. Температура внутри холодильника равна t°2=5°С, а теплоемкость составляет С=84 кДж/К. При работе холодильника тепло выделяется в комнату с температурой t°1=25°С. Какой минимальной мощностью Р должен обладать мотор, приводящий холодильник в действие, чтобы за время т=1 мин понизить температуру в холодильнике на dt°=1°С?
24809. Какую минимальную работу нужно совершить, чтобы заморозить m=1 кг воды, находящейся при температуре Т==300 К?
24810. Сколько времени должен работать 3-киловаттный электронагреватель, чтобы сообщить кухне такое же количество теплоты, что и холодильник, превращающий m=1,5 кг воды, взятой при t°1=20°С, в лед при t°2=0°С? Если обратить холодильник и заставить его работать как тепловую машину между теми же температурами, то КПД k равнялся бы 0,25.
24811. Каково изменение энтропии m=1 кг воды при ее превращении в пар при температуре t°=100°С и давлении 1 атм?
24812. Тепловой двигатель, работающий между тепловыми резервуарами с температурами T1=400 К и T2=300 К, имеет КПД k=0,15. Определите изменение энтропии каждого резервуара за один цикл, если двигатель в течение цикла получает количество теплоты, равное Q1=100 Дж. Каково при этом полное изменение энтропии мира?
24813. Два одинаковых тела с массами то и удельной теплоемкостью с, находящиеся при температуре T1 и T2, приводятся в тепловой контакт друг с другом. Определите изменение энтропии dS после установления равновесия.
24814. В результате некоторого процесса энтропия системы увеличилась на 120 Дж/К и при этом не увеличилась энергия, непригодная для совершения макроскопической работы. Был этот процесс обратимым или необратимым? Как изменилась энтропия окружающей систему среды?
24815. В качестве переменных, характеризующих состояние термодинамической системы, можно выбрать температуру Т и энтропию S. Изобразите цикл Карно для обратимого процесса в осях T-S и рассчитайте КПД цикла.
24816. Каково изменение энтропии Вселенной при переводе Q=500 Дж теплоты из резервуара, находящегося при температуре T1=400 К, в резервуар с температурой T1=300 К?
24817. Два моля идеального газа, занимающие объем 40 л и имеющие температуру 400 К, свободно расширяются до вдвое большего объема. Определите изменение энтропии: а) газа dS; б) Вселенной dSв.
24818. Автомобиль массой m=1500 кг, движущийся со скоростью v=100 км/час, врезается в бетонную стену. Вычислите изменение энтропии Вселенной dS, если температура воздуха t°=20°С.
24819. Кусок льда массой m_л=100 г при t°=0°C помещается в калориметр, содержащий m_в=100 г воды при t°2=100°С. Определите изменение энтропии Вселенной dS при установлении теплового равновесия в калориметре, теплоемкостью которого можно пренебречь.
24820. Оцените число N молекул воздуха в комнате размером 6x4x3 м3 при нормальном атмосферном давлении и температуре t°=20°С. Каково при этом число молей n? Сколько весит воздух в комнате? Сколько молекул воздуха dN покинет комнату, если при неизменном давлении температура повысится на dT=5 К?
24821. Молярная масса водорода М_H=1,008 г/моль. Какова масса одного атома водорода m ?
24822. В 10-литровом баллоне находится газ при температуре t°=0° С и давлении р=4 атм. Сколько молей газа v находится в баллоне? Сколько молекул N ?
24823. В сосуде находится газ под давлением р=1,5·105 Н/м2 при температуре t°=273°С. Какое количество молекул находится при этих условиях в единице объема сосуда?
24824. Современные вакуумные насосы позволяют понижать давление до величин порядка р=1,3·10-10 Н/м2=10-12 мм рт. ст. Сколько молекул газа п содержится в 1 см3 при указанном давлении и температуре t°=27°С? Если оставшийся газ — в основном H2 какова его плотность р?
24825. Газ нагревается в открытом сосуде при нормальном атмосферном давлении от t°1=27°С до t°2=327°С. Во сколько раз при этом изменится число молекул в единице объема n ?
24826. Воздух в комнате с открытой форточкой нагрели от температуры T1 до температуры T2. Считая воздух идеальным газом, найдите изменение внутренней энергии воздуха dU в комнате.
24827. При повышении температуры идеального газа на dt0==90° средняя скорость его молекул возросла с V1=400 м/с до V2=500 м/с. На сколько dt°1 нужно нагреть этот газ, чтобы увеличить среднюю скорость его молекул с V2=500 м/с до V3==600 м/с?
24828. Вторая космическая скорость определяется соотношением V=sqrt(2gR), где g — ускорение свободного падения на поверхности планеты, R — ее радиус. а) При каких температурах молекулы кислорода будут покидать земную атмосферу? б) При каких температурах молекулы водорода будут покидать земную атмосферу? Объясните отсутствие водорода в земной атмосфере, учитывая, что температура в верхних слоях атмосферы порядка 1000 К. в) Что можно сказать об атмосфере Луны (ускорение свободного падения на поверхности Луны составляет одну шестую от земного, радиус Луны равен 1738 км).
24829. Вторая космическая скорость на Марсе составляет 5 км/с, а температура поверхности порядка 0°С. Вычислите характерные тепловые скорости при такой температуре для а) H2; б) O2; в) СO2. Если эти скорости больше одной шестой второй космической скорости, то к настоящему времени Марс должен был бы потерять свою атмосферу. Что можно сказать об атмосфере Марса?
24830. Какая часть молекул кислорода а при 0°С имеет скорости в интервале 100 < v < 110 м/с?
24831. На высоте Н=3 км над поверхностью Земли в 1 см3 воздуха содержится примерно n=102 пылинок, а у самой поверхности — примерно n0=105 пылинок. Определите среднюю массу пылинки m и оцените ее размер r, предполагая плотность пылинок р=1,5 г/см3 и считая температуру воздуха равной t°==27°С.
24832. Расположенный горизонтально цилиндр, закрытый с одного конца, вращается с угловой скоростью w вокруг вертикальной оси, проходящей через открытый конец цилиндра. Найдите а) закон изменения числа молекул воздуха n в единице объема цилиндра с расстоянием r от оси вращения; б) силу F давления воздуха на дно цилиндра. Длина цилиндра L, площадь дна цилиндра S, атмосферное давление p0, температура воздуха Т, масса одной молекулы т.
24833. Каково давление воздуха а) над поверхностью Земли на высоте 10 км; б) в шахте на глубине 10 км? Давление воздуха на поверхности Земли 760 мм. рт. ст. Температуру воздуха считать одинаковой во всех точках и равной 0°С.
24834. В сосуде объемом V0 находится N молекул идеального газа. Определите вероятность Р того, что в части V объема V0 не будет ни одной молекулы.
24835. В объеме V0 находится N молекул идеального газа. Во сколько раз вероятность Р обнаружить N/2 молекул в области объемом V0/2 — V меньше вероятности Р` обнаружить N/2 молекул в объеме V0/2?
24836. Вероятность того, что n молекул газа, имеющих возможность попасть в любую точку объема V1, находятся в определенный момент в части V2 этого объема, есть w=(V2/V1)^n. Покажите, что изменение энтропии идеального газа при изотермическом расширении от V2 до V1 равно dS`=k·lnw.
24837. Можно ли использовать классическую механику для описания поступательного движения молекул кислорода, находящегося при нормальных условиях? (Р=1 атм, V=22,4 л.)
24838. Энергия ионизации атомов гелия составляет 24,6 эВ. Можно ли при нормальных условиях применять к гелию модель идеального газа?
24839. Адиабатически изолированный сосуд с пренебрежимо малой массой и теплоемкостью, содержащий 1 моль гелия, движется со скоростью V=86 м/с. На сколько изменится температура газа, если сосуд внезапно остановить?
24840. Определите, какую скорость v будут иметь молекулы газа, адиабатически вытекающего из баллона, где он находится при температуре Т. Молярная масса газа равна М.
24841. Масса m пороха, сгорающего за 1 с в камере реактивного двигателя, связана с давлением р соотношением m=a·p^n. Найдите показатель степени n, если при уменьшении сечения сопла двигателя в 2 раза давление в камере возрастет в 4 раза. Скорость истечения газов из сопла пропорциональна давлению р в камере, а плотность газа в сечении сопла одинакова в обоих случаях.
24842. Газ состоит из ионов, которые отталкивают друг друга. Как будет изменяться температура газа, если он будет адиабатически расширяться в пустоту?
24843. Явление адсорбции заключается в "прилипании" молекул или атомов газа к поверхности твердого тела. Иногда адсорбированные атомы могут перемещаться по поверхности, взаимодействуя друг с другом подобно молекулам газа. Какова средняя энергия таких атомов, если температура поверхности равна Т?
24844. Идеальный одноатомный газ, находящийся при давлении p1=2·105 Па и занимающий объем V1=0,4 м3, изохори-чески переводится в состояние, когда давление составляет p2==4·105 Па, а затем изобарически в состояние с объемом V2==0,2 м3 . Определите количество теплоты, переданное газу или отнятое от него на каждом этапе и на всем процессе.
24845. Какое количество теплоты сообщили одноатомному идеальному газу при изобарическом нагревании, если в процессе нагревания газ совершил работу А=20 Дж?
24846. Определите изменение внутренней энергии моля одноатомного идеального газа, изобарически расширяющегося от V1=10 л до V`2=20 л при давлении р=5 атм.
24847. Один моль одноатомного идеального газа находится при температуре Т=273 К и давлении 1 атм. а) Какова его внутренняя энергия U ? Найдите его внутреннюю энергию U и совершенную им работу А, если газу сообщили Q=500 Дж теплоты б) при постоянном давлении; в) при постоянном объеме.
24848. Половине моля одноатомного идеального газа сообщили Q=1200 Дж теплоты, при этом газ совершил работу А=2500 Дж. Как изменилась температура Т газа?
24849. Докажите, что закон Дальтона для смеси газов, имеющих одинаковое значение y=Cp/Сv и химически не реагирующих друг с другом, являются следствием закона сохранения энергии.
24850. В упругой оболочке находится п молей одноатомного идеального газа, причем квадрат объема газа пропорционален его температуре. Газ медленно нагревают от температуры T1 до T2. Чему равна теплоемкость газа С при этом процессе? Теплоемкостью оболочки пренебречь.
24851. Один моль идеального одноатомного газа изохорически охлаждается так, что его давление снижается в п раз. Затем газ изобарически расширяется так, что его объем возрастает в n раз. Найдите n, если сообщенное газу количество теплоты при этих переходах в 2 раза меньше его первоначальной внутренней энергии.
24852. Одноатомный идеальный газ содержится в цилиндрическом сосуде длины L под тонким поршнем с пружиной, коэффициент жесткости которой равен k (см. рис.). Атмосферное давление таково, что положение равновесия поршня в отсутствие газа под ним находится у дна сосуда. Известно также, что при нахождении поршня у края сосуда пружина свободна. Какое количество тепла Q должен получить газ, чтобы поршень достиг краев цилиндра? Первоначальный объем, занимаемый газом, составляет n-ю часть объема всего цилиндра. Трением поршня о стенки пренебречь.
24853. Идеальный двухатомный газ совершает цикл, показанный на (p,V) диаграмме (см. рис.). В состоянии 1 температура газа равна 200 К. а) Определите температуру в состояниях 2, 3, 4. б) Каков КПД тепловой машины k, работающей по этому циклу ?
24854. Один моль идеального одноатомного газа, занимающего объем 25 л при давлении 100 кПа, изохорически нагревается до вдвое большего давления (процесс 1-2), затем изотермически расширяется до объема 50 л (процесс 2-3) и, наконец, изобарически возвращается в исходное состояние. Определите: а) температуру газа в начальном и конечном состояниях каждого процесса; б) теплоту, передаваемую газу в каждом процессе; в) КПД цикла k.
24855. На рисунке изображены два замкнутых цикла ABCА и ACDA. У какого из циклов КПД выше и во сколько раз? Циклы проводятся с идеальным одноатомным газом.
24856. Один моль идеального одноатомного газа совершает цикл, показанный на рисунке. Определить КПД цикла k.
24857. Насыщенный водяной пар подвергается адиабатическому сжатию и адиабатическому расширению. В каком из этих процессов пар превращается в ненасыщенный? В пересыщенный?
24858. Длинная труба опущена нижним открытым концом в сосуд с водой. Верхний конец трубы соединен с вакуумным насосом. При включенном насосе вода при температуре 20°С поднимается в трубе на высоту h=8 м. На какую высоту h1 поднимется в трубе кипящая вода?
24859. Какова относительная влажность воздуха ф, если температура равна t°=30°C, а парциальное давление паров воды составляет р=3 кПа?
24860. Какова относительная влажность воздуха, если его температура равна t°=20°С, а точка росы равна t`°=10°С?
24861. Относительная влажность воздуха составляет ф=80% при температуре t°=30°С. Какова при этом абсолютная влажность воздуха р?
24862. Смешаем V1=1 м3 воздуха с влажностью ф1=20% и V2=2 м2 воздуха с влажностью ф2=30%, взятые при одинаковой температуре. Определите относительную влажность смеси, если ее объем равен V=3 м3.
24863. В комнате объемом V=30 м3 воздух имеет температуру t°=20°С и относительную влажность р=20%. Какое количество воды m нужно испарить в этой комнате, чтобы относительная влажность достигла ф`=50%? Известно, что при t°=20°С давление насыщающих паров воды p0=2330 Н/м2.
24864. Воздух имеет температуру t°=60°C и абсолютную влажность р=50 г/м3. Какой будет абсолютная влажность этого воздуха, если температура понизится до t`°=10°С?
24865. Определите отношение х веса 1 м3 сухого воздуха к весу 1 м3 воздуха с влажностью ф=50% при атмосферном давлении Pq=760 мм. рт. ст. и температуре t°=20°С. Отношение молярной массы воды к молярной массе воздуха а=0,6. Упругость водяных паров при 20°С равна р=17,5 мм рт. ст.
24866. При температуре t°=20°С и давлении р==760 мм рт. ст. воздух имеет влажность 100%. На сколько процентов dх он легче сухого воздуха той же температуры и с тем же давлением? Молярная масса сухого воздуха равна Мв==29 г/моль, а давление насыщающего пара воды при t°=20°С равно р=2330 Н/м2.
24867. На сколько изменится подъемная сила воздушного шара объемом V, если относительная влажность воздуха увеличится на dф=20% без изменения его давления и температуры? Плотность насыщенных паров при данной температуре равна р. Молярные массы воздуха и паров воды равны соответственно М(В)=29 г/моль и М(H20)=18 г/моль.
24868. Как влияет кривизна поверхности жидкости на давление ее насыщенного пара?
24869. В 1 м3 охлаждающего воздуха находится 8,3 г водяных паров. При какой температуре t° начнется конденсация, если центрами конденсации являются шарообразные пылинки с диаметром d=10-5 см?
24870. На дне водоема глубиной h=2 м выделяются пузырьки газа с диаметром d=0,05 мм. Каков будет диаметр d\ этих пузырьков, когда они поднимутся к поверхности воды? Температуру пузырьков считать неизменной.
24871. Аквалангист выпускает пузырек воздуха объемом V==15 см3 на глубине h=40 м в озере, где температура t°=5°С. Температура воды у поверхности озера составляет t`°=25°С. Каков будет объем пузырька, когда он лопается, достигнув поверхности воды? Нужно ли учитывать давление, обусловленное поверхностным натяжением?
24872. Пузырек воздуха поднимается со дна водоема глубиной Н. Найти зависимость радиуса пузырька от глубины h его местонахождения в данный момент времени, если его объем на дне равен V0. Силы поверхностного натяжения не учитывать.
24873. Объем пузырька воздуха по мере всплывания его со дна озера на поверхность увеличился в 3 раза. Какова глубина озера? Силы поверхностного натяжения не учитывать.
24874. Каково добавочное давление р внутри мыльного пузыря с диаметром d, если поверхностное натяжение мыльной пленки равно б ?
24875. Мыльный пузырь радиусом R находится в цилиндре, закрытом подвешенным поршнем. Сначала давление воздуха под поршнем равно атмосферному давлению p0. При вдвигании поршня радиус пузыря уменьшается вдвое. Каково при этом давление воздуха под поршнем, если изменением температуры можно пренебречь? Коэффициент поверхностного натяжения для мыльной пленки равен б.
24876. Мыльный пузырь, наполненный горячим воздухом, неподвижно "плавает" в воздухе при температуре T0 и давлении p0. Радиус пузыря равен r, плотность мыльной пленки р, ее толщина d. Определите температуру воздуха внутри пузыря, если поверхностное натяжение мыльной воды равно б.
24877. Два мыльных пузыря радиусов R1 и R2 сливаются в один. Определите поверхностное натяжение мыльной воды, если радиус образовавшегося пузыря равен R, а атмосферное давление равно p0.
24878. Капиллярная трубка с внутренним радиусом r=0,3 мм наполнена водой. Часть воды нависла снизу трубки в виде капли, которая представляет собой часть сферы с радиусом R=3 мм. Определите высоту h столбика воды в трубке. Плотность воды — р, коэффициент поверхностного натяжения — б.
24879. Чтобы стряхнуть ртуть в медицинском термометре, нужно двигать термометр с ускорением а ~ 10g. Оцените величину диаметра перетяжки в капиллярной трубке термометра, если длина столбика ртути выше перетяжки h ~ 5 см.
24880. При подъеме жидкости в капилляре до высоты h силы поверхностного натяжения совершают работу mgh, где m — масса столба жидкости. Потенциальная энергия этого столба равна лишь mgh/2. Как это согласуется с законом сохранения энергии?
24881. Каково поверхностное натяжение жидкости при критической температуре?
24882. Можно ли расплавить металл в воде? Как это сделать?
24883. Как выглядит уравнение Ван-дер-Ваальса для произвольного числа молей газа v ?
24884. Для гелия ван-дер-ваальсовские константы а и Ь равны соответственно а=0,03412 л2 атм/моль и b=0,0237 л/моль. Оцените объем v, занимаемый одним атомом гелия.
24885. Найдите выражение для критической температуры Ткр, критического давления ркр и критического объема Vкр для газа, описываемого уравнением Ван-дер-Ваальса.
24886. Чему равна теплоемкость Cp вещества в двухфазном состоянии, соответствующем точке на горизонтальном участке полученной экспериментально изотермы углекислого газа CO2 ?
24887. Определите закон изменения коэффициента поверхностного натяжения жидкости с температурой, рассматривая цикл Карно для пленки жидкости в предположении, что температуры тепловых резервуаров очень мало отличаются друг от друга.
24888. Высокая разрешающая способность электронного микроскопа обусловлена использованием электронных волн с длиной волны, меньшей 0,1 нм? Можно ли построить микроскоп, использующий фотоны с такой длиной волны?
24889. Определите ширину уровня энергии возбужденного состояния атома со временем жизни 10-8 с.
24890. Атом остается в возбужденном состоянии в среднем в течение т=10-8 с, прежде чем переходит в основное состояние, испуская фотон с энергией 5 эВ. Какова неопределенность частоты испускаемого фотона?
24891. Атом, летящий со скоростью v, испускает в направлении своего движения фотон с частотой v. Какова будет частота фотона, испускаемого таким же возбужденным атомом в направлении а) противоположно направлению движения атома (v`); б) перпендикулярно направлению движения атома (v")?
24892. Во сколько раз энергия одного фотона видимого света с Л=500 нм превосходит кинетическую энергию поступательного движения молекулы водорода при комнатной температуре?
24893. Мощность падающего на единицу поверхности Земли солнечного излучения составляет N=1400 Вт/м . Считая, что средняя энергия фотона составляет е=2 эВ (что соответствует длине волны порядка 600 нм), оцените число n фотонов, приходящих за 1 с на каждый квадратный сантиметр земной поверхности.
24894. В импульсе света рубинового лазера, длящегося в течение т=1,5 нс, средняя мощность составляет Р=10 МВт. а) Какова полная энергия импульса? б) Сколько фотонов излучается в течение одного импульса? Длина волны излучения составляет Л=694,3 нм.
24895. Используя соотношение неопределенностей dE·dt~h/2pi , получите соотношение, связывающее неопределенность dN числа фотонов в потоке лазерного излучения с неопределенностью dф фазы этого излучения.
24896. Найдите уравнение адиабатического процесса, производимого с равновесным излучением.
24897. Найдите энтропию и теплоемкость черного излучения.
24898. Какова будет установившаяся температура Т черной пластины, которая, находясь в вакууме, помещена перпендикулярно солнечным лучам?
24899. Может ли радиационная температура тела, т.е. температура черного тела, полная излучательная способность которого равна излучательной способности данного тела, быть больше температуры тела? (Черное тело — тело, поглощающее все падающее на него излучение).
24900. Плотность лития р=0,534 г/см3. Каково значение энергии Ферми Ef этого одновалентного металла? Граничный импульс Ферми связан с концентрацией n свободных электронов соотношением Pf=(h/2pi)·(3pi2·n)1/3, а молярная масса лития М —=6,94 г/моль.
24901. Ширина запрещенной зоны между зоной проводимости и валентной зоной в кремнии при комнатной температуре составляет dЕ=1,14 эВ. Какова максимальная длина волны фотона Л, способного вызвать переход электрона из валентной зоны в зону проводимости?
24902. Дайте качественную оценку температуры вырождения T0 идеального ферми-газа, связав ее с концентрацией частиц n и массой одной частицы, равной m.
24903. От чего зависит число электронов N, находящихся внутри сферы с радиусом, равным дебаевскому радиусу экранирования кулоновского взаимодействия в случае классической плазмы?