Молекулярная физика. Тепловые явления 

Решебник к сборнику задач по физике Н. А. Парфентьева

286. Относительная молекулярная масса кислорода равна 32. Отношение масс диоксида углерода С02 и кислорода 02 одинаковых объемов при нормальных условиях (температура 0 С° и давление 1,013 • 105 Па) составляет 11/8. Определите относительную молекулярную массу диоксида углерода.

289. Кольцо массой 10 г изготовлено из сплава золота и серебра. Сколько атомов золота и серебра содержится в этом кольце, если серебра в нем по массе в 4 раза больше, чем золота?


290. Плотность 40%-ного водного раствора соляной кис-лоты 1200 кг/м3. Определите концентрацию молекул НС1 в этом растворе.

294. Спутник сечением 1 м2 движется по околоземной орбите на высоте 200 км. Определите число соударений молекул воздуха со спутником за 1 с. Атмосферное давление на этой высоте 1,37 • 104 Па, а температура 1226 К.

301. Предельное давление газа в неоновой лампе равно 1,5 • 105 Па. Плотность неона в лампе равна 0,9 кг/м3. Определите среднюю квадратичную скорость молекул неона при этом давлении.

304. Молекула массой 10 24 кг движется со средней квадратичной скоростью 400 м/с. Определите изменение концентрации молекул при изменении давления от 105 до 4 • 104 Па.

312. В сосуде находится газ. Как изменится его давление и температура, если средняя скорость молекул увеличится на 30% ?

322. Скорость вращения цилиндров в опыте Штерна 20 рад/с. Расстояние между внутренним и внешним цилиндрами 10 см. Определите смещение полоски серебра при скорости атомов 300 м/с. Радиус внешнего цилиндра 63 см.

329. Азот массой 42 г находится под давлением 2 • 105 Па при температуре 17 °С. После изобарного расширения азот занял объем 40 л. Определите первоначальный объем азота и его конечную температуру.

332. При изотермическом процессе плотность газа изменилась на 0,2 кг/м3, а давление увеличилось на 0,4 атм. Первоначальное давление было равно 1 атм. Вычислите плотность газа в начале процесса.

333. По газопроводу с площадью сечения трубы 5 см2 пропускают углекислый газ со скоростью 0,9 м/с. Определите температуру газа, если его давление 4 атм, а за 10 мин по газопроводу проходит газ массой 2 кг.

337. В цилиндре на пружине подвешен поршень массой 20 кг и площадью поперечного сечения 200 см2. В положении равновесия поршень находится у дна сосуда.
Под поршень закачивают воздух массой  29 г, при этом поршень поднимается на высоту 15 см. Определите жесткость пружины. Эффективная молярная масса воздуха 0,029 кг/моль, температура воздуха 17 °С.

339. Закрытый сосуд заполнен газом при температуре 300 К и давлении 150 кПа. Сосуд снабжен клапаном, открывающимся при давлении 200 кПа. Сосуд нагрели до 600 К. При этом из него вышел газ массой 10 г. Определите массу газа в сосуде до его нагрева.

347. Цилиндрический стакан высотой 10 см, в который налита вода до уровня 6 см, плавает на поверхности воды, причем его края находятся на уровне воды (рис. 78). Из стакана выливают воду и опускают его в сосуд вверх дном, при этом стакан плавает на некоторой глубине. На какой глубине находится дно стакана?

350. Газ перешел из состояния 1 в состояние 2 (рис. 79). Как изменилось давление газа?

361. Давление воздуха внутри бутылки, закрытой пробкой, равно 0,1 МПа при температуре 7 °С. На сколько градусов нужно нагреть воздух в бутылке, чтобы пробка вылетела? Без нагревания пробку можно вынуть, приложив к ней силу 30 Н. Площадь сечения пробки 2 см2.

363. В пятилитровый сосуд, стенки которого рассчитаны на давление 2 МПа, закачали кислород массой 70 г. Выдержат ли стенки, если температура кислорода  300 °с?

372. На рисунке 85 на графике в координатах V — Т показан цикл, совершаемый над идеальным газом. Изобразите этот цикл на графиках в координатах р — V и р — 71.

377. В комнате объемом 200 м3 при температуре 20 °С относительная влажность 50%. Определите массу водяных паров в комнате. Давление насыщенных паров при этой температуре 2,33 кПа.

378. Относительная влажность воздуха при температуре 20 °С равна 70%. Чему будет равна относительная влажность, если воздух нагреть в закрытом помещении до 50 °С? При 20 °С давление насыщенных паров воды 2,33 кПа, при 50 °С давление 12,3 кПа. Чему будет равна относительная влажность, если воздух охладить до 10 °С?

387. Температура воздуха 20 °С, относительная влажность 80%. Определите массу росы, которая выпадет из 1 м3 при понижении температуры воздуха до 12 °С.

398. Определите работу, совершенную идеальным газом количеством вещества 1 моль при переходе из состояния 1 в состояние 4 (рис. 88). Температура в состоянии 1 равна Тг. Отношение р2/рх — 2.

402. На рисунке 90 в координатах р — V изображен цикл, состоящий из двух изохор и двух изобар. Температуры газа в состояниях 1 и 3 равны Тг и Т3. Точки 2 и 4 принадлежат одной изотерме. Определите работу газа за цикл.

409. Два одинаковых железных шарика движутся навстречу друг другу со скоростями 10 и 20 м/с. На сколько повысится температура шариков вследствие неупругого центрального удара, если на нагревание идет половина выделившейся при ударе энергии?

410. Определите массу пара при 100 °С, который надо впустить в сосуд с водой массой 1 кг, находящейся при температуре 20 °С, чтобы температура воды стала равна 80 °С.

419. На кусок льда массой 100 г, находящийся в калориметре при температуре -2 °С, положили железный шарик массой 130 г при температуре 800 °С. Определите температуру, которая установится в калориметре. Удельная теплоемкость железа и льда соответственно равна 450 и 2,1 • 103 Дж/(кг • К).


420. К чайнику с кипящей водой подводится ежесекундно энергия, равная 1,13 кДж. Определите скорость истечения пара из носика чайника, площадь поперечного сечения которого равна 1 см2. Плотность водяного пара 1 кг/м3.


421. На зажженную спиртовку поставили сосуд, в который налита вода массой 500 г при температуре 20 °С. Через какое время выкипит часть воды массой 20 г, если в спиртовке за время 1 мин сгорает 4 г спирта, а КПД спиртовки 60% ? Теплотворная способность спирта 2,93 • 107Дж/кг.

432. Газ переводят из состояния 1 в состояние 2, для чего используют изохорный и изобарный процессы (рис. 93). При этом V2 = 2V19 р2 = 2рг. Определите отношение количеств теплоты, необходимой для совершения перехода из состояния 1 в состояние 2 в одном случае через состояние 3, в другом — через состояние 4. Газ одноатомный.

439. На рисунке 98 изображен график цикла, состоящего из изохоры 1—2, изотермы 2—3 и изобары 3—1. В качестве рабочего вещества используется одно-атомный газ количеством вещества 4 моль. Определите КПД цикла, если известно, что рх = 1 атм, Vx = 1 л, а при изотермическом процессе газ совершает работу 330 Дж.

442. Идеальная тепловая машина имеет температуру нагревателя 400 К, а температуру холодильника 300 К. Определите, какую мощность развивает эта машина, если расход топлива 1(Г3 кг/с, его удельная теплота сгорания 4 • 107 Дж/кг.