Upload
others
View
22
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
Міністерство освіти і науки України
Національний університет водного господарства
та природокористування
Кафедра хімії та фізики
05-06-36
Методичні вказівки
до виконання практичних і самостійних робіт
із навчальної дисципліни laquoФізикаraquo
розділ laquoМОЛЕКУЛЯРНА ФІЗИКА ТА
ТЕРМОДИНАМІКАraquo
для студентів інженерно-технічних напрямів підготовки
денної заочної та дистанційної форми навчання
Рекомендовано
науково-методичною
радою НУВГП
протокол від 2014 р
РІВНЕ ndash 2014
2
Методичні вказівки до виконання практичних і самостійних робіт
із навчальної дисципліни laquoФізикаraquo розділ ldquoМОЛЕКУЛЯРНА
ФІЗИКА ТА ТЕРМОДИНАМІКАrdquo для студентів інженерно-
технічних напрямів підготовки денної заочної та дистанційної
форми навчання ВФ Орленко ВІ Гаращенко ЛВ Соляк
ОД Кочергіна ОВ Гаращенко Рівне НУВГП 2014 ndash 43 с
Упорядники
Орленко ВФ канд фіз-мат наук доцент кафедри хімії та фізики
Гаращенко ВІ канд техн наук доцент кафедри хімії та фізики
Соляк ЛВ асистент кафедри хімії та фізики
Кочергіна ОД асистент кафедри хімії та фізики
Гаращенко ОВ асистент кафедри хімії та фізики
Відповідальний за випуск
Гаращенко ВІ канд техн наук доцент кафедри хімії та фізики
copy Орленко ВФГаращенко ВІ
Соляк ЛВ Кочергіна ОД
Гаращенко ОВ 2014
copy НУВГП 2014
3
ЗМІСТ
Розділ 2 Молекулярна фізика і термодинаміка ----------------- 4
1 Основні закони та співвідношення ------------------------------- 4
2 Приклади розвrsquoязування задач ------------------------------------ 8
3 Задачі для самостійного розвrsquoязування ------------------------ 26
31 Молекулярна фізика ----------------------------------------------- 26
32 Термодинаміка Реальні гази ----------------------------------- 32
Таблиця для самостійної роботи ------------------------------------ 38
Задачі для усного розвrsquoязування ------------------------------------ 38
4 Довідкові дані ---------------------------------------------------------- 40
5Література --------------------------------------------------------------- 45 ПЕРЕДМОВА
Мета практичних занять з фізики ndash закріпити знання теоретичного
матеріалу шляхом вироблення вмінь та навичок його застосування до
розвrsquoязування задач Історично сформувався певний алгоритм цього
процесу
1 Перш за все потрібно зrsquoясувати до якого розділу відноситься дана
задача і ознайомитись з теорією цього розділу
2 Умову задачі слід записати словесно і скорочено у
загальноприйнятих символічних позначеннях (див Приклади
розвrsquoязування задач)
3 Дані задачі та необхідні константи перевести до однієї системи
одиниць (загальноприйнятою зараз є міжнародна система одиниць СІ)
4 Зробити малюнок до задачі або зобразити процес графічно (за
винятком окремих очевидних випадків) малюнок допомагає збагнути
зміст задачі і часто підказує ідею її розвrsquoязання
5 Розвrsquoязати задачу у загальному вигляді і отримати робочу
формулу шуканої величини Розвrsquoязання супроводжувати короткими
поясненнями які розкривають логіку міркувань
6 Підставити у робочу формулу дані задачі та константи і
обрахувати числове значення шуканої величини вказавши її одиницю
Точність обчислень не повинна перевищувати точність заданих
величин
7 Переконатись у laquoрозумностіraquo одержаного результату як з точки
зору його розмірності так і з точки зору відповідності до загальних
законів природи
4
Розділ 2 Молекулярна фізика і термодинаміка 1 Основні закони та співвідношення
bull Кількість речовини AN
Nm==
microν
де m ndash маса речовини micro ndash молярна маса N ndash число молекул NA ndash стала
Авогадро
bull Звязок молярної маси micro з масою однієї молекули 0т
ANm0=micro
bull Рівняння стану ідеального газу (рівняння Клапейрона)
для даної маси газу const=T
pV
де p ndash тиск T ndash абсолютна температура V ndash обrsquoєм газу
При ізопроцесах рівняння стану ідеального газу
constpVconstT == ndash рівняння ізотерми (закон Бойля-Маріотта)
constT
Vconstp == ndash рівняння ізобари (закон Гей-Люссака)
constT
pconstV == ndash рівняння ізохори (закон Шарля)
bull Рівняння Менделєєва-Клапейрона
RTpV ν=
де R-універсальна газова стала
bull Звязок тиску з концентрацією молекул газу
nkTp =
де VNn = ndash концентрація ANRk = ndash стала Больцмана
bull Густина газу nmRT
psdot=
sdot= 0
microρ
bull Закон Дальтона sum=i
ipp
де p ndash тиск суміші газів ip ndash парціальний тиск і-ї компоненти газової
суміші
bull Молярна маса суміші газів
sum=
i i
i
cc m
m
micro
micro
де cm ndash маса суміші im та imicro ndash маса і молярна маса і-тої компоненти
5
bull Основне рівняння молекулярно-кінетичної теорії (мкт)
ідеального газу
( )1
3
2кnЕp =
де ( )1кЕ ndash середня кінетична енергія поступального руху однієї
молекули
( )kT
mЕ квк
2
3
2
201 ==υ
де квυ ndash середня квадратична швидкість молекул
microυ
RTкв
3=
bull Інша форма запису основного рівняння мкт газів
кEpV3
2=
де кE ndash кінетична енергія поступального руху всіх молекул газу
bull Середня арифметична швидкість хаотичного теплового руху
молекул πmicro
υRT8
=
bull Найімовірніша швидкість молекул
micro
υRT
ім2
=
bull Звязок між швидкостями імкв υυυ
імкв υυ sdot= 211 імυυ sdot= 131
bull Робота розширення (стискання) газу
int=2
1
V
V
pdVA
де 1V та 2V ndash початковий і кінцевий обrsquoєми газу
bull Робота при ізопроцесах
ізотермічний процес 1
2lnV
VTRA ν= або
2
1lnp
pTRA ν=
ізобарний процес ( ) VpVVpA ∆equivminus= 12 або TRA ∆=ν
ізохорний процес 0=A
6
bull Число ступенів вільності молекул
3=i для одноатомних молекул
5=i для двоатомних молекул
6=i для три і багато атомних молекул
bull Середня кінетична енергія молекули
( )kT
iEк
2
1 =
де і- число ступенів вільності молекули
bull Внутрішня енергія ідеального газу
RTi
U2
ν=
bull Перше начало (закон) термодинаміки (інтегральна форма)
UAQ ∆+=
де Q ndash кількість наданої системі теплоти A ndash робота системи проти
зовнішніх сил U∆ ndash приріст внутрішньої енергії системи
bull Диференціальна форма запису першого закону
термодинаміки
dUAQ += δδ
bull Звязок молярної теплоємності ( )C з питомою
теплоємністю (с) речовини
microsdot= cC
bull Молярна теплоємність ідеального газу при сталому обrsquoємі
Ri
CV2
=
bull Молярна теплоємність ідеального газу при сталому тиску
Rі
С р2
2+=
bull Рівняння Майєра
RCC Vp +=
bull Рівняння адіабати ідеального газу
const=γPV або const1 =minusγ
TV або const1 =minusγγPT
де γ - показник адіабати (коефіцієнт Пуассона)
7
i
i
C
C
V
p 2+==γ
bull Робота газу при адіабатному процесі
TCUA V ∆sdotminus=∆minus= ν
bull Коефіцієнт корисної дії теплової машини
1Q
A=η
де A ndash робота виконана робочим тілом за цикл 21 QQA minus= 1Q
ndash кількість теплоти одержаної тілом за цикл від нагрівника 2Q ndash
кількість теплоти відданої тілом за цикл холодильнику
bull Коефіцієнт корисної дії циклу Карно
1
21
T
TT minus=η
де 1T ndash температура нагрівника 2T ndash температура холодильника
bull Приріст ентропії у випадку оборотного термодинамічного
процесу
int=minus=∆B
A
ABT
QSSS
δ
де SA та SB ndash значення ентропії що відповідає початковому і кінцевому
стану системи Qδ ndash елементарна кількість теплоти T
Qδ ndashзведена
теплота
bull Середня довжина вільного пробігу молекули
nz 2
2
1
σπ
υλ == υσπ nz
22=
де υ ndash середня арифметична швидкість теплового руху частинки
z ndash середнє число зіткнень за одиницю часу σ ndash ефективний діаметр
молекули n- концентрація молекул
bull Характеристики речовини у процесах перенесення
коефіцієнт дифузії λυ3
1=D
коефіцієнт внутрішнього тертя (динамічна вrsquoязкість)
8
λυρη3
1=
коефіцієнт теплопровідності λυρκ Vc3
1=
де ρ ndash густина Vс - питома теплоємність газу при сталому обrsquoємі
bull Звязок критичних параметрів речовини з поправками Ван-
дер-Ваальса laquoаraquo та laquobraquo
критичний тиск 227b
apкр =
молярний критичний обrsquoєм bV кр 3=micro
критична температура bR
aTкр
27
8=
bull Нормальні умови
KT 2730 = атмртстммПаp 176010011 50 ==sdot=
2 Приклади розвrsquoязування задач
Приклад 1 Скільки молекул є в 1 м3 води Яка маса молекули
води Вважаючи що молекули мають форму кульок що дотикаються
між собою знайти діаметр молекули
Розвrsquoязання
Використаємо формулу для розрахунку кількості
речовини (через масу і через число молекул)
AN
Nm=
micro
micro ndash молярна маса AN ndash стала Авогадро Число
молекул micro
AmNN =
Розділимо тепер праву і ліву частину одержаної рівності на
обrsquoєм ( )V і врахуємо що nVN = а ρ=Vm ndash густина Отримаємо
шукану концентрацію молекул micro
ρ ANn =
Дано
OH2
V=1 м3
кульки
n 0m d
9
З таблиць 3310001 мкгsdot=ρ 12310026 minussdot= мольN A
молькг31018 minussdot=micro Тому
328
3
233
103431018
1002610001 minusminus
sdot=sdot
sdotsdotsdot= мn
Масу однієї молекули можна розрахувати використовуючи
співвідношення ANm0=micro
ANm
micro=0
кгm26
23
3
0 1099210026
1018 minusminus
sdot=sdot
sdot=
Нехай на ділянці довжиною 1 м тісно вкладається ряд із z молекул
Тоді в обrsquoємі 1 м3 будуть розміщені 3
z молекул тобто 2810343 sdot
молекули (див вище розраховану концентрацію) Тому
193 28 1022310343 minussdot=sdot= мz
Відповідно діаметр однієї молекули z
d1
=
тобто мd10
910113
10223
1 minussdot=sdot
=
Відповідь 32810343 minussdot= мn кгm26
0 10992 minussdot= мd1010113 minussdot=
Приклад 2 Чому дорівнює густина повітря в посудині якщо вона
відкачана до найвищого розрідження якого можна досягнути
сучасними лабораторними методами 10 11 стртммр minus=
Температура повітря 15ordmС
Розвrsquoязання
Рівняння стану ідеального газу
(Менделєєва-Клапейрона)
RTpV ν=
де micro
νт
= - кількість молей повітря в
посудині
Дано
Па
стртммр
11
11
103133
10
minus
minus
sdot=
==
КTCt 28815 =rArrdeg=
молькгпов
31029 minussdot=micro
КмольДжR sdot= 318
minusρ
10
Домножимо рівняння стану на V
1
Отримаємо для тиску micro
ρRTр =
звідки RT
рmicroρ =
314311
1061288318
1029103133мкгminus
minusminus
sdot=sdot
sdotsdotsdot=ρ
Відповідь 3141061 мкгminussdot=ρ
Приклад 3 Скільки молекул повітря виходить з кімнати обrsquoємом 3120 мV = при підвищенні температури від Ct deg= 151 до Ct deg= 252
Атмосферний тиск нормальний Пар 510011 sdot=
Розвrsquoязання
Вважаємо газ ідеальним Рівняння
Менделєєва-Клапейрона для двох станів
матиме вигляд
=
=
22
11
RTm
pV
RTm
pV
micro
micro
Для кількості молей повітря у двох станах
micro1m
та micro
2m будемо відповідно мати
=
=
2
2
1
1
RT
pVm
RT
pVm
micro
micro
Віднімемо від першого рівняння друге
Тоді кількість молекул AA NTTR
pVN
mmN sdot
minus=sdot
minus=
21
21 11
micromicro
Дано 3120мV =
КTCt 288151 =rArrdeg=
КTCt 298252 =rArrdeg=
молькгпов31029 minussdot=micro
КмольДжR sdot= 318
12310026 minussdot= мольNA
Пар 510011 sdot=
minusN
11
Після перетворення маємо ( )
21
12
TRT
TTpVNN A minus
=
( ) 26235
10298288318
2882981002612010011asymp
sdotsdot
minussdotsdotsdotsdot=N молекул
Відповідь з кімнати вийшло N=1026
молекул
Приклад 4 В балоні обrsquoємом лV 10= знаходиться гелій під
тиском МПаp 011 = при температурі Ct deg= 271 Після того як з
балона було взято гm 10=∆ гелію температура в балоні зменшилася
до Cto172 = Визначити тиск 2p гелію що залишився
Розвrsquoязання
Застосуємо рівняння Менделєєва-Клапейрона до
початкового і кінцевого станів газу
11
1 RTm
Vpmicro
= 22
2 RTm
Vpmicro
=
де 1m та 2m ndash маси газу в обох станах micro ndash молярна
маса Т ndash абсолютна температура R ndash універсальна
газова стала З цих рівнянь маємо
1
11
RT
Vpm
micro=
2
22
RT
Vpm
micro= або
2
2
1
121
RT
Vp
RT
Vpmm
micromicrominus=minus За умовою задачі mmm ∆=minus 21
тому
∆minus=
V
Rm
T
pTp
micro1
122
KT 3001 = KT 2902 = Паp6
1 1001 sdot= кгm21001 minussdot=∆
КмольДжR sdot= 318 молькг31004 minussdot=micro 321001 мVminussdot=
Паp5
23
26
2 106310011004
3181001
300
1001290 sdot=
sdotsdotsdot
sdotsdotminus
sdot=
minusminus
minus
Відповідь p2= Па51063 sdot
Дано
лV 10= He
МПаp 011 =
Ct deg= 271 гm 10=∆
Ct deg=172 2p
12
Приклад 5 Якою має бути кінетична енергія поступального руху
двох кіломолів кисню щоб його молекули могли покинути Землю
Яка при цьому має бути температура Знайти тиск газу за цих умов
якщо його обrsquoєм 10 м3 Газ вважати ідеальним
Розвrsquoязання
Молекула газу може покинути Землю якщо її
швидкість 2υυ ge 2υ ndash друга космічна швидкість
Отже має виконуватися нерівність
( )2
2201 υm
Ек ge (1)
а для заданої кількості газу кінетична енергія
поступального руху молекул 2
22υm
Eк ge
де ( )1кE ndash кінетична енергія поступального руху однієї молекули 0m
ndash маса однієї молекули m ndash маса всього газу Масу газу виразимо
через кількість речовини νmicro=m
Мінімальна кінетична енергія 2
2
2υνmicro=кE
молькг31032 minussdot=micro моль3102 sdot=ν см32 10211 sdot=υ
( )ДжEк
9
2333
10042
102111021032sdot=
sdotsdotsdotsdotsdot=
minus
Температуру газу знайдемо підставивши в (1) вираз ( )kTЕк
2
31 = і
застосувавши звязок молярної маси з масою однієї молекули
ANm0=micro та означення сталої Больцмана AN
Rk = R ndash універсальна
газова стала AN ndash стала Авогадро
Маємо 22
3 22υmicro
ANkT = або
RT
3
22microυ
=
( )КT
5
233
106113183
102111032sdot=
sdot
sdotsdot=
minus
Тиск розрахуємо виходячи з основного рівняння мкт газів
Дано 310мV =
2О кмоль2=ν
2υυ ge
Ек р Т
13
кEpV3
2=
V
Ep к
3
2=
Паp8
9
1072103
10042sdot=
sdot
sdotsdot=
Відповідь ДжEк91004 sdot= КT
510611 sdot= Пар 81072 sdot=
Приклад 6 Визначити густину суміші що містить гm 41 = водню
та гm 322 = кисню при температурі КT 280= і тиску кПаp 93=
Який обrsquoєм займає газ
Розвrsquoязання
Густина газу RT
pcmicroρ =
де cmicro ndash молярна маса R ndash універсальна газова
стала
Молярна маса суміші
sum=
i i
i
cc m
m
micro
micro
де cm ndash маса суміші ( )21 mmmc += im та imicro ndash маса і молярна
маса і-тої компоненти Тепер густина суміші
( )TRmm
pmm 1
2
2
1
1
21
micromicro
ρ+
+=
кгm3
1 104 minussdot= кгm3
2 1032 minussdot= молькг31 102 minussdot=micro
молькг32 1032 minussdot=micro Паp
41039 sdot=
( ) 3
3
3
3
3
433
480280318
1
1032
1032
102
104
10391032104мкг=
sdot
sdot
sdot+
sdot
sdot
sdotsdotsdot+sdot=
minus
minus
minus
minus
minusminus
ρ
Обrsquoєм газу знайдемо виходячи з означення густини
( )ρρ 21 mmmV c +==
( ) 333 01704801032104 мV =sdotsdot+sdot= minusminus
Відповідь 3480 мкг=ρ 30170 мV =
Дано
( )21 H4 гm =
( )22 32 Oгm =
КT 280=
кПаp 93=
ρ V
14
Приклад 7 Знайти середню довжину вільного пробігу молекул
водню при тиску 133 мПа якщо середня арифметична швидкість
молекул υ =103middot103
см
Розвrsquoязання
Середня довжина вільного пробігу
молекул знаходиться за формулою
n2
2
1
πσλ =
З рівняння стану ідеального газуkT
pn =
де AN
Rk = ndash стала Больцмана
Отже p
Тk22πσ
λsdot
=
(1)
де Т ndash температура k ndash стала Больцмана σ - ефективний діаметр
молекули Для знаходження температури врахуємо що середня
арифметична швидкість руху молекул microπ
υRT8
=
Температура R
T8
2υπmicro=
Підставляючи у формулу (1) вираз для температури отримаємо
pNpR
k
A2
2
2
2
2828 σ
υmicro
σ
υmicroλ ==
( )( )
2
21023
233
104413301032100264118
10031102 minus
minus
minus
sdot=sdotsdotsdotsdotsdotsdot
sdotsdotsdot=λ м
Відповідь =λ 44middot10ndash2
м
Приклад 8 Розрахувати молярну теплоємність ідеального газу за
умови що тиск прямо пропорційний до обrsquoєму
Дано
micro = 2middot10ndash3
молькг
р = 133 мПа = 0133
Па
σ = 23middot10ndash10
м
υ = 103middot103 см
NA =602middot1023
мольndash1
КмольДжR sdot= 318
λ
Дано
Vp ~
15
Розвrsquoязання
За означенням dT
QC
ν
δ=
де Qδ ndash елементарна кількість теплоти dT ndash елементарний приріст
температури ν ndash кількість речовини
Перше начало термодинаміки
dUAQ += δδ
де Aδ ndash елементарна робота газу проти зовнішніх сил
dU - елементарний приріст внутрішньої енергії системи
dTRi
dU2
ν=
де i ndash число ступенів вільності молекул R ndash універсальна газова
стала
pdVA =δ
За умовою задачі Vp α= де α ndash деяка стала величина Тиск
запишемо виходячи з рівняння Менделєєва-Клапейрона
V
RTp
ν=
Прирівняємо праві частини останніх двох рівнянь
RTV να =2
і продиференціюємо цю рівність
RdTVdV να =2 або RdTpdV ν=2
Тепер уже можна записати вираз для елементарної роботи
RdTA νδ2
1=
і розрахувати теплоємність
VCRiRR
dT
RdTi
RdT
C +=+=+
=222
22
1
ν
νν
де VC ndash молярна теплоємність при сталому обrsquoємі
Відповідь 2
RCC V +=
C
16
Приклад 9 В циліндрі під поршнем котрий може вільно
переміщуватися знаходиться 10г азоту Яка кількість теплоти 1Q
необхідна для нагрівання азоту від температури KT 2831 = до
температури KT 2982 = Порівняйте цю теплоту з необхідною
теплотою 2Q для нагрівання такої ж кількості газу в тому ж
температурному інтервалі при постійному обrsquoємі а також визначте
зміну внутрішньої енергії і роботу розширення
Розвrsquoязання
Будемо вважати що газ ідеальний У першому
випадку маємо справу з ізобарним процесом тому
TCm
Q p∆=micro
1
де micro ndash молярна маса pC - молярна теплоємність
при сталому тиску 12 TTT minus=∆
У процесі ізохорного нагрівання (другий
випадок)
TCm
Q V ∆=micro
2
Молярні теплоємності
Ri
CV2
= Ri
RCC Vp2
2+=+=
тому
i
i
C
C
V
p 2+=
i
i
Q
Q 2
2
1 +=
Зміну внутрішньої енергії розраховують за формулою
TRim
U ∆=∆2micro
а роботу розширення газу ndash на основі першого закону термодинаміки
( ) Ui
TTRm
TRim
TRim
UQA ∆=minus=∆minus∆+
=∆minus=2
22
2121
micromicromicro
або безпосередньо за формулою
TRm
A ∆=micro
Дано
гm 10=
N2
KT 2831 =
KT 2982 =
а) const=p
б) const=V
2
1
Q
Q U∆ A
17
кгm31010 minussdot= 5=i (двоатомний газ) молькг31028 minussdot=micro
КмольДжR sdot= 318
415
25
2
1 =+
=Q
Q ( ) ДжU 111283298318
2
5
1028
1010
3
3
=minussdotsdot
sdot=∆
minus
minus
ДжА 4441115
2=sdot=
Відповідь 4121 =QQ ДжU 111=∆ ДжА 444=
Приклад 10 В калориметр з водою з загальною
теплоємністю С=1670 ДжК при температурі Ct deg= 201 поклали
гm 1001 = льоду температура якого Ct degminus= 82 Яка встановиться
температура Питома теплота плавлення льоду кгДж 10353 5sdot=λ
питома теплоємність льоду КкгДжс sdotsdot= 31012
Розвrsquoязання В задачах про лід потрібно спочатку
зrsquoясувати чи розтане весь лід якщо про
це не сказано в умові Коли в
калориметр кинули лід вода в ньому
почала охолоджуватися Теплота яка
виділиться при охолодженні
калориметра
( )011 ttCQ minus=
де Ct deg= 00 - температура кристалізації
води або плавлення льоду
Теплота необхідна для нагрівання льоду
до температури плавлення Ct deg= 00
( )202 ttтсQ minus=
Теплотанеобхідна для плавлення льоду
mQ λ=3
Підставимо числові значення ( ) ДжQ 3340002016701 =minus=
( )( ) ДжQ 168080101012 32 =minusminussdotsdotsdot=
ДжQ 33000101033 53 =sdotsdot=
Дано
КДжС 1670=
Ct deg= 201
Сt degminus= 82
кггт 101001 ==
кгДж51033 sdot=λ
КкгДжс sdotsdot= 31012
Ct deg= 00
minust
18
Проаналізуємо отримані результати 21 QQ gt - це означає що лід
нагріється до Cdeg0 але 321 QQQ +lt (33400lt34680 Дж) - це означає
що не весь лід розтане Тому кінцева температура буде
Cdeg0
Відповідь t= Cdeg0
Приклад 11 Треба стиснути повітря від обrsquoєму 32101 мminussdot до
обrsquoєму 33102 мminussdot Як вигідніше його стискувати адіабатно чи
ізотермічно
Розвrsquoязання
Порівняємо роботу при заданих процесах У
випадку адіабатного процесу
TRi
Аад ∆minus=2
ν
де ν ndash кількість речовини i ndash число ступенів
вільності молекули R ndash універсальна газова стала
T∆ ndash приріст температури ( )12 TTT minus=∆
Скористаємося рівнянням Пуассона
const1 =minusγTV
і виразимо зміну температури через зміну обrsquoєму 1
221
11minusminus = γγ
VTVT
або
1
2
112
minus
=
γ
V
VTT або
minus
=∆
minus
1
1
2
11
γ
V
VTT
Врахуємо що показник адіабати i
i 2+=γ
тобто i21 =minusγ Тоді
minus
minus=
minus1
2
11 11
γ
γ
ν
V
VRTАад
У випадку ізотермічного процесу 1
21 ln
V
VRTАіз ν=
Дано 32
1 101 мVminussdot=
332 102 мV
minussdot=
із
ад
А
А
19
Тепер
1
2
1
2
1
ln
1
1
1
V
V
V
V
А
А
із
ад
minus
minus
minus=
γ
γ
Підставимо числові значення для повітря 41=γ
41
101
102ln
102
1011
141
1
3
2
141
3
2
=
sdot
sdot
sdot
sdotminus
minus=
minus
minus
minus
minus
minus
із
ад
А
А
Відповідь вигідніше стискувати ізотермічно
Приклад 12 В циліндрі під поршнем знаходиться водень масою
002 кг при температурі 300 К Водень спочатку розширився
адіабатно збільшивши свій обrsquoєм у 5 разів а потім був стиснутий
ізотермічно до попереднього обrsquoєму Знайти температуру в кінці
адіабатного процесу і роботу виконану газом під час цих процесів
Зобразити процеси графічно
Розвrsquoязання
Температура і обrsquoєм газу в адіабатному
процесі повrsquoязані рівнянням адіабати 1
2
1
1
2
minus
=
γ
V
V
Т
Т (1)
де i
i 2+=γ ndash показник адіабати
Для водню показник адіабати дорівнює
415
25=
+=γ
Згідно формули (1) γminus
=
1
1
212
V
VТТ
Роботу в адіабатному та ізотермічному
процесах знайдемо скориставшись відповідними формулами
Дано
М = 002 кг
micro = 2middot10ndash3
молькг
і = 5
V2 = 5V1
V3 = V1
Т1 = 300 К
КмольДжR sdot= 318
Т2 А1ndash2 А2ndash3
р
V V1 V2
1
Адіабата
Ізотерма 2
3
20
( ) ( )22
211221 ТТRіM
ТТRіM
А minussdot=minussdotminus=minusmicromicro
2
12
2
3232 lnln
V
VRT
M
V
VRT
MА
micromicro==minus
1585300 402 =sdot= minusТ К
4
321 10982)157300(3182
5
102
020sdot=minussdotsdotsdot
sdot=
minusminusА Дж
4
332 10125
1ln157318
102
020sdotminus=sdotsdot
sdot=
minusminusА Дж
Відповідь Т = 158 К А1-2 = 298middot104 Дж А2-3 = ndash21middot10
4 Дж Графік
процесів показано на малюнку
Приклад 13 Нагрівник теплової машини що працює за циклом
Карно має температуру Ct deg= 2001 Визначити температуру 2T
холодильника якщо при надходженні від нагрівника кількості
теплоти ДжQ 011 = машина виконує роботу ДжA 400=
Розвrsquoязання
За означенням ККД теплової машини
1Q
A=η
а для циклу Карно 1
21
T
TT minus=η
Прирівнявши праві частини виписаних співвідношень
Маємо 1
21
1 T
TT
Q
A minus=
Звідки
minus=
112 1
Q
ATT
Підставимо числові значення KT 4731 =
КT 28001
40014732 =
minus=
Дано
Ct deg= 2001 ДжQ 011 =
ДжA 400=
2T
21
Відповідь KT 2802 =
Приклад 14 Знайти витрату бензину автомобіля на S=1 км шляху
при швидкості годкм 60=υ Потужність двигуна 17 кВт ККД
двигуна 30=η питома теплота згоряння бензину q=45middot106 Джкг
Розвrsquoязання
При згорянні палива виділяється теплота
mqQ sdot=
ККД двигуна Q
Aкор=η Отже
qmQAкор ηη == З другої сторони з
врахуванням потужності υ
SNtNА sdot=sdot=
Прирівнявши ці два вирази отримаємо
q
NSm
ηυ=
Підставимо числові значення
кгт 08045middot1071630
1010176
33
asympsdotsdot
sdotsdot=
Відповідь m = 008 кг
Приклад 15 Ідеальний двоатомний газ здійснює цикл який
складається з двох ізотерм і двох ізохор При цьому найбільша
температура газу 500 К найменша ndash 300 К найбільший обrsquoєм 12 л
найменший ndash 3 л Знайти ККД циклу
Розвrsquoязання
Дано
мкмS3101 ==
смгодкм 71660 ==υ
ВтN31017 sdot=
3030 == ηη
кгДжq 1045 6sdot=
minusт
Дано
5=і
КТ 5001 =
КТ 3002 =
22
p 1
4
T1
T2
2
3
V1 V2 V
ККД циклу Q
А=η
де A - робота виконана газом Q - теплота
отримана газом Розглянемо ізопроцеси При
ізотермічних процесах 0=∆U оскільки
температура не змінюється З першого закону
термодинаміки ( AUQ +∆= ) випливає що в
цьому випадку вся отримана газом теплота
йде на виконання роботи AQ =
Для процесу 1rarr2 маємо
01
211121
2
1
2
1
gt==== intintrarrV
VnRT
m
V
dVRT
mpdVAQ
V
V
V
V
lmicromicro
де тиск V
RTт
р1
1 sdot=micro
Для процесу 3rarr4 маємо
01
222243
2
1
1
2
ltminus=minus=== intintrarrV
VnRT
m
V
dVRT
mpdVAQ
V
V
V
V
lmicromicro
- газ віддає
теплоту
Для ізохорних процесів обrsquoєм не змінюється тому 0=А З першого
закону термодинаміки TRmi
UQ ∆=∆=micro2
Для процесу 2rarr3 маємо
( ) ( ) 022
211232 ltminusminus=minus=rarr TTRmi
TTRmi
Qmicromicro
- газ віддає теплоту
Для процесу 4rarr1 маємо ( ) 02
2114 gtminus=rarr TTRmi
Qmicro
Отже газ виконав роботу ( )211
221 TT
V
VnR
mAAA minus=+= l
micro
Газ отримав теплоту ( )
minus+=+= rarrrarr 21
1
211421
2TT
i
V
VnTR
mQQQ l
micro
Тоді ККД цикла
331 1033 млV
minussdot==
332 101212 млV
minussdot==
minusη
23
( )
( )
( )
( )211
21
211
2
211
21
211
2
22TT
i
V
VnT
TTV
Vn
TTi
V
VnTR
m
TTV
VnR
m
Q
А
minus+
minus
=
minus+
minus
==
l
l
l
l
micro
microη
( )
( )23230
3005002
5
103
1012500
300500103
1012
3
3
3
3
=rArr=
minus+sdot
sdotsdot
minussdot
sdot
=
minus
minus
minus
minus
ηη
n
n
l
l
( 386169302224 =sdot== nn ll )
Відповідь 23=η
Приклад 16 Знайти приріст ентропії при перетворенні 1 г води з
температурою 0degС в пару при 100degС
Розвrsquoязання
Зміна ентропії у випадку оборотного
термодинамічного процесу
int=∆B
AT
QS
δ
де Qδ ndash елементарна кількість теплоти T ndash абсолютна
температура A та B ndash формальні позначення
вихідного і кінцевого стану системи
Розібrsquoємо інтеграл у правій частині виписаної формули на два
доданки що відповідають двом процесам заданим в умові
intint +equiv∆+∆=∆B
C
C
AT
Q
T
QSSS
δδ21
де 1S∆ ndash приріст ентропії при нагріванні води від температури 1T до
температури 2T 2S∆ ndash приріст ентропії при випаровуванні ( 2T за
умовою задачі ndash температура кипіння води)
У першому доданку
cmdTQ =δ
де c ndash питома теплоємність води У другому доданку const2 =T а
Дано
гm 1=
OH2 Ct deg= 01
Ct deg= 1002 S∆
24
rmQQ
B
C
==intδ
де r ndash питома теплота пароутворення Маємо
+=+=∆ intint
21
2
2
ln12
1T
r
T
TcmQ
TT
dTcmS
B
C
T
T
δ
КкгДжс sdotsdot= 310194 кгДжr510622 sdot= кгm
3101 minussdot=
КT 2731 = КT 3732 =
КДжS 47373
10622
273
373ln10194101
533 =
sdot+sdotsdot=∆ minus
Відповідь КДжS 47=∆
Приклад 17 105 г азоту ізотермічно розширюються від обrsquoєму
лV 21 = до обrsquoєму лV 52 = Знайти приріст ентропії при цьому
процесі
Розвrsquoязання
При ізотермічному процесі Т=const
отже зміна внутрішньої енергії 0=dU
Тоді з першого закону термодинаміки
маємо AQ δδ =
Елементарна робота з врахуванням виразу
для тиску р з рівняння Менделєєва-
Клапейрона V
dVRT
mрdVА
microδ ==
Зміна ентропії в оборотному термодинамічному процесі int=∆B
AT
QS
δ
В нашому випадку 1
22
1
V
VnR
m
TV
TdVR
m
T
АS
V
V
B
A
lmicromicro
δ===∆ intint
молькг 1028 3minussdot=micro - молярна маса азота
Підставимо числові значення
Дано
кггт 310510510 minussdot==
лV 21 =
лV 52 =
constТ =
minus∆S
25
КДжnS 922
5318
1028
10510
3
3
=sdotsdotsdot
sdot=∆
minus
minus
l
Відповідь КДжS 92=∆
Приклад 18 Два кіломолі триатомного газу адіабатно
розширюються в пустоту від 31 1мV = до 3
2 5мV = Температура газу
при цьому зменшується на 15 К Знайти за цими даними постійну laquoаraquo
з рівняння Ван-дер-Ваальса
Розвrsquoязання
Перше начало термодинаміки для адіабатного
процесу має вигляд dUA minus=δ де А ndash робота газу
проти зовнішніх сил U ndash внутрішня енергія За
умовою задачі зовнішнього тиску немає
(розширення в пустоту)
тому 0== dVpAδ
В підсумку маємо що 0=dU
Зміна внутрішньої енергії має дві складові
dTCVν що не залежить від зміни обrsquoєму та
( )VdU що залежить від обrsquoєму Остання складова
рівна роботі сили міжмолекулярного притягання
котра спричинює додатковий внутрішній тиск
2
20
V
aP ν=
( ) dVV
adVPVdU
2
20 ν==
Повна зміна внутрішньої енергії газу
02
2 =+ dVV
adTCV νν
Дано
моль3102 sdot=ν
6=i 0=Qδ
Паp 0=
31 1 мV =
32 5 мV =
KT 15minus=∆
a
26
Звідки dVCV
adT
V2
νminus=
Проінтегруємо останнє співвідношення
int int
minus=minus=
2
1
2
1
122
11T
T
V
V VV VVC
a
V
dV
C
adT νν
тобто
minus=∆
12
112
VViR
aT ν
оскільки молярна теплоємність при постійному обrsquoємі Ri
CV2
=
(і ndash число ступенів вільності R ndash універсальна газова стала)
Тепер маємо
( )21
21
2 VV
VTViRa
minus
∆=
ν
( )
( ) 2
4
3230
511022
51153186
моль
мНa
sdot=
minussdotsdot
sdotsdotminussdotsdot=
Відповідь 2
4
230моль
мН sdot=α
3 Задачі для самостійного розвrsquoязування
Вказівки до розвrsquoязування задач
1 В задачах на теплоту складають рівняння теплового балансу сума
теплоти що виділяється при певних процесах дорівнює сумі теплоти
що поглинається при інших процесах
2 В задачах про лід потрібно спочатку зrsquoясувати (кількісними
підрахунками) чи розтане весь лід якщо про це не сказано в умові
Якщо розтане не весь лід то кінцева температура дорівнюватиме 0ordmС
31 Молекулярна фізика
27
Рівняння стану ідеального газу
1 Балон місткістю 12 л заповнений азотом при тиску 81МПа і
температурі 17degС Знайти масу азоту (113 кг)
2 Яким може бути найменший обrsquoєм балона що містить 64 кг
кисню якщо його стінка при температурі 20degС витримує тиск
160 кгссм2 (32middot10
1 м
3)
3 До якої температури потрібно нагріти ідеальний газ щоб його
густина зменшилася у два рази порівняно з густиною цього газу
при Ct deg= 00 (Т=2Т0=546 К)
4 5 г азоту що знаходиться в закритій посудині місткістю 4 л при
температурі 20degС нагрівають до температури 40degС Знайти тиск
газу до і після нагрівання (р1=108middot105Па р2=116middot10
5Па)
5 Знайти густину водню при температурі 15degС і тиску 730 мм ртст
( 30810 мкг=ρ )
6 Густина деякого газу при температурі 10degС і тиску 2sdot105Па
дорівнює 034 3мкг Чому дорівнює маса одного кіломоля цього
газу ( молькг3104
minussdot=micro )
7 10 г кисню знаходяться під тиском 3 атм при температурі 10degС
Після розширення внаслідок нагрівання при постійному тиску
кисень зайняв обrsquoєм 10 л Знайти 1) обrsquoєм газу до розширення 2)
густину газу до розширення 3) температуру газу після
розширення 4) густину газу після розширення
( 331 1042)1 мV
minussdot= 2) 31 144 мкг=ρ 3) Т2=1170 К 4) 3
2 1 мкг=ρ )
8 6 г вуглекислого газу ( )2CO і 5 г закису азоту ( )ON2 заповнюють
посудину місткістю 2 дм3 Який загальний тиск у посудині при
температурі 127degС (415middot105Па)
9 Яка кількість речовини є в газовому балоні обrsquoємом 2 л при тиску
1013 МПа і температурі 10degС (86 моль)
10 Балон для газового зварювання місткістю 20 л був заповнений
киснем при температурі 15degС Коли частину кисню витратили
тиск у балоні знизився на 5065 кПа Скільки кисню було
витрачено ( кгm 1350=∆ )
11 Температура повітря в посудині обrsquoємом 5 л становить 27degС його
тиск 2026 МПа Визначити масу повітря яке потрібно випустити з
посудини щоб тиск у ній знизився до 1013 МПа ( кгm 0590=∆ )
28
12 Визначити густину повітря в камері шин автомобіля ВАЗ 2110
якщо тиск у камері 018 МПа (надлишковий) а температура 20degС
( 3353 кгм=ρ )
13 Знайти густину суміші 10-2 кг вуглекислого газу і 15sdot10
- 2 кг азоту
при температурі 300 К і тиску 015 МПа ( 3981 кгм=ρ )
14 Знайти молярну масу суміші що утворилася з 38sdot10-3 кг кисню і
22sdot10-2 кг вуглекислого газу ( кгмоль2104 minussdot=micro )
15 Накреслити графіки ізотермічного ізобарного та ізохорного
процесів в ідеальному газі у системах координат р V p T V T
Порівняти ці графіки
16 На рис1 зображено графік зміни стану ідеального газу в
координатах V T Виразити ці процеси графічно в координатах p V
та p T Назвати ці процеси
17 Зміна стану ідеального газу сталої маси зображена на рис2 В т1
температура газу Т0 Визначити температуру газу в т234
(Т2=3Т0 Т3=6Т0 Т4=2Т0)
18 Який обrsquoєм займає суміш газів ndash азоту масою кгm 11 = і гелію
масою кгm 12 = ndash при нормальних умовах (64 м3)
19 Скільки молекул міститься в 1 г водяної пари (33sdot1022
)
20 Скільки молекул буде знаходитися в 1 см3 посудини при 10degС
якщо посудину підкачано до ртстммp11101 minussdot= (34sdot10
5)
21 У балоні місткістю лV 3= знаходиться кисень масою 4 г
Визначити кількість речовини ν газу і концентрацію n його
молекул (ν =0125 моль n=251sdot1025м
-3)
Рис 1 Рис 2
29
22 У балоні було 10 кг газу при тиску 10 МПа Знайти яку масу газу
взяли з балона якщо тиск став рівним 25 МПа Температуру
вважати постійною (75 кг)
23 Балони місткістю лV 201 = і лV 442 = заповнені газом Тиск у
першому балоні МПаp 421 = у другому ndash МПаp 612 =
Визначити загальний тиск p після сполучення балонів якщо
температура газу залишилася попередньою (076 МПа)
24 Газ в кількості m=16 г при тиску р=106 Нм
2 і температурі t=112degС
займає обrsquoєм V=1600 см3 Визначити який це газ (кисень)
25 При якому тиску р густина ρ газоподібного азоту що має
температуру t= - 73degС складає 04 густини води кімнатної
температури 33
010 кгмρ = ( 271042 Нмр sdot= )
26 Відкрита посудина нагріта до температури t2=450degС Яка частина
маси повітря залишилась в ній в порівнянні з тією кількістю яка
була при t1=27degС Розширенням посудини знехтувати
(m2m1=0415)
27 10 г кисню знаходяться під тиском 0303 мкПа при температурі
10degС Після розширення внаслідок нагрівання при постійному
тиску кисень зайняв обrsquoєм 10 л Знайти обrsquoєм газу до розширення і
температуру газу після розширення (V1=24sdot10-3 м
3 Т2=118sdot10
3 К)
28 Скільки молекул повітря буде знаходитись в 1 см3 посудині при
10degС якщо повітря в посудині відкачане до тиску 133 мкПа
(34sdot108)
29 У 1 кг сухого повітря знаходиться m1=232 г кисню і m2=768 г
азоту Знайти відносну молярну масу повітря (microсм=288 кгмоль
microвідн=288 кгмоль)
30 У скільки разів вага повітря взимку (7 0
С) більша за його вагу
влітку (37 0 С) Тиск однаковий (11 рази)
31 У відкритій посудині при Ct0
1 20= є повітря гm 1501 = На яку
величину m∆ зменшиться маса повітря в посудині при нагріванні
її до Ct0
1 100= Зміною розмірів посудини при нагріванні
знехтувати ( m∆ =322 г)
32 У посудині знаходиться суміш 10 г вуглекислого газу і 15 г азоту
Знайти густину цієї суміші при температурі 27 0
С і тиску
15sdot10 5 Па ( 3981 мкг=ρ )
33 Знайти масу атома 1)водню 2) гелію
30
( )(10656)(10671 2727 геліюкгmводнюкгmminusminus sdot=sdot= )
34 Визначити концентрацію n молекул ідеального газу при
температурі Т= 300 К і тиску р =1 МПа ( n=224sdot10 17 м
-3)
Основне рівняння молекулярно-кінетичної теорії газів
швидкості молекул
35 Тиск p газу дорівнює 1 мПа концентрація n його молекул рівна
310101 minussdot см Визначити 1) температуру Т газу 2) середню
кінетичну енергію ( )1кЕ поступального руху молекули
( 1) Т=725 кК 2) ( )1кЕ =15sdot10
-19 Дж)
36 Молекула кисню при нормальних умовах рухається зі швидкістю
425 мс Визначити кінетичну енергію молекули
( ( )1кЕ =48sdot10
-21Дж)
37 Визначити кінетичну енергію поступального руху молекули
аміаку а також повну кінетичну енергію молекул одного моля
аміаку при температурі 373 К ( ( )1кЕ =773sdot10
-21Дж Еk=932 Дж)
38 Визначити сумарну кінетичну енергію теплового руху всіх
молекул кисню (О2) що займають обrsquoєм V=55sdot10-3 м
3 при тиску
р=2026 кПа (Еk=279 кДж)
39 Густина деякого газу 3060 мкгρ = середня квадратична
швидкість його молекул смкв 500=υ Знайти тиск газу на стінки
посудини (5 кПа)
40 Газ займає обrsquoєм лV 1= під тиском атмр 2= Визначити
кінетичну енергію kE поступального руху всіх молекул в даному
обrsquoємі (03 кДж)
41 Кількість речовини деякого газу моль51=ν температура
КТ 120= Визначити кінетичну енергію kE поступального руху
всіх молекул цього газу (73 кДж)
31
42 При якій температурі середня кінетична енергія ( )1кЕ
поступального руху молекули газу рівна Дж2110144 minussdot
(200 К)
43 Посудина зі внутрішнім обrsquoємом лV 4= містить гm 60=
деякого газу під тиском атмр 2= Визначити середню
квадратичну швидкість молекул газу (2 103
см )
43 Середня квадратична швидкість руху молекул деякого газу що
перебуває під тиском 50 кПа дорівнює 449 мс Визначити
густину газу при цих умовах ( 37440 мкг=ρ )
44 При якій температурі середня квадратична швидкість молекул
кисню дорівнює швидкості молекул азоту при температурі 373 К
(Т = 426 К)
46 Знайти середню арифметичну швидкість молекул газу коли
відомо що середня квадратична швидкість 400 мс
( см370=υ )
47 Знайти найбільш імовірну та середню арифметичну швидкості
молекул газу густина якого при тиску 40 кПа дорівнює 03 кгм3
( імυ = 5164 мс υ = 6324 мс)
48 Знайти середню квадратичну швидкість молекул повітря при
температурі 17deg С Повітря вважати однорідним газом з молярною
масою 29sdot10-3 кгмоль ( 500=квυ мс)
49 Визначити середню квадратичну швидкість квυ молекул газу
масою гm 30= що знаходиться в посудині місткістю лV 2= під
тиском кПаp 200= (2sdot10 3 мс)
50 Знайти відношення середніх квадратичних швидкостей молекул
гелію та азоту при однакових температурах (265)
51 Знайти середню квадратичну квυ середню арифметичну υ та
найімовірнішу імυ швидкості молекул водню Обчислення
виконати для трьох значень температури 1) КТ 20=
2) КТ 300= 3) КТ 5000= ( 1) 500 мс 462мс 407 мс
2) 194 кмс 179 кмс 158 кмс 3) 790 кмс 730 кмс 648 кмс)
52 При якій температурі Т середня квадратична швидкість атомів
гелію буде дорівнювати другій космічній швидкості
скм2112 =υ (201 кК)
32
53 Знайти середню арифметичну швидкість υ молекул газу якщо їх
середня квадратична швидкість скмкв 1=υ (092 кмс)
54 Кінетична енергія поступального руху молекул азоту що
знаходиться в обrsquoємі 20 дм3 дорівнює 5 кДж а середня
квадратична швидкість його молекул рівна 2 кмс Знайти 1) масу
азоту в балоні 2) тиск під яким знаходиться азот
( 1) т=25sdot103 кг 2) р=167sdot10
5 Па)
55 Посудина що містить деяку масу одноатомного газу рухається зі
швидкістю u На скільки збільшиться середній квадрат швидкості
теплового руху молекул при зупинці посудини Теплоємність
теплопровідність і маса стінок посудини зникаюче малі
56 Обчислити кількість теплоти що необхідна для нагрівання повітря
від Т1= 273 К до Т2= 303 К при сталому тиску якщо спочатку воно
перебувало при нормальному тиску р1 і мало обrsquoєм V1=50 м3
(∆Q=1948 кДж)
57 Яка кількість теплоти необхідна для нагрівання одного моля
одноатомного газу на 1 К при сталому обrsquoємі (∆Q=124 кДж)
58 Балон місткістю 2sdot10-2
м3 з киснем що має тиск 1013 МПа і
температуру 280 К нагрівають до 300 К Яку кількість теплоти
дістає при цьому газ (∆Q=35 кДж)
59 Визначити кількість теплоти (∆Q) що необхідна для нагрівання
повітря від Т1= 273 К до Т2=298 К при сталому обrsquoємі V1=30 м3
якщо початковий тиск повітря р1 був нормальний
(∆Q=6957 кДж)
32 Термодинаміка Реальні гази
Внутрішня енергія робота розширення газу
перше начало термодинаміки
60 Чому дорівнює енергія теплового руху молекул двоатомного газу
що знаходиться в посудині місткістю 2 л під тиском 015 МПа
(U=750 Дж)
61 10 г кисню знаходяться під тиском 03 МПа при температурі 10degС
Після нагрівання при постійному тиску газ зайняв обrsquoєм 10 л
Знайти 1) кількість теплоти одержаної газом 2) зміну
33
внутрішньої енергії газу 3) роботу виконану газом при
розширенні ( 1) 792sdot103Дж 2) 5660 Дж 3) 226sdot10
3 Дж)
62 2 кмолі вуглекислого газу нагріваються при постійному тиску на
50degС Знайти 1) зміну його внутрішньої енергії 2) роботу
розширення 3) кількість теплоти наданої газу
( 1) 2500 Дж 2) 830 кДж 3) 3300 кДж)
63 Газ що займав обrsquoєм 5 л і знаходився під тиском 02 МПа при
температурі 17degС було нагріто внаслідок чого він ізобарно
розширився Робота розширення газу при цьому виявилася рівною
196 Дж Наскільки нагріто газ (57 К)
64 При ізотермічному розширенні 10 г азоту що знаходиться при
температурі 17degС було виконано роботу 860 Дж У скільки разів
змінився тиск азоту при розширенні (272)
65 1л гелію котрий знаходиться при нормальних умовах ізотермічно
розширюється за рахунок одержаної ззовні теплоти до обrsquoєму 2 л
Знайти 1) роботу виконану газом при розширенні 2) кількість
наданої газу теплоти ( 1) 70 Дж 2) 70 Дж )
66 1 кг двоатомного газу знаходиться під тиском 80 кПа і має
густину 34 мкг=ρ Знайти енергію теплового руху молекул газу
при цих умовах (5sdot104Дж)
67 У посудину в котрій міститься 28 л води при температурі 20degС
вкинули нагрітий до 460degС кусок сталі що має масу 3кг Від цього
вода в посудині нагрілася до 60degС а частина її перетворилася в
пару Визначити масу води котра випарувалася Теплоємністю
посудини знехтувати
68 Знайти для кисню відношення питомої теплоємності при сталому
тиску до питомої теплоємності при постійному обrsquoємі (14)
69 1 кмоль азоту який знаходився при нормальних умовах
розширюється адіабатно від обrsquoєму 1V до обrsquoєму 12 5VV =
Знайти1) зміну внутрішньої енергії газу 2) роботу виконану при
розширенні ( 1) 269 sdot10 6 Дж 2) 269 sdot10
6 Дж)
70 Повітря що при нормальному атмосферному тиску зайняло обrsquoєм
2sdot10-2
м3 адіабатно стискується до обrsquoєму 2sdot10
-3 м
3 Визначити
тиск повітря після стискання (р=254 МПа)
71 Знайти питомі теплоємності азоту та їхні відношення при сталому
обrsquoємі та сталому тиску ( КкДжкгcV sdot= 7420
КкгкДжcp sdot= 041 )
34
72 Знаючи молярну масу газу ( кгмольmicro 31044 minussdot= ) і відношення
питомих теплоємностей (γ=133) обчислити молярні теплоємності
Ср і СV ( СV=0566 кДжкгsdotК Ср=0754 кДжкгsdotК)
Теплоємність адіабатний процес
73 Різниця питомих теплоємностей Vp cc minus деякого двоатомного газу
дорівнює 260 Джкг К Знайти молярну масу micro газу і його питомі
теплоємності pc та cV
( micro=0032 молькг cV=650 ДжкгmiddotК pc =910 ДжкгmiddotК)
74 Молярна маса деякого газу мольг30=micro відношення
41=Vp cc Знайти питомі теплоємності pc і сV цього газу
( сV=693 ДжкгmiddotК pc =910 ДжкгsdotК )
75 До якої температури охолодиться повітря що знаходиться при
температурі 0degС якщо воно розширюється адіабатно від обrsquoєму 1V
до обrsquoєму 12 2VV = (207 К)
76 Газ розширюється адіабатно при цьому обrsquoєм його збільшується
вдвічі а температура падає в 132 рази Яке число ступенів
вільності мають молекули цього газу (5)
77 Чому дорівнюють питомі теплоємності pc і сV деякого
двоатомного газу якщо густина цього газу при нормальних
умовах дорівнює 143 кгм3 (сV=650 ДжкгmiddotК pc =910 ДжкгmiddotК)
78 Двоатомний газ займає обrsquoєм лV 501 = при тиску атмp 501 =
Газ стискується адіабатно до деякого обrsquoєму 2V і тиску 2p а
потім при постійному обrsquoємі 2V охолоджується до початкової
температури При цьому тиск його стає рівним атмp 10 =
Зобразити описаний процес графічно знайти обrsquoєм 2V і тиск 2p
(025 л 132 атм)
79 Газ розширюється адіабатно так що його тиск спадає від 2 атм
до 1 атм Потім він нагрівається при постійному обrsquoємі до
початкової температури причому його тиск зростає до 122 атм
35
Зобразити описаний процес графічно і визначити відношення
Vp cc газу (14)
Цикл Карно ентропія
80 Ідеальна теплова машина що працює за циклом Карно отримує за
кожний цикл від нагрівника 600 кал теплоти Температура
нагрівника 400 К температура холодильника 300 К Знайти
роботу що виконує машина за один цикл і кількість теплоти
котра віддається холодильнику за один цикл
( А=630 Дж Q2=1880 Дж)
81 Ідеальна теплова машина що працює за циклом Карно 23
теплоти одержаної від нагрівника передає холодильнику з
температурою 10degС Визначити температуру нагрівника (4245 К)
82 Ідеальна теплова машина працює за циклом Карно При цьому
80 теплоти одержаної від нагрівника передається
холодильнику Від нагрівника надходить за цикл 15 ккал теплоти
Знайти 1) ККД циклу 2) роботу виконану за цикл
( 1) 20 2) 126sdot103Дж)
83 Ідеальна теплова машина що працює за циклом Карно виконує
за один цикл роботу 735sdot 10 4 Дж Температура нагрівника 100
0 С
температура холодильника 00 С Знайти1) ККД машини
2) кількість теплоти одержаної машиною за один цикл від
нагрівника 3) кількість теплоти яка віддається за один цикл
холодильнику ( 1) 268 2) 274 sdot10 4 Дж 3) 126 sdot10
4 Дж)
84 Ідеальна теплова машина отримує від нагрівника температура
якого 500 К за один цикл 3360 Дж теплоти Знайти кількість
теплоти що передається за один цикл холодильнику температура
якого 400 К Знайти роботу машини за один цикл
(Q2= 2688 Дж А= 672 Дж)
85 Ідеальна теплова машина що працює за циклом Карно має
температуру нагрівника 600 К а холодильника 500 К У скільки
разів потрібно збільшити абсолютну температуру нагрівника щоб
ККД машини збільшився вдвічі (в 125)
86 Визначити ККД циклу і температуру нагрівника теплової
машини яка працює за циклом Карно якщо за рахунок 2 кДж
теплоти одержаної від нагрівника вона виконує роботу 400 Дж
Температура холодильника 480 К (20 600 К)
36
87 Знайти зміну ентропії при ізотермічному розширенні 6 г водню зі
зменшенням тиску від 01 МПа до 50 кПа (173 ДжК)
88 105 г азоту ізотермічно розширюються від обrsquoєму лV 21 = до
обrsquoєму лV 52 = Знайти приріст ентропії в цьому процесі
(29 ДжК)
89 10 г кисню нагріваються від Ct deg= 501 до Ct deg= 1502 Знайти зміну
ентропії якщо нагрівання відбувається 1) ізохорно 2) ізобарно
( 1) 176 ДжК 2) 246 ДжК )
90 У циклі Карно робочим тілом є двоатомний газ Визначити ККД
циклу якщо при адіабатичному розширенні обrsquoєм газу збільшився
від 80 до 102 дм3 (01 або 10)
91 05 кг розплавленого свинцю при температурі плавлення влили в
лід при 0degС Частина льоду розплавилася Знайти зміну ентропії
(50 ДжК)
Реальні гази явища перенесення
92 Знайти критичний молярний обrsquoєм азоту
93 Розрахувати густину кисню у критичному стані
94 Знайти середню довжину вільного пробігу атомів гелію в умовах
коли густина гелію 321 мг=ρ (18sdot10-6 м)
95 Знайти середню довжину вільного пробігу атомів азоту при
температурі 17 0 С і тиску 10
4 Па ( м610 minus=λ )
96 Знайти залежність середнього числа зіткнень молекул z ідеального
газу від тиску р в наступних процесах 1) ізохорному
2)ізотермічному Зобразити ці залежності на графіках
( pzpz asympasymp )2)1 )
97 У посудині знаходиться вуглекислий газ густина якого 321012 мкгminussdot=ρ середня довжина вільного пробігу його
молекул при цих умовах дорівнює см61097 minussdot=λ Знайти
діаметр молекул вуглекислого газу ( d =35sdot 10 -10
м )
37
98 Знайти діаметр молекули кисню якщо відомо що для кисню
коефіцієнт внутрішнього тертя при 0ordm С дорівнює
сПа sdotsdot= minus610818η ( d = 3middot10
-10 м)
99 Знайти динамічну вrsquoязкість азоту при нормальних умовах якщо
коефіцієнт дифузії для нього при цих умовах дорівнює
сcм21420 (η = 178sdot10-5 Паsdotс)
100 Знайти коефіцієнт теплопровідності водню якщо його
динамічна вrsquoязкість при таких самих умовах рівна смкПа sdot68
(0090 ВтмmiddotК)
101 Коефіцієнт дифузії і динамічної вrsquoязкість кисню дорівнюють
см2510221
minussdot та сПа sdotsdot= minus510951η відповідно Знайти при
цих умовах 1) густину кисню 2) середню довжину вільного
пробігу його молекул і 3) середню арифметичну швидкість його
молекул ( 1) 16 кгм3 2) 835sdot10
-8 м 3) 440 мс)
102 Знайти залежність коефіцієнта теплопровідності κ газу від
температури Т в умовах ізобарного та ізохорного процесів
Зобразити ці залежності графічно (1 κ~ Т 2 κ~ Т )
103 Зайти коефіцієнт дифузії при нормальних умовах 1)гелію
2)кисню ( 1) сcм2720 2) сcм2180 )
104 Коефіцієнт дифузії D кисню при температурі t=0ordmС дорівнює
019 см2с Визначити середню довжину вільного пробігу λ
молекул кисню ( λ =135 нм)
105 Визначити залежність коефіцієнта дифузії D ідеального газу від
температури при наступних процесах 1)ізобарному
2)ізохорному ( 1) D~ 3Т 2) D~ Т )
106 Визначити залежність динамічної вrsquoязкості η від температури Т
при наступних процесах 1)ізобарному 2) ізохорному Зобразити
ці залежності на графіках ( 1) η ~ Т 2) η ~ Т )
107 Знайти коефіцієнт дифузії та коефіцієнт внутрішнього тертя
повітря при тиску 760 мм рт ст і температурі 10ordmС Діаметр
молекули повітря прийняти 3middot10-1 м
(148middot10-5 м
2с 185middot10
- 5 Паsdotс)
108 У скільки разів коефіцієнт внутрішнього тертя кисню більший за
коефіцієнт внутрішнього тертя азоту Температура газів
однакова (107)
38
109 Знайти коефіцієнт теплопровідності повітря при температурі
10ordmС і тиску 105 Па Діаметр молекули повітря прийняти рівним
3middot10-8 см (132middot10
-3 ВтмmiddotК)
110 Знайти залежність коефіцієнта теплопровідностіκ від тиску р
при наступних процесах 1)ізотермічному 2)ізохоричному
Зобразити ці залежності на графіках
( 1) Не залежить 2) κ ~ р )
Таблиця для самостійної роботи
Варіанти
завдань
Номери задач
1 1 11 35 45 60 73 85 97
2 2 12 36 46 61 74 86 98
3 3 13 37 47 62 75 87 99
4 4 14 38 48 63 76 88 100
5 5 15 39 49 64 77 89 103
6 6 16 40 50 65 80 92 104
7 7 17 41 51 66 81 93 105
8 8 18 42 52 67 82 94 106
9 9 19 43 53 68 83 95 107
10 10 20 44 54 69 84 96 108
Задачі для усного розвrsquoязування
111 Під час накачування повітря в гумову камеру одночасно
збільшується його обrsquoєм і тиск Чи не суперечить це закону Бойля -
Маріотта
112 Чому влітку шини коліс автомобілів накачують повітрям до
меншого тиску ніж взимку
113 Якої форми необхідно взяти посудину щоб сила тиску на дно
дорівнювала вазі рідини Була більша Менша ваги рідини
39
114 У посудині наповненій до краю водою плаває кусок льоду Чи
виллється вода з посудини коли лід розтане
115 Дві кульки ndash мідна та алюмінієва зрівноважені на пружинних
терезах Чи порушиться рівновага терезів якщо кульки упустити у
воду
116 Чи можна перелити воду з однієї склянки в іншу знаходячись в
кабіні штучного супутника Землі
117 Повітря складається з азоту кисню та інших газів Чи однакова
кінетична енергія поступального руху молекул цих газів при даній
температурі
118 Якими способами можна змінити внутрішню енергію тіла
119 В якому випадку зміна тиску газу буде більшою при адіабатній
чи ізотермічній зміні обrsquoєму
120 Чому ізотермічне розширення газу відбувається тільки внаслідок
підведення до нього деякої кількості теплоти
121 Чому в дизелі нема потреби запалювати пальну суміш
електричною іскрою як це робиться в інших двигунах
122 Під час роботи пневматичний молот що працює за рахунок
енергії стиснутого повітря зовні обмерзає Яка причина охолодження
123 Після сильного шторму вода в морі стає теплішою Чому
124 Деяку масу ідеального газу нагрівають на однакову кількість
градусів один раз при сталому тиску а другий раз при сталому обrsquoємі
В якому випадку потрібна більша кількість теплоти Чому
125 Чому вода на дні океану залишається холодною в той час як по
мірі просування в глибину Землі на кожні 100 м температура
збільшується приблизно на 3deg
40
126 Чи може теплова машина мати ККД=100 якщо працюватиме за
ідеальним циклом
127 Чи можна створити умови за яких внутрішня енергія переходила
б від тіл з нижчою температурою до тіл з вищою температурою
128 Чи охолоне повітря в кімнаті якщо відчинити двері домашнього
холодильника ввімкнутого в мережу
129 Чому температура пари яка надходить у парову турбіну нижча
за температуру пари що виходить з неї
130 Накреслити криві ізобарного ізохорного ізотермічного процесів
на діаграмах залежності V T P T P V
131 Як пояснити утворення роси і туману
132 Коли і чому на дроті лінії електропередач зrsquoявляється іній
133 Обrsquoєм посудини в якій міститься насичена пара ізотермічно
збільшили в 5 разів Що сталося з тиском пари
134 Чому туман зrsquoявляється в вечірній час а зранку зникає
135 Чому після дощу стає холодніше Пояснити це явище
4 Довідкові дані
Фундаментальні фізичні сталі
Гравітаційна стала 221110676 кгмНG sdotsdot= minus
Прискорення вільного падіння 2см819=g
Стала Авогадро 12310026 minussdot= мольN A
Стала Больцмана КДжk2310381 minussdot=
Стала Лошмідта 3250 10692 minussdot= мn
Газова стала КмольДжR sdot= 3148
41
Молярний обrsquoєм ідеального газу
при ну мольмV
330 1041322 minussdot=
Густина деяких речовин
Речов
ина ρsdot10
3 (кгм
3) Речовина ρsdot10
3
(кгм3)
мідь 86 вода 100
залізо 79 гліцерин 126
свине
ць
113 касторове
масло
089
ртуть 136 повітря 000129
Молярні маси деяких речовин
Речовин
а
Молекул
а
micro10- 3
кгмоль Речовина
Молекул
а
micro10-3
кгмоль
Азот N2 28 Гелій Hе 4
Аргон Ar 40 Кисень О2 32
Неон Ne 20 Повітря - 29
Вода H2O 18 Ртуть Hg 201
Водень H2 2 Кухонна
сіль NaCl 58
Вуглекг CO2 44
Нормальні умови
КT 2730 = атмстртммПаp 176010011 50 ==sdot=
Питомі теплоємності для деяких речовин
Сталь КкгДжc sdot= 460
Свинець КкгДжс sdot= 126
Питома теплота плавлення свинцю КкгДж sdotsdot= 410262λ
42
Символи і відносні атомні маси деяких хімічних елементів
H He C N O Cu K Li Na
1 4 12 14 16 64 39 6 23
Деякі параметри води
питома теплота пароутворення при 100degС ndash кгМДжr 262=
питома теплоємність ndash КкгкДжс sdot= 194
питома теплота плавлення при 0degС ndash кгДж510353 sdot=λ
43
Критичні параметри
Елемент КкрT
МПакрp
азот 12
6
34
кисень 15
4
507
Ефективні діаметри молекул
Елем
ент
нмσ
азот 03
0
гелій 02
0
Префікси для утворення кратних одиниць
Префікс Позначення Числове
значення Префікс Позначення
Числове
значення
тера Т T 1012
піко п p 10-12
гіга Г G 109 нано н n 10
-9
мега М M 106 мікро мк micro 10
-6
кіло к k 103 мілі м m 10
-3
Одиниці довжини обrsquoєму тиску концентрації кількості
теплоти коефіцієнта дифузії використані в задачах (в СІ) 333 10111 мдмл minussdot== Нкгс 891 = Джкал 1941 =
мдм 1101 minus= мсм 2101 minus= 363 101 мсм minus= 363 101 мсм =minus
Памкгс 891 2 = ПаабомНсмкгс 242 10891 sdot=
Паммкгс 62 10891 sdot= Паатм 5100111 sdot= (фізична атмосфера)
44
Паат 5109801 sdot= (технічна атмосфера) смссм 101 242 minus=
45
Одиниці в яких вимірюються деякі фізичні величини (в СІ)
Робота енергія ЕА Дж
Кількість теплоти Q Дж
Потужність P або N Джс=Вт
Тиск р Па=Нм2
Молярна маса micro кгмоль
Концентрація п м-3
Теплоємність питома с ДжкгmiddotК
Теплоємність молярна С ДжмольmiddotК
Поверхневий натяг α Нм
Динамічна вrsquoязкість η Паmiddotс=Нmiddotсм2=кгмmiddotс
Коефіцієнт дифузії D м2с
Коефіцієнт теплопровідності κ ВтмmiddotК
Приріст ентропії S∆ ДжК
Сталі Ван-дер-Ваальса а та b Нmiddotм4моль
2 та м
3моль
5Література
1 Загальна фізика за редакцією Ковалець МО Орленка ВФ
Частина1 Інтерактивний комплекс навчально-методичного
забезпечення Рівне 2009
2 Волькенштейн ВС Сборник задач по общему курсу физики- М
ldquoНаукаrdquo1985-1989
3 Иродов ИЕ Задачи по общей физике-МrdquoНаукаrdquo 1982
4 Савельев ИВ Сборник вопросов и задач по общей физике-
МldquoНаукаrdquo1982
5 Чертов АГВоробьев АА Федоров МВ Задачник по физике -М
ldquoВысшая школаrdquo1988
6 Х Кухлинг Справочник по физике-М ldquoМирrdquo1985
2
Методичні вказівки до виконання практичних і самостійних робіт
із навчальної дисципліни laquoФізикаraquo розділ ldquoМОЛЕКУЛЯРНА
ФІЗИКА ТА ТЕРМОДИНАМІКАrdquo для студентів інженерно-
технічних напрямів підготовки денної заочної та дистанційної
форми навчання ВФ Орленко ВІ Гаращенко ЛВ Соляк
ОД Кочергіна ОВ Гаращенко Рівне НУВГП 2014 ndash 43 с
Упорядники
Орленко ВФ канд фіз-мат наук доцент кафедри хімії та фізики
Гаращенко ВІ канд техн наук доцент кафедри хімії та фізики
Соляк ЛВ асистент кафедри хімії та фізики
Кочергіна ОД асистент кафедри хімії та фізики
Гаращенко ОВ асистент кафедри хімії та фізики
Відповідальний за випуск
Гаращенко ВІ канд техн наук доцент кафедри хімії та фізики
copy Орленко ВФГаращенко ВІ
Соляк ЛВ Кочергіна ОД
Гаращенко ОВ 2014
copy НУВГП 2014
3
ЗМІСТ
Розділ 2 Молекулярна фізика і термодинаміка ----------------- 4
1 Основні закони та співвідношення ------------------------------- 4
2 Приклади розвrsquoязування задач ------------------------------------ 8
3 Задачі для самостійного розвrsquoязування ------------------------ 26
31 Молекулярна фізика ----------------------------------------------- 26
32 Термодинаміка Реальні гази ----------------------------------- 32
Таблиця для самостійної роботи ------------------------------------ 38
Задачі для усного розвrsquoязування ------------------------------------ 38
4 Довідкові дані ---------------------------------------------------------- 40
5Література --------------------------------------------------------------- 45 ПЕРЕДМОВА
Мета практичних занять з фізики ndash закріпити знання теоретичного
матеріалу шляхом вироблення вмінь та навичок його застосування до
розвrsquoязування задач Історично сформувався певний алгоритм цього
процесу
1 Перш за все потрібно зrsquoясувати до якого розділу відноситься дана
задача і ознайомитись з теорією цього розділу
2 Умову задачі слід записати словесно і скорочено у
загальноприйнятих символічних позначеннях (див Приклади
розвrsquoязування задач)
3 Дані задачі та необхідні константи перевести до однієї системи
одиниць (загальноприйнятою зараз є міжнародна система одиниць СІ)
4 Зробити малюнок до задачі або зобразити процес графічно (за
винятком окремих очевидних випадків) малюнок допомагає збагнути
зміст задачі і часто підказує ідею її розвrsquoязання
5 Розвrsquoязати задачу у загальному вигляді і отримати робочу
формулу шуканої величини Розвrsquoязання супроводжувати короткими
поясненнями які розкривають логіку міркувань
6 Підставити у робочу формулу дані задачі та константи і
обрахувати числове значення шуканої величини вказавши її одиницю
Точність обчислень не повинна перевищувати точність заданих
величин
7 Переконатись у laquoрозумностіraquo одержаного результату як з точки
зору його розмірності так і з точки зору відповідності до загальних
законів природи
4
Розділ 2 Молекулярна фізика і термодинаміка 1 Основні закони та співвідношення
bull Кількість речовини AN
Nm==
microν
де m ndash маса речовини micro ndash молярна маса N ndash число молекул NA ndash стала
Авогадро
bull Звязок молярної маси micro з масою однієї молекули 0т
ANm0=micro
bull Рівняння стану ідеального газу (рівняння Клапейрона)
для даної маси газу const=T
pV
де p ndash тиск T ndash абсолютна температура V ndash обrsquoєм газу
При ізопроцесах рівняння стану ідеального газу
constpVconstT == ndash рівняння ізотерми (закон Бойля-Маріотта)
constT
Vconstp == ndash рівняння ізобари (закон Гей-Люссака)
constT
pconstV == ndash рівняння ізохори (закон Шарля)
bull Рівняння Менделєєва-Клапейрона
RTpV ν=
де R-універсальна газова стала
bull Звязок тиску з концентрацією молекул газу
nkTp =
де VNn = ndash концентрація ANRk = ndash стала Больцмана
bull Густина газу nmRT
psdot=
sdot= 0
microρ
bull Закон Дальтона sum=i
ipp
де p ndash тиск суміші газів ip ndash парціальний тиск і-ї компоненти газової
суміші
bull Молярна маса суміші газів
sum=
i i
i
cc m
m
micro
micro
де cm ndash маса суміші im та imicro ndash маса і молярна маса і-тої компоненти
5
bull Основне рівняння молекулярно-кінетичної теорії (мкт)
ідеального газу
( )1
3
2кnЕp =
де ( )1кЕ ndash середня кінетична енергія поступального руху однієї
молекули
( )kT
mЕ квк
2
3
2
201 ==υ
де квυ ndash середня квадратична швидкість молекул
microυ
RTкв
3=
bull Інша форма запису основного рівняння мкт газів
кEpV3
2=
де кE ndash кінетична енергія поступального руху всіх молекул газу
bull Середня арифметична швидкість хаотичного теплового руху
молекул πmicro
υRT8
=
bull Найімовірніша швидкість молекул
micro
υRT
ім2
=
bull Звязок між швидкостями імкв υυυ
імкв υυ sdot= 211 імυυ sdot= 131
bull Робота розширення (стискання) газу
int=2
1
V
V
pdVA
де 1V та 2V ndash початковий і кінцевий обrsquoєми газу
bull Робота при ізопроцесах
ізотермічний процес 1
2lnV
VTRA ν= або
2
1lnp
pTRA ν=
ізобарний процес ( ) VpVVpA ∆equivminus= 12 або TRA ∆=ν
ізохорний процес 0=A
6
bull Число ступенів вільності молекул
3=i для одноатомних молекул
5=i для двоатомних молекул
6=i для три і багато атомних молекул
bull Середня кінетична енергія молекули
( )kT
iEк
2
1 =
де і- число ступенів вільності молекули
bull Внутрішня енергія ідеального газу
RTi
U2
ν=
bull Перше начало (закон) термодинаміки (інтегральна форма)
UAQ ∆+=
де Q ndash кількість наданої системі теплоти A ndash робота системи проти
зовнішніх сил U∆ ndash приріст внутрішньої енергії системи
bull Диференціальна форма запису першого закону
термодинаміки
dUAQ += δδ
bull Звязок молярної теплоємності ( )C з питомою
теплоємністю (с) речовини
microsdot= cC
bull Молярна теплоємність ідеального газу при сталому обrsquoємі
Ri
CV2
=
bull Молярна теплоємність ідеального газу при сталому тиску
Rі
С р2
2+=
bull Рівняння Майєра
RCC Vp +=
bull Рівняння адіабати ідеального газу
const=γPV або const1 =minusγ
TV або const1 =minusγγPT
де γ - показник адіабати (коефіцієнт Пуассона)
7
i
i
C
C
V
p 2+==γ
bull Робота газу при адіабатному процесі
TCUA V ∆sdotminus=∆minus= ν
bull Коефіцієнт корисної дії теплової машини
1Q
A=η
де A ndash робота виконана робочим тілом за цикл 21 QQA minus= 1Q
ndash кількість теплоти одержаної тілом за цикл від нагрівника 2Q ndash
кількість теплоти відданої тілом за цикл холодильнику
bull Коефіцієнт корисної дії циклу Карно
1
21
T
TT minus=η
де 1T ndash температура нагрівника 2T ndash температура холодильника
bull Приріст ентропії у випадку оборотного термодинамічного
процесу
int=minus=∆B
A
ABT
QSSS
δ
де SA та SB ndash значення ентропії що відповідає початковому і кінцевому
стану системи Qδ ndash елементарна кількість теплоти T
Qδ ndashзведена
теплота
bull Середня довжина вільного пробігу молекули
nz 2
2
1
σπ
υλ == υσπ nz
22=
де υ ndash середня арифметична швидкість теплового руху частинки
z ndash середнє число зіткнень за одиницю часу σ ndash ефективний діаметр
молекули n- концентрація молекул
bull Характеристики речовини у процесах перенесення
коефіцієнт дифузії λυ3
1=D
коефіцієнт внутрішнього тертя (динамічна вrsquoязкість)
8
λυρη3
1=
коефіцієнт теплопровідності λυρκ Vc3
1=
де ρ ndash густина Vс - питома теплоємність газу при сталому обrsquoємі
bull Звязок критичних параметрів речовини з поправками Ван-
дер-Ваальса laquoаraquo та laquobraquo
критичний тиск 227b
apкр =
молярний критичний обrsquoєм bV кр 3=micro
критична температура bR
aTкр
27
8=
bull Нормальні умови
KT 2730 = атмртстммПаp 176010011 50 ==sdot=
2 Приклади розвrsquoязування задач
Приклад 1 Скільки молекул є в 1 м3 води Яка маса молекули
води Вважаючи що молекули мають форму кульок що дотикаються
між собою знайти діаметр молекули
Розвrsquoязання
Використаємо формулу для розрахунку кількості
речовини (через масу і через число молекул)
AN
Nm=
micro
micro ndash молярна маса AN ndash стала Авогадро Число
молекул micro
AmNN =
Розділимо тепер праву і ліву частину одержаної рівності на
обrsquoєм ( )V і врахуємо що nVN = а ρ=Vm ndash густина Отримаємо
шукану концентрацію молекул micro
ρ ANn =
Дано
OH2
V=1 м3
кульки
n 0m d
9
З таблиць 3310001 мкгsdot=ρ 12310026 minussdot= мольN A
молькг31018 minussdot=micro Тому
328
3
233
103431018
1002610001 minusminus
sdot=sdot
sdotsdotsdot= мn
Масу однієї молекули можна розрахувати використовуючи
співвідношення ANm0=micro
ANm
micro=0
кгm26
23
3
0 1099210026
1018 minusminus
sdot=sdot
sdot=
Нехай на ділянці довжиною 1 м тісно вкладається ряд із z молекул
Тоді в обrsquoємі 1 м3 будуть розміщені 3
z молекул тобто 2810343 sdot
молекули (див вище розраховану концентрацію) Тому
193 28 1022310343 minussdot=sdot= мz
Відповідно діаметр однієї молекули z
d1
=
тобто мd10
910113
10223
1 minussdot=sdot
=
Відповідь 32810343 minussdot= мn кгm26
0 10992 minussdot= мd1010113 minussdot=
Приклад 2 Чому дорівнює густина повітря в посудині якщо вона
відкачана до найвищого розрідження якого можна досягнути
сучасними лабораторними методами 10 11 стртммр minus=
Температура повітря 15ordmС
Розвrsquoязання
Рівняння стану ідеального газу
(Менделєєва-Клапейрона)
RTpV ν=
де micro
νт
= - кількість молей повітря в
посудині
Дано
Па
стртммр
11
11
103133
10
minus
minus
sdot=
==
КTCt 28815 =rArrdeg=
молькгпов
31029 minussdot=micro
КмольДжR sdot= 318
minusρ
10
Домножимо рівняння стану на V
1
Отримаємо для тиску micro
ρRTр =
звідки RT
рmicroρ =
314311
1061288318
1029103133мкгminus
minusminus
sdot=sdot
sdotsdotsdot=ρ
Відповідь 3141061 мкгminussdot=ρ
Приклад 3 Скільки молекул повітря виходить з кімнати обrsquoємом 3120 мV = при підвищенні температури від Ct deg= 151 до Ct deg= 252
Атмосферний тиск нормальний Пар 510011 sdot=
Розвrsquoязання
Вважаємо газ ідеальним Рівняння
Менделєєва-Клапейрона для двох станів
матиме вигляд
=
=
22
11
RTm
pV
RTm
pV
micro
micro
Для кількості молей повітря у двох станах
micro1m
та micro
2m будемо відповідно мати
=
=
2
2
1
1
RT
pVm
RT
pVm
micro
micro
Віднімемо від першого рівняння друге
Тоді кількість молекул AA NTTR
pVN
mmN sdot
minus=sdot
minus=
21
21 11
micromicro
Дано 3120мV =
КTCt 288151 =rArrdeg=
КTCt 298252 =rArrdeg=
молькгпов31029 minussdot=micro
КмольДжR sdot= 318
12310026 minussdot= мольNA
Пар 510011 sdot=
minusN
11
Після перетворення маємо ( )
21
12
TRT
TTpVNN A minus
=
( ) 26235
10298288318
2882981002612010011asymp
sdotsdot
minussdotsdotsdotsdot=N молекул
Відповідь з кімнати вийшло N=1026
молекул
Приклад 4 В балоні обrsquoємом лV 10= знаходиться гелій під
тиском МПаp 011 = при температурі Ct deg= 271 Після того як з
балона було взято гm 10=∆ гелію температура в балоні зменшилася
до Cto172 = Визначити тиск 2p гелію що залишився
Розвrsquoязання
Застосуємо рівняння Менделєєва-Клапейрона до
початкового і кінцевого станів газу
11
1 RTm
Vpmicro
= 22
2 RTm
Vpmicro
=
де 1m та 2m ndash маси газу в обох станах micro ndash молярна
маса Т ndash абсолютна температура R ndash універсальна
газова стала З цих рівнянь маємо
1
11
RT
Vpm
micro=
2
22
RT
Vpm
micro= або
2
2
1
121
RT
Vp
RT
Vpmm
micromicrominus=minus За умовою задачі mmm ∆=minus 21
тому
∆minus=
V
Rm
T
pTp
micro1
122
KT 3001 = KT 2902 = Паp6
1 1001 sdot= кгm21001 minussdot=∆
КмольДжR sdot= 318 молькг31004 minussdot=micro 321001 мVminussdot=
Паp5
23
26
2 106310011004
3181001
300
1001290 sdot=
sdotsdotsdot
sdotsdotminus
sdot=
minusminus
minus
Відповідь p2= Па51063 sdot
Дано
лV 10= He
МПаp 011 =
Ct deg= 271 гm 10=∆
Ct deg=172 2p
12
Приклад 5 Якою має бути кінетична енергія поступального руху
двох кіломолів кисню щоб його молекули могли покинути Землю
Яка при цьому має бути температура Знайти тиск газу за цих умов
якщо його обrsquoєм 10 м3 Газ вважати ідеальним
Розвrsquoязання
Молекула газу може покинути Землю якщо її
швидкість 2υυ ge 2υ ndash друга космічна швидкість
Отже має виконуватися нерівність
( )2
2201 υm
Ек ge (1)
а для заданої кількості газу кінетична енергія
поступального руху молекул 2
22υm
Eк ge
де ( )1кE ndash кінетична енергія поступального руху однієї молекули 0m
ndash маса однієї молекули m ndash маса всього газу Масу газу виразимо
через кількість речовини νmicro=m
Мінімальна кінетична енергія 2
2
2υνmicro=кE
молькг31032 minussdot=micro моль3102 sdot=ν см32 10211 sdot=υ
( )ДжEк
9
2333
10042
102111021032sdot=
sdotsdotsdotsdotsdot=
minus
Температуру газу знайдемо підставивши в (1) вираз ( )kTЕк
2
31 = і
застосувавши звязок молярної маси з масою однієї молекули
ANm0=micro та означення сталої Больцмана AN
Rk = R ndash універсальна
газова стала AN ndash стала Авогадро
Маємо 22
3 22υmicro
ANkT = або
RT
3
22microυ
=
( )КT
5
233
106113183
102111032sdot=
sdot
sdotsdot=
minus
Тиск розрахуємо виходячи з основного рівняння мкт газів
Дано 310мV =
2О кмоль2=ν
2υυ ge
Ек р Т
13
кEpV3
2=
V
Ep к
3
2=
Паp8
9
1072103
10042sdot=
sdot
sdotsdot=
Відповідь ДжEк91004 sdot= КT
510611 sdot= Пар 81072 sdot=
Приклад 6 Визначити густину суміші що містить гm 41 = водню
та гm 322 = кисню при температурі КT 280= і тиску кПаp 93=
Який обrsquoєм займає газ
Розвrsquoязання
Густина газу RT
pcmicroρ =
де cmicro ndash молярна маса R ndash універсальна газова
стала
Молярна маса суміші
sum=
i i
i
cc m
m
micro
micro
де cm ndash маса суміші ( )21 mmmc += im та imicro ndash маса і молярна
маса і-тої компоненти Тепер густина суміші
( )TRmm
pmm 1
2
2
1
1
21
micromicro
ρ+
+=
кгm3
1 104 minussdot= кгm3
2 1032 minussdot= молькг31 102 minussdot=micro
молькг32 1032 minussdot=micro Паp
41039 sdot=
( ) 3
3
3
3
3
433
480280318
1
1032
1032
102
104
10391032104мкг=
sdot
sdot
sdot+
sdot
sdot
sdotsdotsdot+sdot=
minus
minus
minus
minus
minusminus
ρ
Обrsquoєм газу знайдемо виходячи з означення густини
( )ρρ 21 mmmV c +==
( ) 333 01704801032104 мV =sdotsdot+sdot= minusminus
Відповідь 3480 мкг=ρ 30170 мV =
Дано
( )21 H4 гm =
( )22 32 Oгm =
КT 280=
кПаp 93=
ρ V
14
Приклад 7 Знайти середню довжину вільного пробігу молекул
водню при тиску 133 мПа якщо середня арифметична швидкість
молекул υ =103middot103
см
Розвrsquoязання
Середня довжина вільного пробігу
молекул знаходиться за формулою
n2
2
1
πσλ =
З рівняння стану ідеального газуkT
pn =
де AN
Rk = ndash стала Больцмана
Отже p
Тk22πσ
λsdot
=
(1)
де Т ndash температура k ndash стала Больцмана σ - ефективний діаметр
молекули Для знаходження температури врахуємо що середня
арифметична швидкість руху молекул microπ
υRT8
=
Температура R
T8
2υπmicro=
Підставляючи у формулу (1) вираз для температури отримаємо
pNpR
k
A2
2
2
2
2828 σ
υmicro
σ
υmicroλ ==
( )( )
2
21023
233
104413301032100264118
10031102 minus
minus
minus
sdot=sdotsdotsdotsdotsdotsdot
sdotsdotsdot=λ м
Відповідь =λ 44middot10ndash2
м
Приклад 8 Розрахувати молярну теплоємність ідеального газу за
умови що тиск прямо пропорційний до обrsquoєму
Дано
micro = 2middot10ndash3
молькг
р = 133 мПа = 0133
Па
σ = 23middot10ndash10
м
υ = 103middot103 см
NA =602middot1023
мольndash1
КмольДжR sdot= 318
λ
Дано
Vp ~
15
Розвrsquoязання
За означенням dT
QC
ν
δ=
де Qδ ndash елементарна кількість теплоти dT ndash елементарний приріст
температури ν ndash кількість речовини
Перше начало термодинаміки
dUAQ += δδ
де Aδ ndash елементарна робота газу проти зовнішніх сил
dU - елементарний приріст внутрішньої енергії системи
dTRi
dU2
ν=
де i ndash число ступенів вільності молекул R ndash універсальна газова
стала
pdVA =δ
За умовою задачі Vp α= де α ndash деяка стала величина Тиск
запишемо виходячи з рівняння Менделєєва-Клапейрона
V
RTp
ν=
Прирівняємо праві частини останніх двох рівнянь
RTV να =2
і продиференціюємо цю рівність
RdTVdV να =2 або RdTpdV ν=2
Тепер уже можна записати вираз для елементарної роботи
RdTA νδ2
1=
і розрахувати теплоємність
VCRiRR
dT
RdTi
RdT
C +=+=+
=222
22
1
ν
νν
де VC ndash молярна теплоємність при сталому обrsquoємі
Відповідь 2
RCC V +=
C
16
Приклад 9 В циліндрі під поршнем котрий може вільно
переміщуватися знаходиться 10г азоту Яка кількість теплоти 1Q
необхідна для нагрівання азоту від температури KT 2831 = до
температури KT 2982 = Порівняйте цю теплоту з необхідною
теплотою 2Q для нагрівання такої ж кількості газу в тому ж
температурному інтервалі при постійному обrsquoємі а також визначте
зміну внутрішньої енергії і роботу розширення
Розвrsquoязання
Будемо вважати що газ ідеальний У першому
випадку маємо справу з ізобарним процесом тому
TCm
Q p∆=micro
1
де micro ndash молярна маса pC - молярна теплоємність
при сталому тиску 12 TTT minus=∆
У процесі ізохорного нагрівання (другий
випадок)
TCm
Q V ∆=micro
2
Молярні теплоємності
Ri
CV2
= Ri
RCC Vp2
2+=+=
тому
i
i
C
C
V
p 2+=
i
i
Q
Q 2
2
1 +=
Зміну внутрішньої енергії розраховують за формулою
TRim
U ∆=∆2micro
а роботу розширення газу ndash на основі першого закону термодинаміки
( ) Ui
TTRm
TRim
TRim
UQA ∆=minus=∆minus∆+
=∆minus=2
22
2121
micromicromicro
або безпосередньо за формулою
TRm
A ∆=micro
Дано
гm 10=
N2
KT 2831 =
KT 2982 =
а) const=p
б) const=V
2
1
Q
Q U∆ A
17
кгm31010 minussdot= 5=i (двоатомний газ) молькг31028 minussdot=micro
КмольДжR sdot= 318
415
25
2
1 =+
=Q
Q ( ) ДжU 111283298318
2
5
1028
1010
3
3
=minussdotsdot
sdot=∆
minus
minus
ДжА 4441115
2=sdot=
Відповідь 4121 =QQ ДжU 111=∆ ДжА 444=
Приклад 10 В калориметр з водою з загальною
теплоємністю С=1670 ДжК при температурі Ct deg= 201 поклали
гm 1001 = льоду температура якого Ct degminus= 82 Яка встановиться
температура Питома теплота плавлення льоду кгДж 10353 5sdot=λ
питома теплоємність льоду КкгДжс sdotsdot= 31012
Розвrsquoязання В задачах про лід потрібно спочатку
зrsquoясувати чи розтане весь лід якщо про
це не сказано в умові Коли в
калориметр кинули лід вода в ньому
почала охолоджуватися Теплота яка
виділиться при охолодженні
калориметра
( )011 ttCQ minus=
де Ct deg= 00 - температура кристалізації
води або плавлення льоду
Теплота необхідна для нагрівання льоду
до температури плавлення Ct deg= 00
( )202 ttтсQ minus=
Теплотанеобхідна для плавлення льоду
mQ λ=3
Підставимо числові значення ( ) ДжQ 3340002016701 =minus=
( )( ) ДжQ 168080101012 32 =minusminussdotsdotsdot=
ДжQ 33000101033 53 =sdotsdot=
Дано
КДжС 1670=
Ct deg= 201
Сt degminus= 82
кггт 101001 ==
кгДж51033 sdot=λ
КкгДжс sdotsdot= 31012
Ct deg= 00
minust
18
Проаналізуємо отримані результати 21 QQ gt - це означає що лід
нагріється до Cdeg0 але 321 QQQ +lt (33400lt34680 Дж) - це означає
що не весь лід розтане Тому кінцева температура буде
Cdeg0
Відповідь t= Cdeg0
Приклад 11 Треба стиснути повітря від обrsquoєму 32101 мminussdot до
обrsquoєму 33102 мminussdot Як вигідніше його стискувати адіабатно чи
ізотермічно
Розвrsquoязання
Порівняємо роботу при заданих процесах У
випадку адіабатного процесу
TRi
Аад ∆minus=2
ν
де ν ndash кількість речовини i ndash число ступенів
вільності молекули R ndash універсальна газова стала
T∆ ndash приріст температури ( )12 TTT minus=∆
Скористаємося рівнянням Пуассона
const1 =minusγTV
і виразимо зміну температури через зміну обrsquoєму 1
221
11minusminus = γγ
VTVT
або
1
2
112
minus
=
γ
V
VTT або
minus
=∆
minus
1
1
2
11
γ
V
VTT
Врахуємо що показник адіабати i
i 2+=γ
тобто i21 =minusγ Тоді
minus
minus=
minus1
2
11 11
γ
γ
ν
V
VRTАад
У випадку ізотермічного процесу 1
21 ln
V
VRTАіз ν=
Дано 32
1 101 мVminussdot=
332 102 мV
minussdot=
із
ад
А
А
19
Тепер
1
2
1
2
1
ln
1
1
1
V
V
V
V
А
А
із
ад
minus
minus
minus=
γ
γ
Підставимо числові значення для повітря 41=γ
41
101
102ln
102
1011
141
1
3
2
141
3
2
=
sdot
sdot
sdot
sdotminus
minus=
minus
minus
minus
minus
minus
із
ад
А
А
Відповідь вигідніше стискувати ізотермічно
Приклад 12 В циліндрі під поршнем знаходиться водень масою
002 кг при температурі 300 К Водень спочатку розширився
адіабатно збільшивши свій обrsquoєм у 5 разів а потім був стиснутий
ізотермічно до попереднього обrsquoєму Знайти температуру в кінці
адіабатного процесу і роботу виконану газом під час цих процесів
Зобразити процеси графічно
Розвrsquoязання
Температура і обrsquoєм газу в адіабатному
процесі повrsquoязані рівнянням адіабати 1
2
1
1
2
minus
=
γ
V
V
Т
Т (1)
де i
i 2+=γ ndash показник адіабати
Для водню показник адіабати дорівнює
415
25=
+=γ
Згідно формули (1) γminus
=
1
1
212
V
VТТ
Роботу в адіабатному та ізотермічному
процесах знайдемо скориставшись відповідними формулами
Дано
М = 002 кг
micro = 2middot10ndash3
молькг
і = 5
V2 = 5V1
V3 = V1
Т1 = 300 К
КмольДжR sdot= 318
Т2 А1ndash2 А2ndash3
р
V V1 V2
1
Адіабата
Ізотерма 2
3
20
( ) ( )22
211221 ТТRіM
ТТRіM
А minussdot=minussdotminus=minusmicromicro
2
12
2
3232 lnln
V
VRT
M
V
VRT
MА
micromicro==minus
1585300 402 =sdot= minusТ К
4
321 10982)157300(3182
5
102
020sdot=minussdotsdotsdot
sdot=
minusminusА Дж
4
332 10125
1ln157318
102
020sdotminus=sdotsdot
sdot=
minusminusА Дж
Відповідь Т = 158 К А1-2 = 298middot104 Дж А2-3 = ndash21middot10
4 Дж Графік
процесів показано на малюнку
Приклад 13 Нагрівник теплової машини що працює за циклом
Карно має температуру Ct deg= 2001 Визначити температуру 2T
холодильника якщо при надходженні від нагрівника кількості
теплоти ДжQ 011 = машина виконує роботу ДжA 400=
Розвrsquoязання
За означенням ККД теплової машини
1Q
A=η
а для циклу Карно 1
21
T
TT minus=η
Прирівнявши праві частини виписаних співвідношень
Маємо 1
21
1 T
TT
Q
A minus=
Звідки
minus=
112 1
Q
ATT
Підставимо числові значення KT 4731 =
КT 28001
40014732 =
minus=
Дано
Ct deg= 2001 ДжQ 011 =
ДжA 400=
2T
21
Відповідь KT 2802 =
Приклад 14 Знайти витрату бензину автомобіля на S=1 км шляху
при швидкості годкм 60=υ Потужність двигуна 17 кВт ККД
двигуна 30=η питома теплота згоряння бензину q=45middot106 Джкг
Розвrsquoязання
При згорянні палива виділяється теплота
mqQ sdot=
ККД двигуна Q
Aкор=η Отже
qmQAкор ηη == З другої сторони з
врахуванням потужності υ
SNtNА sdot=sdot=
Прирівнявши ці два вирази отримаємо
q
NSm
ηυ=
Підставимо числові значення
кгт 08045middot1071630
1010176
33
asympsdotsdot
sdotsdot=
Відповідь m = 008 кг
Приклад 15 Ідеальний двоатомний газ здійснює цикл який
складається з двох ізотерм і двох ізохор При цьому найбільша
температура газу 500 К найменша ndash 300 К найбільший обrsquoєм 12 л
найменший ndash 3 л Знайти ККД циклу
Розвrsquoязання
Дано
мкмS3101 ==
смгодкм 71660 ==υ
ВтN31017 sdot=
3030 == ηη
кгДжq 1045 6sdot=
minusт
Дано
5=і
КТ 5001 =
КТ 3002 =
22
p 1
4
T1
T2
2
3
V1 V2 V
ККД циклу Q
А=η
де A - робота виконана газом Q - теплота
отримана газом Розглянемо ізопроцеси При
ізотермічних процесах 0=∆U оскільки
температура не змінюється З першого закону
термодинаміки ( AUQ +∆= ) випливає що в
цьому випадку вся отримана газом теплота
йде на виконання роботи AQ =
Для процесу 1rarr2 маємо
01
211121
2
1
2
1
gt==== intintrarrV
VnRT
m
V
dVRT
mpdVAQ
V
V
V
V
lmicromicro
де тиск V
RTт
р1
1 sdot=micro
Для процесу 3rarr4 маємо
01
222243
2
1
1
2
ltminus=minus=== intintrarrV
VnRT
m
V
dVRT
mpdVAQ
V
V
V
V
lmicromicro
- газ віддає
теплоту
Для ізохорних процесів обrsquoєм не змінюється тому 0=А З першого
закону термодинаміки TRmi
UQ ∆=∆=micro2
Для процесу 2rarr3 маємо
( ) ( ) 022
211232 ltminusminus=minus=rarr TTRmi
TTRmi
Qmicromicro
- газ віддає теплоту
Для процесу 4rarr1 маємо ( ) 02
2114 gtminus=rarr TTRmi
Qmicro
Отже газ виконав роботу ( )211
221 TT
V
VnR
mAAA minus=+= l
micro
Газ отримав теплоту ( )
minus+=+= rarrrarr 21
1
211421
2TT
i
V
VnTR
mQQQ l
micro
Тоді ККД цикла
331 1033 млV
minussdot==
332 101212 млV
minussdot==
minusη
23
( )
( )
( )
( )211
21
211
2
211
21
211
2
22TT
i
V
VnT
TTV
Vn
TTi
V
VnTR
m
TTV
VnR
m
Q
А
minus+
minus
=
minus+
minus
==
l
l
l
l
micro
microη
( )
( )23230
3005002
5
103
1012500
300500103
1012
3
3
3
3
=rArr=
minus+sdot
sdotsdot
minussdot
sdot
=
minus
minus
minus
minus
ηη
n
n
l
l
( 386169302224 =sdot== nn ll )
Відповідь 23=η
Приклад 16 Знайти приріст ентропії при перетворенні 1 г води з
температурою 0degС в пару при 100degС
Розвrsquoязання
Зміна ентропії у випадку оборотного
термодинамічного процесу
int=∆B
AT
QS
δ
де Qδ ndash елементарна кількість теплоти T ndash абсолютна
температура A та B ndash формальні позначення
вихідного і кінцевого стану системи
Розібrsquoємо інтеграл у правій частині виписаної формули на два
доданки що відповідають двом процесам заданим в умові
intint +equiv∆+∆=∆B
C
C
AT
Q
T
QSSS
δδ21
де 1S∆ ndash приріст ентропії при нагріванні води від температури 1T до
температури 2T 2S∆ ndash приріст ентропії при випаровуванні ( 2T за
умовою задачі ndash температура кипіння води)
У першому доданку
cmdTQ =δ
де c ndash питома теплоємність води У другому доданку const2 =T а
Дано
гm 1=
OH2 Ct deg= 01
Ct deg= 1002 S∆
24
rmQQ
B
C
==intδ
де r ndash питома теплота пароутворення Маємо
+=+=∆ intint
21
2
2
ln12
1T
r
T
TcmQ
TT
dTcmS
B
C
T
T
δ
КкгДжс sdotsdot= 310194 кгДжr510622 sdot= кгm
3101 minussdot=
КT 2731 = КT 3732 =
КДжS 47373
10622
273
373ln10194101
533 =
sdot+sdotsdot=∆ minus
Відповідь КДжS 47=∆
Приклад 17 105 г азоту ізотермічно розширюються від обrsquoєму
лV 21 = до обrsquoєму лV 52 = Знайти приріст ентропії при цьому
процесі
Розвrsquoязання
При ізотермічному процесі Т=const
отже зміна внутрішньої енергії 0=dU
Тоді з першого закону термодинаміки
маємо AQ δδ =
Елементарна робота з врахуванням виразу
для тиску р з рівняння Менделєєва-
Клапейрона V
dVRT
mрdVА
microδ ==
Зміна ентропії в оборотному термодинамічному процесі int=∆B
AT
QS
δ
В нашому випадку 1
22
1
V
VnR
m
TV
TdVR
m
T
АS
V
V
B
A
lmicromicro
δ===∆ intint
молькг 1028 3minussdot=micro - молярна маса азота
Підставимо числові значення
Дано
кггт 310510510 minussdot==
лV 21 =
лV 52 =
constТ =
minus∆S
25
КДжnS 922
5318
1028
10510
3
3
=sdotsdotsdot
sdot=∆
minus
minus
l
Відповідь КДжS 92=∆
Приклад 18 Два кіломолі триатомного газу адіабатно
розширюються в пустоту від 31 1мV = до 3
2 5мV = Температура газу
при цьому зменшується на 15 К Знайти за цими даними постійну laquoаraquo
з рівняння Ван-дер-Ваальса
Розвrsquoязання
Перше начало термодинаміки для адіабатного
процесу має вигляд dUA minus=δ де А ndash робота газу
проти зовнішніх сил U ndash внутрішня енергія За
умовою задачі зовнішнього тиску немає
(розширення в пустоту)
тому 0== dVpAδ
В підсумку маємо що 0=dU
Зміна внутрішньої енергії має дві складові
dTCVν що не залежить від зміни обrsquoєму та
( )VdU що залежить від обrsquoєму Остання складова
рівна роботі сили міжмолекулярного притягання
котра спричинює додатковий внутрішній тиск
2
20
V
aP ν=
( ) dVV
adVPVdU
2
20 ν==
Повна зміна внутрішньої енергії газу
02
2 =+ dVV
adTCV νν
Дано
моль3102 sdot=ν
6=i 0=Qδ
Паp 0=
31 1 мV =
32 5 мV =
KT 15minus=∆
a
26
Звідки dVCV
adT
V2
νminus=
Проінтегруємо останнє співвідношення
int int
minus=minus=
2
1
2
1
122
11T
T
V
V VV VVC
a
V
dV
C
adT νν
тобто
minus=∆
12
112
VViR
aT ν
оскільки молярна теплоємність при постійному обrsquoємі Ri
CV2
=
(і ndash число ступенів вільності R ndash універсальна газова стала)
Тепер маємо
( )21
21
2 VV
VTViRa
minus
∆=
ν
( )
( ) 2
4
3230
511022
51153186
моль
мНa
sdot=
minussdotsdot
sdotsdotminussdotsdot=
Відповідь 2
4
230моль
мН sdot=α
3 Задачі для самостійного розвrsquoязування
Вказівки до розвrsquoязування задач
1 В задачах на теплоту складають рівняння теплового балансу сума
теплоти що виділяється при певних процесах дорівнює сумі теплоти
що поглинається при інших процесах
2 В задачах про лід потрібно спочатку зrsquoясувати (кількісними
підрахунками) чи розтане весь лід якщо про це не сказано в умові
Якщо розтане не весь лід то кінцева температура дорівнюватиме 0ordmС
31 Молекулярна фізика
27
Рівняння стану ідеального газу
1 Балон місткістю 12 л заповнений азотом при тиску 81МПа і
температурі 17degС Знайти масу азоту (113 кг)
2 Яким може бути найменший обrsquoєм балона що містить 64 кг
кисню якщо його стінка при температурі 20degС витримує тиск
160 кгссм2 (32middot10
1 м
3)
3 До якої температури потрібно нагріти ідеальний газ щоб його
густина зменшилася у два рази порівняно з густиною цього газу
при Ct deg= 00 (Т=2Т0=546 К)
4 5 г азоту що знаходиться в закритій посудині місткістю 4 л при
температурі 20degС нагрівають до температури 40degС Знайти тиск
газу до і після нагрівання (р1=108middot105Па р2=116middot10
5Па)
5 Знайти густину водню при температурі 15degС і тиску 730 мм ртст
( 30810 мкг=ρ )
6 Густина деякого газу при температурі 10degС і тиску 2sdot105Па
дорівнює 034 3мкг Чому дорівнює маса одного кіломоля цього
газу ( молькг3104
minussdot=micro )
7 10 г кисню знаходяться під тиском 3 атм при температурі 10degС
Після розширення внаслідок нагрівання при постійному тиску
кисень зайняв обrsquoєм 10 л Знайти 1) обrsquoєм газу до розширення 2)
густину газу до розширення 3) температуру газу після
розширення 4) густину газу після розширення
( 331 1042)1 мV
minussdot= 2) 31 144 мкг=ρ 3) Т2=1170 К 4) 3
2 1 мкг=ρ )
8 6 г вуглекислого газу ( )2CO і 5 г закису азоту ( )ON2 заповнюють
посудину місткістю 2 дм3 Який загальний тиск у посудині при
температурі 127degС (415middot105Па)
9 Яка кількість речовини є в газовому балоні обrsquoємом 2 л при тиску
1013 МПа і температурі 10degС (86 моль)
10 Балон для газового зварювання місткістю 20 л був заповнений
киснем при температурі 15degС Коли частину кисню витратили
тиск у балоні знизився на 5065 кПа Скільки кисню було
витрачено ( кгm 1350=∆ )
11 Температура повітря в посудині обrsquoємом 5 л становить 27degС його
тиск 2026 МПа Визначити масу повітря яке потрібно випустити з
посудини щоб тиск у ній знизився до 1013 МПа ( кгm 0590=∆ )
28
12 Визначити густину повітря в камері шин автомобіля ВАЗ 2110
якщо тиск у камері 018 МПа (надлишковий) а температура 20degС
( 3353 кгм=ρ )
13 Знайти густину суміші 10-2 кг вуглекислого газу і 15sdot10
- 2 кг азоту
при температурі 300 К і тиску 015 МПа ( 3981 кгм=ρ )
14 Знайти молярну масу суміші що утворилася з 38sdot10-3 кг кисню і
22sdot10-2 кг вуглекислого газу ( кгмоль2104 minussdot=micro )
15 Накреслити графіки ізотермічного ізобарного та ізохорного
процесів в ідеальному газі у системах координат р V p T V T
Порівняти ці графіки
16 На рис1 зображено графік зміни стану ідеального газу в
координатах V T Виразити ці процеси графічно в координатах p V
та p T Назвати ці процеси
17 Зміна стану ідеального газу сталої маси зображена на рис2 В т1
температура газу Т0 Визначити температуру газу в т234
(Т2=3Т0 Т3=6Т0 Т4=2Т0)
18 Який обrsquoєм займає суміш газів ndash азоту масою кгm 11 = і гелію
масою кгm 12 = ndash при нормальних умовах (64 м3)
19 Скільки молекул міститься в 1 г водяної пари (33sdot1022
)
20 Скільки молекул буде знаходитися в 1 см3 посудини при 10degС
якщо посудину підкачано до ртстммp11101 minussdot= (34sdot10
5)
21 У балоні місткістю лV 3= знаходиться кисень масою 4 г
Визначити кількість речовини ν газу і концентрацію n його
молекул (ν =0125 моль n=251sdot1025м
-3)
Рис 1 Рис 2
29
22 У балоні було 10 кг газу при тиску 10 МПа Знайти яку масу газу
взяли з балона якщо тиск став рівним 25 МПа Температуру
вважати постійною (75 кг)
23 Балони місткістю лV 201 = і лV 442 = заповнені газом Тиск у
першому балоні МПаp 421 = у другому ndash МПаp 612 =
Визначити загальний тиск p після сполучення балонів якщо
температура газу залишилася попередньою (076 МПа)
24 Газ в кількості m=16 г при тиску р=106 Нм
2 і температурі t=112degС
займає обrsquoєм V=1600 см3 Визначити який це газ (кисень)
25 При якому тиску р густина ρ газоподібного азоту що має
температуру t= - 73degС складає 04 густини води кімнатної
температури 33
010 кгмρ = ( 271042 Нмр sdot= )
26 Відкрита посудина нагріта до температури t2=450degС Яка частина
маси повітря залишилась в ній в порівнянні з тією кількістю яка
була при t1=27degС Розширенням посудини знехтувати
(m2m1=0415)
27 10 г кисню знаходяться під тиском 0303 мкПа при температурі
10degС Після розширення внаслідок нагрівання при постійному
тиску кисень зайняв обrsquoєм 10 л Знайти обrsquoєм газу до розширення і
температуру газу після розширення (V1=24sdot10-3 м
3 Т2=118sdot10
3 К)
28 Скільки молекул повітря буде знаходитись в 1 см3 посудині при
10degС якщо повітря в посудині відкачане до тиску 133 мкПа
(34sdot108)
29 У 1 кг сухого повітря знаходиться m1=232 г кисню і m2=768 г
азоту Знайти відносну молярну масу повітря (microсм=288 кгмоль
microвідн=288 кгмоль)
30 У скільки разів вага повітря взимку (7 0
С) більша за його вагу
влітку (37 0 С) Тиск однаковий (11 рази)
31 У відкритій посудині при Ct0
1 20= є повітря гm 1501 = На яку
величину m∆ зменшиться маса повітря в посудині при нагріванні
її до Ct0
1 100= Зміною розмірів посудини при нагріванні
знехтувати ( m∆ =322 г)
32 У посудині знаходиться суміш 10 г вуглекислого газу і 15 г азоту
Знайти густину цієї суміші при температурі 27 0
С і тиску
15sdot10 5 Па ( 3981 мкг=ρ )
33 Знайти масу атома 1)водню 2) гелію
30
( )(10656)(10671 2727 геліюкгmводнюкгmminusminus sdot=sdot= )
34 Визначити концентрацію n молекул ідеального газу при
температурі Т= 300 К і тиску р =1 МПа ( n=224sdot10 17 м
-3)
Основне рівняння молекулярно-кінетичної теорії газів
швидкості молекул
35 Тиск p газу дорівнює 1 мПа концентрація n його молекул рівна
310101 minussdot см Визначити 1) температуру Т газу 2) середню
кінетичну енергію ( )1кЕ поступального руху молекули
( 1) Т=725 кК 2) ( )1кЕ =15sdot10
-19 Дж)
36 Молекула кисню при нормальних умовах рухається зі швидкістю
425 мс Визначити кінетичну енергію молекули
( ( )1кЕ =48sdot10
-21Дж)
37 Визначити кінетичну енергію поступального руху молекули
аміаку а також повну кінетичну енергію молекул одного моля
аміаку при температурі 373 К ( ( )1кЕ =773sdot10
-21Дж Еk=932 Дж)
38 Визначити сумарну кінетичну енергію теплового руху всіх
молекул кисню (О2) що займають обrsquoєм V=55sdot10-3 м
3 при тиску
р=2026 кПа (Еk=279 кДж)
39 Густина деякого газу 3060 мкгρ = середня квадратична
швидкість його молекул смкв 500=υ Знайти тиск газу на стінки
посудини (5 кПа)
40 Газ займає обrsquoєм лV 1= під тиском атмр 2= Визначити
кінетичну енергію kE поступального руху всіх молекул в даному
обrsquoємі (03 кДж)
41 Кількість речовини деякого газу моль51=ν температура
КТ 120= Визначити кінетичну енергію kE поступального руху
всіх молекул цього газу (73 кДж)
31
42 При якій температурі середня кінетична енергія ( )1кЕ
поступального руху молекули газу рівна Дж2110144 minussdot
(200 К)
43 Посудина зі внутрішнім обrsquoємом лV 4= містить гm 60=
деякого газу під тиском атмр 2= Визначити середню
квадратичну швидкість молекул газу (2 103
см )
43 Середня квадратична швидкість руху молекул деякого газу що
перебуває під тиском 50 кПа дорівнює 449 мс Визначити
густину газу при цих умовах ( 37440 мкг=ρ )
44 При якій температурі середня квадратична швидкість молекул
кисню дорівнює швидкості молекул азоту при температурі 373 К
(Т = 426 К)
46 Знайти середню арифметичну швидкість молекул газу коли
відомо що середня квадратична швидкість 400 мс
( см370=υ )
47 Знайти найбільш імовірну та середню арифметичну швидкості
молекул газу густина якого при тиску 40 кПа дорівнює 03 кгм3
( імυ = 5164 мс υ = 6324 мс)
48 Знайти середню квадратичну швидкість молекул повітря при
температурі 17deg С Повітря вважати однорідним газом з молярною
масою 29sdot10-3 кгмоль ( 500=квυ мс)
49 Визначити середню квадратичну швидкість квυ молекул газу
масою гm 30= що знаходиться в посудині місткістю лV 2= під
тиском кПаp 200= (2sdot10 3 мс)
50 Знайти відношення середніх квадратичних швидкостей молекул
гелію та азоту при однакових температурах (265)
51 Знайти середню квадратичну квυ середню арифметичну υ та
найімовірнішу імυ швидкості молекул водню Обчислення
виконати для трьох значень температури 1) КТ 20=
2) КТ 300= 3) КТ 5000= ( 1) 500 мс 462мс 407 мс
2) 194 кмс 179 кмс 158 кмс 3) 790 кмс 730 кмс 648 кмс)
52 При якій температурі Т середня квадратична швидкість атомів
гелію буде дорівнювати другій космічній швидкості
скм2112 =υ (201 кК)
32
53 Знайти середню арифметичну швидкість υ молекул газу якщо їх
середня квадратична швидкість скмкв 1=υ (092 кмс)
54 Кінетична енергія поступального руху молекул азоту що
знаходиться в обrsquoємі 20 дм3 дорівнює 5 кДж а середня
квадратична швидкість його молекул рівна 2 кмс Знайти 1) масу
азоту в балоні 2) тиск під яким знаходиться азот
( 1) т=25sdot103 кг 2) р=167sdot10
5 Па)
55 Посудина що містить деяку масу одноатомного газу рухається зі
швидкістю u На скільки збільшиться середній квадрат швидкості
теплового руху молекул при зупинці посудини Теплоємність
теплопровідність і маса стінок посудини зникаюче малі
56 Обчислити кількість теплоти що необхідна для нагрівання повітря
від Т1= 273 К до Т2= 303 К при сталому тиску якщо спочатку воно
перебувало при нормальному тиску р1 і мало обrsquoєм V1=50 м3
(∆Q=1948 кДж)
57 Яка кількість теплоти необхідна для нагрівання одного моля
одноатомного газу на 1 К при сталому обrsquoємі (∆Q=124 кДж)
58 Балон місткістю 2sdot10-2
м3 з киснем що має тиск 1013 МПа і
температуру 280 К нагрівають до 300 К Яку кількість теплоти
дістає при цьому газ (∆Q=35 кДж)
59 Визначити кількість теплоти (∆Q) що необхідна для нагрівання
повітря від Т1= 273 К до Т2=298 К при сталому обrsquoємі V1=30 м3
якщо початковий тиск повітря р1 був нормальний
(∆Q=6957 кДж)
32 Термодинаміка Реальні гази
Внутрішня енергія робота розширення газу
перше начало термодинаміки
60 Чому дорівнює енергія теплового руху молекул двоатомного газу
що знаходиться в посудині місткістю 2 л під тиском 015 МПа
(U=750 Дж)
61 10 г кисню знаходяться під тиском 03 МПа при температурі 10degС
Після нагрівання при постійному тиску газ зайняв обrsquoєм 10 л
Знайти 1) кількість теплоти одержаної газом 2) зміну
33
внутрішньої енергії газу 3) роботу виконану газом при
розширенні ( 1) 792sdot103Дж 2) 5660 Дж 3) 226sdot10
3 Дж)
62 2 кмолі вуглекислого газу нагріваються при постійному тиску на
50degС Знайти 1) зміну його внутрішньої енергії 2) роботу
розширення 3) кількість теплоти наданої газу
( 1) 2500 Дж 2) 830 кДж 3) 3300 кДж)
63 Газ що займав обrsquoєм 5 л і знаходився під тиском 02 МПа при
температурі 17degС було нагріто внаслідок чого він ізобарно
розширився Робота розширення газу при цьому виявилася рівною
196 Дж Наскільки нагріто газ (57 К)
64 При ізотермічному розширенні 10 г азоту що знаходиться при
температурі 17degС було виконано роботу 860 Дж У скільки разів
змінився тиск азоту при розширенні (272)
65 1л гелію котрий знаходиться при нормальних умовах ізотермічно
розширюється за рахунок одержаної ззовні теплоти до обrsquoєму 2 л
Знайти 1) роботу виконану газом при розширенні 2) кількість
наданої газу теплоти ( 1) 70 Дж 2) 70 Дж )
66 1 кг двоатомного газу знаходиться під тиском 80 кПа і має
густину 34 мкг=ρ Знайти енергію теплового руху молекул газу
при цих умовах (5sdot104Дж)
67 У посудину в котрій міститься 28 л води при температурі 20degС
вкинули нагрітий до 460degС кусок сталі що має масу 3кг Від цього
вода в посудині нагрілася до 60degС а частина її перетворилася в
пару Визначити масу води котра випарувалася Теплоємністю
посудини знехтувати
68 Знайти для кисню відношення питомої теплоємності при сталому
тиску до питомої теплоємності при постійному обrsquoємі (14)
69 1 кмоль азоту який знаходився при нормальних умовах
розширюється адіабатно від обrsquoєму 1V до обrsquoєму 12 5VV =
Знайти1) зміну внутрішньої енергії газу 2) роботу виконану при
розширенні ( 1) 269 sdot10 6 Дж 2) 269 sdot10
6 Дж)
70 Повітря що при нормальному атмосферному тиску зайняло обrsquoєм
2sdot10-2
м3 адіабатно стискується до обrsquoєму 2sdot10
-3 м
3 Визначити
тиск повітря після стискання (р=254 МПа)
71 Знайти питомі теплоємності азоту та їхні відношення при сталому
обrsquoємі та сталому тиску ( КкДжкгcV sdot= 7420
КкгкДжcp sdot= 041 )
34
72 Знаючи молярну масу газу ( кгмольmicro 31044 minussdot= ) і відношення
питомих теплоємностей (γ=133) обчислити молярні теплоємності
Ср і СV ( СV=0566 кДжкгsdotК Ср=0754 кДжкгsdotК)
Теплоємність адіабатний процес
73 Різниця питомих теплоємностей Vp cc minus деякого двоатомного газу
дорівнює 260 Джкг К Знайти молярну масу micro газу і його питомі
теплоємності pc та cV
( micro=0032 молькг cV=650 ДжкгmiddotК pc =910 ДжкгmiddotК)
74 Молярна маса деякого газу мольг30=micro відношення
41=Vp cc Знайти питомі теплоємності pc і сV цього газу
( сV=693 ДжкгmiddotК pc =910 ДжкгsdotК )
75 До якої температури охолодиться повітря що знаходиться при
температурі 0degС якщо воно розширюється адіабатно від обrsquoєму 1V
до обrsquoєму 12 2VV = (207 К)
76 Газ розширюється адіабатно при цьому обrsquoєм його збільшується
вдвічі а температура падає в 132 рази Яке число ступенів
вільності мають молекули цього газу (5)
77 Чому дорівнюють питомі теплоємності pc і сV деякого
двоатомного газу якщо густина цього газу при нормальних
умовах дорівнює 143 кгм3 (сV=650 ДжкгmiddotК pc =910 ДжкгmiddotК)
78 Двоатомний газ займає обrsquoєм лV 501 = при тиску атмp 501 =
Газ стискується адіабатно до деякого обrsquoєму 2V і тиску 2p а
потім при постійному обrsquoємі 2V охолоджується до початкової
температури При цьому тиск його стає рівним атмp 10 =
Зобразити описаний процес графічно знайти обrsquoєм 2V і тиск 2p
(025 л 132 атм)
79 Газ розширюється адіабатно так що його тиск спадає від 2 атм
до 1 атм Потім він нагрівається при постійному обrsquoємі до
початкової температури причому його тиск зростає до 122 атм
35
Зобразити описаний процес графічно і визначити відношення
Vp cc газу (14)
Цикл Карно ентропія
80 Ідеальна теплова машина що працює за циклом Карно отримує за
кожний цикл від нагрівника 600 кал теплоти Температура
нагрівника 400 К температура холодильника 300 К Знайти
роботу що виконує машина за один цикл і кількість теплоти
котра віддається холодильнику за один цикл
( А=630 Дж Q2=1880 Дж)
81 Ідеальна теплова машина що працює за циклом Карно 23
теплоти одержаної від нагрівника передає холодильнику з
температурою 10degС Визначити температуру нагрівника (4245 К)
82 Ідеальна теплова машина працює за циклом Карно При цьому
80 теплоти одержаної від нагрівника передається
холодильнику Від нагрівника надходить за цикл 15 ккал теплоти
Знайти 1) ККД циклу 2) роботу виконану за цикл
( 1) 20 2) 126sdot103Дж)
83 Ідеальна теплова машина що працює за циклом Карно виконує
за один цикл роботу 735sdot 10 4 Дж Температура нагрівника 100
0 С
температура холодильника 00 С Знайти1) ККД машини
2) кількість теплоти одержаної машиною за один цикл від
нагрівника 3) кількість теплоти яка віддається за один цикл
холодильнику ( 1) 268 2) 274 sdot10 4 Дж 3) 126 sdot10
4 Дж)
84 Ідеальна теплова машина отримує від нагрівника температура
якого 500 К за один цикл 3360 Дж теплоти Знайти кількість
теплоти що передається за один цикл холодильнику температура
якого 400 К Знайти роботу машини за один цикл
(Q2= 2688 Дж А= 672 Дж)
85 Ідеальна теплова машина що працює за циклом Карно має
температуру нагрівника 600 К а холодильника 500 К У скільки
разів потрібно збільшити абсолютну температуру нагрівника щоб
ККД машини збільшився вдвічі (в 125)
86 Визначити ККД циклу і температуру нагрівника теплової
машини яка працює за циклом Карно якщо за рахунок 2 кДж
теплоти одержаної від нагрівника вона виконує роботу 400 Дж
Температура холодильника 480 К (20 600 К)
36
87 Знайти зміну ентропії при ізотермічному розширенні 6 г водню зі
зменшенням тиску від 01 МПа до 50 кПа (173 ДжК)
88 105 г азоту ізотермічно розширюються від обrsquoєму лV 21 = до
обrsquoєму лV 52 = Знайти приріст ентропії в цьому процесі
(29 ДжК)
89 10 г кисню нагріваються від Ct deg= 501 до Ct deg= 1502 Знайти зміну
ентропії якщо нагрівання відбувається 1) ізохорно 2) ізобарно
( 1) 176 ДжК 2) 246 ДжК )
90 У циклі Карно робочим тілом є двоатомний газ Визначити ККД
циклу якщо при адіабатичному розширенні обrsquoєм газу збільшився
від 80 до 102 дм3 (01 або 10)
91 05 кг розплавленого свинцю при температурі плавлення влили в
лід при 0degС Частина льоду розплавилася Знайти зміну ентропії
(50 ДжК)
Реальні гази явища перенесення
92 Знайти критичний молярний обrsquoєм азоту
93 Розрахувати густину кисню у критичному стані
94 Знайти середню довжину вільного пробігу атомів гелію в умовах
коли густина гелію 321 мг=ρ (18sdot10-6 м)
95 Знайти середню довжину вільного пробігу атомів азоту при
температурі 17 0 С і тиску 10
4 Па ( м610 minus=λ )
96 Знайти залежність середнього числа зіткнень молекул z ідеального
газу від тиску р в наступних процесах 1) ізохорному
2)ізотермічному Зобразити ці залежності на графіках
( pzpz asympasymp )2)1 )
97 У посудині знаходиться вуглекислий газ густина якого 321012 мкгminussdot=ρ середня довжина вільного пробігу його
молекул при цих умовах дорівнює см61097 minussdot=λ Знайти
діаметр молекул вуглекислого газу ( d =35sdot 10 -10
м )
37
98 Знайти діаметр молекули кисню якщо відомо що для кисню
коефіцієнт внутрішнього тертя при 0ordm С дорівнює
сПа sdotsdot= minus610818η ( d = 3middot10
-10 м)
99 Знайти динамічну вrsquoязкість азоту при нормальних умовах якщо
коефіцієнт дифузії для нього при цих умовах дорівнює
сcм21420 (η = 178sdot10-5 Паsdotс)
100 Знайти коефіцієнт теплопровідності водню якщо його
динамічна вrsquoязкість при таких самих умовах рівна смкПа sdot68
(0090 ВтмmiddotК)
101 Коефіцієнт дифузії і динамічної вrsquoязкість кисню дорівнюють
см2510221
minussdot та сПа sdotsdot= minus510951η відповідно Знайти при
цих умовах 1) густину кисню 2) середню довжину вільного
пробігу його молекул і 3) середню арифметичну швидкість його
молекул ( 1) 16 кгм3 2) 835sdot10
-8 м 3) 440 мс)
102 Знайти залежність коефіцієнта теплопровідності κ газу від
температури Т в умовах ізобарного та ізохорного процесів
Зобразити ці залежності графічно (1 κ~ Т 2 κ~ Т )
103 Зайти коефіцієнт дифузії при нормальних умовах 1)гелію
2)кисню ( 1) сcм2720 2) сcм2180 )
104 Коефіцієнт дифузії D кисню при температурі t=0ordmС дорівнює
019 см2с Визначити середню довжину вільного пробігу λ
молекул кисню ( λ =135 нм)
105 Визначити залежність коефіцієнта дифузії D ідеального газу від
температури при наступних процесах 1)ізобарному
2)ізохорному ( 1) D~ 3Т 2) D~ Т )
106 Визначити залежність динамічної вrsquoязкості η від температури Т
при наступних процесах 1)ізобарному 2) ізохорному Зобразити
ці залежності на графіках ( 1) η ~ Т 2) η ~ Т )
107 Знайти коефіцієнт дифузії та коефіцієнт внутрішнього тертя
повітря при тиску 760 мм рт ст і температурі 10ordmС Діаметр
молекули повітря прийняти 3middot10-1 м
(148middot10-5 м
2с 185middot10
- 5 Паsdotс)
108 У скільки разів коефіцієнт внутрішнього тертя кисню більший за
коефіцієнт внутрішнього тертя азоту Температура газів
однакова (107)
38
109 Знайти коефіцієнт теплопровідності повітря при температурі
10ordmС і тиску 105 Па Діаметр молекули повітря прийняти рівним
3middot10-8 см (132middot10
-3 ВтмmiddotК)
110 Знайти залежність коефіцієнта теплопровідностіκ від тиску р
при наступних процесах 1)ізотермічному 2)ізохоричному
Зобразити ці залежності на графіках
( 1) Не залежить 2) κ ~ р )
Таблиця для самостійної роботи
Варіанти
завдань
Номери задач
1 1 11 35 45 60 73 85 97
2 2 12 36 46 61 74 86 98
3 3 13 37 47 62 75 87 99
4 4 14 38 48 63 76 88 100
5 5 15 39 49 64 77 89 103
6 6 16 40 50 65 80 92 104
7 7 17 41 51 66 81 93 105
8 8 18 42 52 67 82 94 106
9 9 19 43 53 68 83 95 107
10 10 20 44 54 69 84 96 108
Задачі для усного розвrsquoязування
111 Під час накачування повітря в гумову камеру одночасно
збільшується його обrsquoєм і тиск Чи не суперечить це закону Бойля -
Маріотта
112 Чому влітку шини коліс автомобілів накачують повітрям до
меншого тиску ніж взимку
113 Якої форми необхідно взяти посудину щоб сила тиску на дно
дорівнювала вазі рідини Була більша Менша ваги рідини
39
114 У посудині наповненій до краю водою плаває кусок льоду Чи
виллється вода з посудини коли лід розтане
115 Дві кульки ndash мідна та алюмінієва зрівноважені на пружинних
терезах Чи порушиться рівновага терезів якщо кульки упустити у
воду
116 Чи можна перелити воду з однієї склянки в іншу знаходячись в
кабіні штучного супутника Землі
117 Повітря складається з азоту кисню та інших газів Чи однакова
кінетична енергія поступального руху молекул цих газів при даній
температурі
118 Якими способами можна змінити внутрішню енергію тіла
119 В якому випадку зміна тиску газу буде більшою при адіабатній
чи ізотермічній зміні обrsquoєму
120 Чому ізотермічне розширення газу відбувається тільки внаслідок
підведення до нього деякої кількості теплоти
121 Чому в дизелі нема потреби запалювати пальну суміш
електричною іскрою як це робиться в інших двигунах
122 Під час роботи пневматичний молот що працює за рахунок
енергії стиснутого повітря зовні обмерзає Яка причина охолодження
123 Після сильного шторму вода в морі стає теплішою Чому
124 Деяку масу ідеального газу нагрівають на однакову кількість
градусів один раз при сталому тиску а другий раз при сталому обrsquoємі
В якому випадку потрібна більша кількість теплоти Чому
125 Чому вода на дні океану залишається холодною в той час як по
мірі просування в глибину Землі на кожні 100 м температура
збільшується приблизно на 3deg
40
126 Чи може теплова машина мати ККД=100 якщо працюватиме за
ідеальним циклом
127 Чи можна створити умови за яких внутрішня енергія переходила
б від тіл з нижчою температурою до тіл з вищою температурою
128 Чи охолоне повітря в кімнаті якщо відчинити двері домашнього
холодильника ввімкнутого в мережу
129 Чому температура пари яка надходить у парову турбіну нижча
за температуру пари що виходить з неї
130 Накреслити криві ізобарного ізохорного ізотермічного процесів
на діаграмах залежності V T P T P V
131 Як пояснити утворення роси і туману
132 Коли і чому на дроті лінії електропередач зrsquoявляється іній
133 Обrsquoєм посудини в якій міститься насичена пара ізотермічно
збільшили в 5 разів Що сталося з тиском пари
134 Чому туман зrsquoявляється в вечірній час а зранку зникає
135 Чому після дощу стає холодніше Пояснити це явище
4 Довідкові дані
Фундаментальні фізичні сталі
Гравітаційна стала 221110676 кгмНG sdotsdot= minus
Прискорення вільного падіння 2см819=g
Стала Авогадро 12310026 minussdot= мольN A
Стала Больцмана КДжk2310381 minussdot=
Стала Лошмідта 3250 10692 minussdot= мn
Газова стала КмольДжR sdot= 3148
41
Молярний обrsquoєм ідеального газу
при ну мольмV
330 1041322 minussdot=
Густина деяких речовин
Речов
ина ρsdot10
3 (кгм
3) Речовина ρsdot10
3
(кгм3)
мідь 86 вода 100
залізо 79 гліцерин 126
свине
ць
113 касторове
масло
089
ртуть 136 повітря 000129
Молярні маси деяких речовин
Речовин
а
Молекул
а
micro10- 3
кгмоль Речовина
Молекул
а
micro10-3
кгмоль
Азот N2 28 Гелій Hе 4
Аргон Ar 40 Кисень О2 32
Неон Ne 20 Повітря - 29
Вода H2O 18 Ртуть Hg 201
Водень H2 2 Кухонна
сіль NaCl 58
Вуглекг CO2 44
Нормальні умови
КT 2730 = атмстртммПаp 176010011 50 ==sdot=
Питомі теплоємності для деяких речовин
Сталь КкгДжc sdot= 460
Свинець КкгДжс sdot= 126
Питома теплота плавлення свинцю КкгДж sdotsdot= 410262λ
42
Символи і відносні атомні маси деяких хімічних елементів
H He C N O Cu K Li Na
1 4 12 14 16 64 39 6 23
Деякі параметри води
питома теплота пароутворення при 100degС ndash кгМДжr 262=
питома теплоємність ndash КкгкДжс sdot= 194
питома теплота плавлення при 0degС ndash кгДж510353 sdot=λ
43
Критичні параметри
Елемент КкрT
МПакрp
азот 12
6
34
кисень 15
4
507
Ефективні діаметри молекул
Елем
ент
нмσ
азот 03
0
гелій 02
0
Префікси для утворення кратних одиниць
Префікс Позначення Числове
значення Префікс Позначення
Числове
значення
тера Т T 1012
піко п p 10-12
гіга Г G 109 нано н n 10
-9
мега М M 106 мікро мк micro 10
-6
кіло к k 103 мілі м m 10
-3
Одиниці довжини обrsquoєму тиску концентрації кількості
теплоти коефіцієнта дифузії використані в задачах (в СІ) 333 10111 мдмл minussdot== Нкгс 891 = Джкал 1941 =
мдм 1101 minus= мсм 2101 minus= 363 101 мсм minus= 363 101 мсм =minus
Памкгс 891 2 = ПаабомНсмкгс 242 10891 sdot=
Паммкгс 62 10891 sdot= Паатм 5100111 sdot= (фізична атмосфера)
44
Паат 5109801 sdot= (технічна атмосфера) смссм 101 242 minus=
45
Одиниці в яких вимірюються деякі фізичні величини (в СІ)
Робота енергія ЕА Дж
Кількість теплоти Q Дж
Потужність P або N Джс=Вт
Тиск р Па=Нм2
Молярна маса micro кгмоль
Концентрація п м-3
Теплоємність питома с ДжкгmiddotК
Теплоємність молярна С ДжмольmiddotК
Поверхневий натяг α Нм
Динамічна вrsquoязкість η Паmiddotс=Нmiddotсм2=кгмmiddotс
Коефіцієнт дифузії D м2с
Коефіцієнт теплопровідності κ ВтмmiddotК
Приріст ентропії S∆ ДжК
Сталі Ван-дер-Ваальса а та b Нmiddotм4моль
2 та м
3моль
5Література
1 Загальна фізика за редакцією Ковалець МО Орленка ВФ
Частина1 Інтерактивний комплекс навчально-методичного
забезпечення Рівне 2009
2 Волькенштейн ВС Сборник задач по общему курсу физики- М
ldquoНаукаrdquo1985-1989
3 Иродов ИЕ Задачи по общей физике-МrdquoНаукаrdquo 1982
4 Савельев ИВ Сборник вопросов и задач по общей физике-
МldquoНаукаrdquo1982
5 Чертов АГВоробьев АА Федоров МВ Задачник по физике -М
ldquoВысшая школаrdquo1988
6 Х Кухлинг Справочник по физике-М ldquoМирrdquo1985
3
ЗМІСТ
Розділ 2 Молекулярна фізика і термодинаміка ----------------- 4
1 Основні закони та співвідношення ------------------------------- 4
2 Приклади розвrsquoязування задач ------------------------------------ 8
3 Задачі для самостійного розвrsquoязування ------------------------ 26
31 Молекулярна фізика ----------------------------------------------- 26
32 Термодинаміка Реальні гази ----------------------------------- 32
Таблиця для самостійної роботи ------------------------------------ 38
Задачі для усного розвrsquoязування ------------------------------------ 38
4 Довідкові дані ---------------------------------------------------------- 40
5Література --------------------------------------------------------------- 45 ПЕРЕДМОВА
Мета практичних занять з фізики ndash закріпити знання теоретичного
матеріалу шляхом вироблення вмінь та навичок його застосування до
розвrsquoязування задач Історично сформувався певний алгоритм цього
процесу
1 Перш за все потрібно зrsquoясувати до якого розділу відноситься дана
задача і ознайомитись з теорією цього розділу
2 Умову задачі слід записати словесно і скорочено у
загальноприйнятих символічних позначеннях (див Приклади
розвrsquoязування задач)
3 Дані задачі та необхідні константи перевести до однієї системи
одиниць (загальноприйнятою зараз є міжнародна система одиниць СІ)
4 Зробити малюнок до задачі або зобразити процес графічно (за
винятком окремих очевидних випадків) малюнок допомагає збагнути
зміст задачі і часто підказує ідею її розвrsquoязання
5 Розвrsquoязати задачу у загальному вигляді і отримати робочу
формулу шуканої величини Розвrsquoязання супроводжувати короткими
поясненнями які розкривають логіку міркувань
6 Підставити у робочу формулу дані задачі та константи і
обрахувати числове значення шуканої величини вказавши її одиницю
Точність обчислень не повинна перевищувати точність заданих
величин
7 Переконатись у laquoрозумностіraquo одержаного результату як з точки
зору його розмірності так і з точки зору відповідності до загальних
законів природи
4
Розділ 2 Молекулярна фізика і термодинаміка 1 Основні закони та співвідношення
bull Кількість речовини AN
Nm==
microν
де m ndash маса речовини micro ndash молярна маса N ndash число молекул NA ndash стала
Авогадро
bull Звязок молярної маси micro з масою однієї молекули 0т
ANm0=micro
bull Рівняння стану ідеального газу (рівняння Клапейрона)
для даної маси газу const=T
pV
де p ndash тиск T ndash абсолютна температура V ndash обrsquoєм газу
При ізопроцесах рівняння стану ідеального газу
constpVconstT == ndash рівняння ізотерми (закон Бойля-Маріотта)
constT
Vconstp == ndash рівняння ізобари (закон Гей-Люссака)
constT
pconstV == ndash рівняння ізохори (закон Шарля)
bull Рівняння Менделєєва-Клапейрона
RTpV ν=
де R-універсальна газова стала
bull Звязок тиску з концентрацією молекул газу
nkTp =
де VNn = ndash концентрація ANRk = ndash стала Больцмана
bull Густина газу nmRT
psdot=
sdot= 0
microρ
bull Закон Дальтона sum=i
ipp
де p ndash тиск суміші газів ip ndash парціальний тиск і-ї компоненти газової
суміші
bull Молярна маса суміші газів
sum=
i i
i
cc m
m
micro
micro
де cm ndash маса суміші im та imicro ndash маса і молярна маса і-тої компоненти
5
bull Основне рівняння молекулярно-кінетичної теорії (мкт)
ідеального газу
( )1
3
2кnЕp =
де ( )1кЕ ndash середня кінетична енергія поступального руху однієї
молекули
( )kT
mЕ квк
2
3
2
201 ==υ
де квυ ndash середня квадратична швидкість молекул
microυ
RTкв
3=
bull Інша форма запису основного рівняння мкт газів
кEpV3
2=
де кE ndash кінетична енергія поступального руху всіх молекул газу
bull Середня арифметична швидкість хаотичного теплового руху
молекул πmicro
υRT8
=
bull Найімовірніша швидкість молекул
micro
υRT
ім2
=
bull Звязок між швидкостями імкв υυυ
імкв υυ sdot= 211 імυυ sdot= 131
bull Робота розширення (стискання) газу
int=2
1
V
V
pdVA
де 1V та 2V ndash початковий і кінцевий обrsquoєми газу
bull Робота при ізопроцесах
ізотермічний процес 1
2lnV
VTRA ν= або
2
1lnp
pTRA ν=
ізобарний процес ( ) VpVVpA ∆equivminus= 12 або TRA ∆=ν
ізохорний процес 0=A
6
bull Число ступенів вільності молекул
3=i для одноатомних молекул
5=i для двоатомних молекул
6=i для три і багато атомних молекул
bull Середня кінетична енергія молекули
( )kT
iEк
2
1 =
де і- число ступенів вільності молекули
bull Внутрішня енергія ідеального газу
RTi
U2
ν=
bull Перше начало (закон) термодинаміки (інтегральна форма)
UAQ ∆+=
де Q ndash кількість наданої системі теплоти A ndash робота системи проти
зовнішніх сил U∆ ndash приріст внутрішньої енергії системи
bull Диференціальна форма запису першого закону
термодинаміки
dUAQ += δδ
bull Звязок молярної теплоємності ( )C з питомою
теплоємністю (с) речовини
microsdot= cC
bull Молярна теплоємність ідеального газу при сталому обrsquoємі
Ri
CV2
=
bull Молярна теплоємність ідеального газу при сталому тиску
Rі
С р2
2+=
bull Рівняння Майєра
RCC Vp +=
bull Рівняння адіабати ідеального газу
const=γPV або const1 =minusγ
TV або const1 =minusγγPT
де γ - показник адіабати (коефіцієнт Пуассона)
7
i
i
C
C
V
p 2+==γ
bull Робота газу при адіабатному процесі
TCUA V ∆sdotminus=∆minus= ν
bull Коефіцієнт корисної дії теплової машини
1Q
A=η
де A ndash робота виконана робочим тілом за цикл 21 QQA minus= 1Q
ndash кількість теплоти одержаної тілом за цикл від нагрівника 2Q ndash
кількість теплоти відданої тілом за цикл холодильнику
bull Коефіцієнт корисної дії циклу Карно
1
21
T
TT minus=η
де 1T ndash температура нагрівника 2T ndash температура холодильника
bull Приріст ентропії у випадку оборотного термодинамічного
процесу
int=minus=∆B
A
ABT
QSSS
δ
де SA та SB ndash значення ентропії що відповідає початковому і кінцевому
стану системи Qδ ndash елементарна кількість теплоти T
Qδ ndashзведена
теплота
bull Середня довжина вільного пробігу молекули
nz 2
2
1
σπ
υλ == υσπ nz
22=
де υ ndash середня арифметична швидкість теплового руху частинки
z ndash середнє число зіткнень за одиницю часу σ ndash ефективний діаметр
молекули n- концентрація молекул
bull Характеристики речовини у процесах перенесення
коефіцієнт дифузії λυ3
1=D
коефіцієнт внутрішнього тертя (динамічна вrsquoязкість)
8
λυρη3
1=
коефіцієнт теплопровідності λυρκ Vc3
1=
де ρ ndash густина Vс - питома теплоємність газу при сталому обrsquoємі
bull Звязок критичних параметрів речовини з поправками Ван-
дер-Ваальса laquoаraquo та laquobraquo
критичний тиск 227b
apкр =
молярний критичний обrsquoєм bV кр 3=micro
критична температура bR
aTкр
27
8=
bull Нормальні умови
KT 2730 = атмртстммПаp 176010011 50 ==sdot=
2 Приклади розвrsquoязування задач
Приклад 1 Скільки молекул є в 1 м3 води Яка маса молекули
води Вважаючи що молекули мають форму кульок що дотикаються
між собою знайти діаметр молекули
Розвrsquoязання
Використаємо формулу для розрахунку кількості
речовини (через масу і через число молекул)
AN
Nm=
micro
micro ndash молярна маса AN ndash стала Авогадро Число
молекул micro
AmNN =
Розділимо тепер праву і ліву частину одержаної рівності на
обrsquoєм ( )V і врахуємо що nVN = а ρ=Vm ndash густина Отримаємо
шукану концентрацію молекул micro
ρ ANn =
Дано
OH2
V=1 м3
кульки
n 0m d
9
З таблиць 3310001 мкгsdot=ρ 12310026 minussdot= мольN A
молькг31018 minussdot=micro Тому
328
3
233
103431018
1002610001 minusminus
sdot=sdot
sdotsdotsdot= мn
Масу однієї молекули можна розрахувати використовуючи
співвідношення ANm0=micro
ANm
micro=0
кгm26
23
3
0 1099210026
1018 minusminus
sdot=sdot
sdot=
Нехай на ділянці довжиною 1 м тісно вкладається ряд із z молекул
Тоді в обrsquoємі 1 м3 будуть розміщені 3
z молекул тобто 2810343 sdot
молекули (див вище розраховану концентрацію) Тому
193 28 1022310343 minussdot=sdot= мz
Відповідно діаметр однієї молекули z
d1
=
тобто мd10
910113
10223
1 minussdot=sdot
=
Відповідь 32810343 minussdot= мn кгm26
0 10992 minussdot= мd1010113 minussdot=
Приклад 2 Чому дорівнює густина повітря в посудині якщо вона
відкачана до найвищого розрідження якого можна досягнути
сучасними лабораторними методами 10 11 стртммр minus=
Температура повітря 15ordmС
Розвrsquoязання
Рівняння стану ідеального газу
(Менделєєва-Клапейрона)
RTpV ν=
де micro
νт
= - кількість молей повітря в
посудині
Дано
Па
стртммр
11
11
103133
10
minus
minus
sdot=
==
КTCt 28815 =rArrdeg=
молькгпов
31029 minussdot=micro
КмольДжR sdot= 318
minusρ
10
Домножимо рівняння стану на V
1
Отримаємо для тиску micro
ρRTр =
звідки RT
рmicroρ =
314311
1061288318
1029103133мкгminus
minusminus
sdot=sdot
sdotsdotsdot=ρ
Відповідь 3141061 мкгminussdot=ρ
Приклад 3 Скільки молекул повітря виходить з кімнати обrsquoємом 3120 мV = при підвищенні температури від Ct deg= 151 до Ct deg= 252
Атмосферний тиск нормальний Пар 510011 sdot=
Розвrsquoязання
Вважаємо газ ідеальним Рівняння
Менделєєва-Клапейрона для двох станів
матиме вигляд
=
=
22
11
RTm
pV
RTm
pV
micro
micro
Для кількості молей повітря у двох станах
micro1m
та micro
2m будемо відповідно мати
=
=
2
2
1
1
RT
pVm
RT
pVm
micro
micro
Віднімемо від першого рівняння друге
Тоді кількість молекул AA NTTR
pVN
mmN sdot
minus=sdot
minus=
21
21 11
micromicro
Дано 3120мV =
КTCt 288151 =rArrdeg=
КTCt 298252 =rArrdeg=
молькгпов31029 minussdot=micro
КмольДжR sdot= 318
12310026 minussdot= мольNA
Пар 510011 sdot=
minusN
11
Після перетворення маємо ( )
21
12
TRT
TTpVNN A minus
=
( ) 26235
10298288318
2882981002612010011asymp
sdotsdot
minussdotsdotsdotsdot=N молекул
Відповідь з кімнати вийшло N=1026
молекул
Приклад 4 В балоні обrsquoємом лV 10= знаходиться гелій під
тиском МПаp 011 = при температурі Ct deg= 271 Після того як з
балона було взято гm 10=∆ гелію температура в балоні зменшилася
до Cto172 = Визначити тиск 2p гелію що залишився
Розвrsquoязання
Застосуємо рівняння Менделєєва-Клапейрона до
початкового і кінцевого станів газу
11
1 RTm
Vpmicro
= 22
2 RTm
Vpmicro
=
де 1m та 2m ndash маси газу в обох станах micro ndash молярна
маса Т ndash абсолютна температура R ndash універсальна
газова стала З цих рівнянь маємо
1
11
RT
Vpm
micro=
2
22
RT
Vpm
micro= або
2
2
1
121
RT
Vp
RT
Vpmm
micromicrominus=minus За умовою задачі mmm ∆=minus 21
тому
∆minus=
V
Rm
T
pTp
micro1
122
KT 3001 = KT 2902 = Паp6
1 1001 sdot= кгm21001 minussdot=∆
КмольДжR sdot= 318 молькг31004 minussdot=micro 321001 мVminussdot=
Паp5
23
26
2 106310011004
3181001
300
1001290 sdot=
sdotsdotsdot
sdotsdotminus
sdot=
minusminus
minus
Відповідь p2= Па51063 sdot
Дано
лV 10= He
МПаp 011 =
Ct deg= 271 гm 10=∆
Ct deg=172 2p
12
Приклад 5 Якою має бути кінетична енергія поступального руху
двох кіломолів кисню щоб його молекули могли покинути Землю
Яка при цьому має бути температура Знайти тиск газу за цих умов
якщо його обrsquoєм 10 м3 Газ вважати ідеальним
Розвrsquoязання
Молекула газу може покинути Землю якщо її
швидкість 2υυ ge 2υ ndash друга космічна швидкість
Отже має виконуватися нерівність
( )2
2201 υm
Ек ge (1)
а для заданої кількості газу кінетична енергія
поступального руху молекул 2
22υm
Eк ge
де ( )1кE ndash кінетична енергія поступального руху однієї молекули 0m
ndash маса однієї молекули m ndash маса всього газу Масу газу виразимо
через кількість речовини νmicro=m
Мінімальна кінетична енергія 2
2
2υνmicro=кE
молькг31032 minussdot=micro моль3102 sdot=ν см32 10211 sdot=υ
( )ДжEк
9
2333
10042
102111021032sdot=
sdotsdotsdotsdotsdot=
minus
Температуру газу знайдемо підставивши в (1) вираз ( )kTЕк
2
31 = і
застосувавши звязок молярної маси з масою однієї молекули
ANm0=micro та означення сталої Больцмана AN
Rk = R ndash універсальна
газова стала AN ndash стала Авогадро
Маємо 22
3 22υmicro
ANkT = або
RT
3
22microυ
=
( )КT
5
233
106113183
102111032sdot=
sdot
sdotsdot=
minus
Тиск розрахуємо виходячи з основного рівняння мкт газів
Дано 310мV =
2О кмоль2=ν
2υυ ge
Ек р Т
13
кEpV3
2=
V
Ep к
3
2=
Паp8
9
1072103
10042sdot=
sdot
sdotsdot=
Відповідь ДжEк91004 sdot= КT
510611 sdot= Пар 81072 sdot=
Приклад 6 Визначити густину суміші що містить гm 41 = водню
та гm 322 = кисню при температурі КT 280= і тиску кПаp 93=
Який обrsquoєм займає газ
Розвrsquoязання
Густина газу RT
pcmicroρ =
де cmicro ndash молярна маса R ndash універсальна газова
стала
Молярна маса суміші
sum=
i i
i
cc m
m
micro
micro
де cm ndash маса суміші ( )21 mmmc += im та imicro ndash маса і молярна
маса і-тої компоненти Тепер густина суміші
( )TRmm
pmm 1
2
2
1
1
21
micromicro
ρ+
+=
кгm3
1 104 minussdot= кгm3
2 1032 minussdot= молькг31 102 minussdot=micro
молькг32 1032 minussdot=micro Паp
41039 sdot=
( ) 3
3
3
3
3
433
480280318
1
1032
1032
102
104
10391032104мкг=
sdot
sdot
sdot+
sdot
sdot
sdotsdotsdot+sdot=
minus
minus
minus
minus
minusminus
ρ
Обrsquoєм газу знайдемо виходячи з означення густини
( )ρρ 21 mmmV c +==
( ) 333 01704801032104 мV =sdotsdot+sdot= minusminus
Відповідь 3480 мкг=ρ 30170 мV =
Дано
( )21 H4 гm =
( )22 32 Oгm =
КT 280=
кПаp 93=
ρ V
14
Приклад 7 Знайти середню довжину вільного пробігу молекул
водню при тиску 133 мПа якщо середня арифметична швидкість
молекул υ =103middot103
см
Розвrsquoязання
Середня довжина вільного пробігу
молекул знаходиться за формулою
n2
2
1
πσλ =
З рівняння стану ідеального газуkT
pn =
де AN
Rk = ndash стала Больцмана
Отже p
Тk22πσ
λsdot
=
(1)
де Т ndash температура k ndash стала Больцмана σ - ефективний діаметр
молекули Для знаходження температури врахуємо що середня
арифметична швидкість руху молекул microπ
υRT8
=
Температура R
T8
2υπmicro=
Підставляючи у формулу (1) вираз для температури отримаємо
pNpR
k
A2
2
2
2
2828 σ
υmicro
σ
υmicroλ ==
( )( )
2
21023
233
104413301032100264118
10031102 minus
minus
minus
sdot=sdotsdotsdotsdotsdotsdot
sdotsdotsdot=λ м
Відповідь =λ 44middot10ndash2
м
Приклад 8 Розрахувати молярну теплоємність ідеального газу за
умови що тиск прямо пропорційний до обrsquoєму
Дано
micro = 2middot10ndash3
молькг
р = 133 мПа = 0133
Па
σ = 23middot10ndash10
м
υ = 103middot103 см
NA =602middot1023
мольndash1
КмольДжR sdot= 318
λ
Дано
Vp ~
15
Розвrsquoязання
За означенням dT
QC
ν
δ=
де Qδ ndash елементарна кількість теплоти dT ndash елементарний приріст
температури ν ndash кількість речовини
Перше начало термодинаміки
dUAQ += δδ
де Aδ ndash елементарна робота газу проти зовнішніх сил
dU - елементарний приріст внутрішньої енергії системи
dTRi
dU2
ν=
де i ndash число ступенів вільності молекул R ndash універсальна газова
стала
pdVA =δ
За умовою задачі Vp α= де α ndash деяка стала величина Тиск
запишемо виходячи з рівняння Менделєєва-Клапейрона
V
RTp
ν=
Прирівняємо праві частини останніх двох рівнянь
RTV να =2
і продиференціюємо цю рівність
RdTVdV να =2 або RdTpdV ν=2
Тепер уже можна записати вираз для елементарної роботи
RdTA νδ2
1=
і розрахувати теплоємність
VCRiRR
dT
RdTi
RdT
C +=+=+
=222
22
1
ν
νν
де VC ndash молярна теплоємність при сталому обrsquoємі
Відповідь 2
RCC V +=
C
16
Приклад 9 В циліндрі під поршнем котрий може вільно
переміщуватися знаходиться 10г азоту Яка кількість теплоти 1Q
необхідна для нагрівання азоту від температури KT 2831 = до
температури KT 2982 = Порівняйте цю теплоту з необхідною
теплотою 2Q для нагрівання такої ж кількості газу в тому ж
температурному інтервалі при постійному обrsquoємі а також визначте
зміну внутрішньої енергії і роботу розширення
Розвrsquoязання
Будемо вважати що газ ідеальний У першому
випадку маємо справу з ізобарним процесом тому
TCm
Q p∆=micro
1
де micro ndash молярна маса pC - молярна теплоємність
при сталому тиску 12 TTT minus=∆
У процесі ізохорного нагрівання (другий
випадок)
TCm
Q V ∆=micro
2
Молярні теплоємності
Ri
CV2
= Ri
RCC Vp2
2+=+=
тому
i
i
C
C
V
p 2+=
i
i
Q
Q 2
2
1 +=
Зміну внутрішньої енергії розраховують за формулою
TRim
U ∆=∆2micro
а роботу розширення газу ndash на основі першого закону термодинаміки
( ) Ui
TTRm
TRim
TRim
UQA ∆=minus=∆minus∆+
=∆minus=2
22
2121
micromicromicro
або безпосередньо за формулою
TRm
A ∆=micro
Дано
гm 10=
N2
KT 2831 =
KT 2982 =
а) const=p
б) const=V
2
1
Q
Q U∆ A
17
кгm31010 minussdot= 5=i (двоатомний газ) молькг31028 minussdot=micro
КмольДжR sdot= 318
415
25
2
1 =+
=Q
Q ( ) ДжU 111283298318
2
5
1028
1010
3
3
=minussdotsdot
sdot=∆
minus
minus
ДжА 4441115
2=sdot=
Відповідь 4121 =QQ ДжU 111=∆ ДжА 444=
Приклад 10 В калориметр з водою з загальною
теплоємністю С=1670 ДжК при температурі Ct deg= 201 поклали
гm 1001 = льоду температура якого Ct degminus= 82 Яка встановиться
температура Питома теплота плавлення льоду кгДж 10353 5sdot=λ
питома теплоємність льоду КкгДжс sdotsdot= 31012
Розвrsquoязання В задачах про лід потрібно спочатку
зrsquoясувати чи розтане весь лід якщо про
це не сказано в умові Коли в
калориметр кинули лід вода в ньому
почала охолоджуватися Теплота яка
виділиться при охолодженні
калориметра
( )011 ttCQ minus=
де Ct deg= 00 - температура кристалізації
води або плавлення льоду
Теплота необхідна для нагрівання льоду
до температури плавлення Ct deg= 00
( )202 ttтсQ minus=
Теплотанеобхідна для плавлення льоду
mQ λ=3
Підставимо числові значення ( ) ДжQ 3340002016701 =minus=
( )( ) ДжQ 168080101012 32 =minusminussdotsdotsdot=
ДжQ 33000101033 53 =sdotsdot=
Дано
КДжС 1670=
Ct deg= 201
Сt degminus= 82
кггт 101001 ==
кгДж51033 sdot=λ
КкгДжс sdotsdot= 31012
Ct deg= 00
minust
18
Проаналізуємо отримані результати 21 QQ gt - це означає що лід
нагріється до Cdeg0 але 321 QQQ +lt (33400lt34680 Дж) - це означає
що не весь лід розтане Тому кінцева температура буде
Cdeg0
Відповідь t= Cdeg0
Приклад 11 Треба стиснути повітря від обrsquoєму 32101 мminussdot до
обrsquoєму 33102 мminussdot Як вигідніше його стискувати адіабатно чи
ізотермічно
Розвrsquoязання
Порівняємо роботу при заданих процесах У
випадку адіабатного процесу
TRi
Аад ∆minus=2
ν
де ν ndash кількість речовини i ndash число ступенів
вільності молекули R ndash універсальна газова стала
T∆ ndash приріст температури ( )12 TTT minus=∆
Скористаємося рівнянням Пуассона
const1 =minusγTV
і виразимо зміну температури через зміну обrsquoєму 1
221
11minusminus = γγ
VTVT
або
1
2
112
minus
=
γ
V
VTT або
minus
=∆
minus
1
1
2
11
γ
V
VTT
Врахуємо що показник адіабати i
i 2+=γ
тобто i21 =minusγ Тоді
minus
minus=
minus1
2
11 11
γ
γ
ν
V
VRTАад
У випадку ізотермічного процесу 1
21 ln
V
VRTАіз ν=
Дано 32
1 101 мVminussdot=
332 102 мV
minussdot=
із
ад
А
А
19
Тепер
1
2
1
2
1
ln
1
1
1
V
V
V
V
А
А
із
ад
minus
minus
minus=
γ
γ
Підставимо числові значення для повітря 41=γ
41
101
102ln
102
1011
141
1
3
2
141
3
2
=
sdot
sdot
sdot
sdotminus
minus=
minus
minus
minus
minus
minus
із
ад
А
А
Відповідь вигідніше стискувати ізотермічно
Приклад 12 В циліндрі під поршнем знаходиться водень масою
002 кг при температурі 300 К Водень спочатку розширився
адіабатно збільшивши свій обrsquoєм у 5 разів а потім був стиснутий
ізотермічно до попереднього обrsquoєму Знайти температуру в кінці
адіабатного процесу і роботу виконану газом під час цих процесів
Зобразити процеси графічно
Розвrsquoязання
Температура і обrsquoєм газу в адіабатному
процесі повrsquoязані рівнянням адіабати 1
2
1
1
2
minus
=
γ
V
V
Т
Т (1)
де i
i 2+=γ ndash показник адіабати
Для водню показник адіабати дорівнює
415
25=
+=γ
Згідно формули (1) γminus
=
1
1
212
V
VТТ
Роботу в адіабатному та ізотермічному
процесах знайдемо скориставшись відповідними формулами
Дано
М = 002 кг
micro = 2middot10ndash3
молькг
і = 5
V2 = 5V1
V3 = V1
Т1 = 300 К
КмольДжR sdot= 318
Т2 А1ndash2 А2ndash3
р
V V1 V2
1
Адіабата
Ізотерма 2
3
20
( ) ( )22
211221 ТТRіM
ТТRіM
А minussdot=minussdotminus=minusmicromicro
2
12
2
3232 lnln
V
VRT
M
V
VRT
MА
micromicro==minus
1585300 402 =sdot= minusТ К
4
321 10982)157300(3182
5
102
020sdot=minussdotsdotsdot
sdot=
minusminusА Дж
4
332 10125
1ln157318
102
020sdotminus=sdotsdot
sdot=
minusminusА Дж
Відповідь Т = 158 К А1-2 = 298middot104 Дж А2-3 = ndash21middot10
4 Дж Графік
процесів показано на малюнку
Приклад 13 Нагрівник теплової машини що працює за циклом
Карно має температуру Ct deg= 2001 Визначити температуру 2T
холодильника якщо при надходженні від нагрівника кількості
теплоти ДжQ 011 = машина виконує роботу ДжA 400=
Розвrsquoязання
За означенням ККД теплової машини
1Q
A=η
а для циклу Карно 1
21
T
TT minus=η
Прирівнявши праві частини виписаних співвідношень
Маємо 1
21
1 T
TT
Q
A minus=
Звідки
minus=
112 1
Q
ATT
Підставимо числові значення KT 4731 =
КT 28001
40014732 =
minus=
Дано
Ct deg= 2001 ДжQ 011 =
ДжA 400=
2T
21
Відповідь KT 2802 =
Приклад 14 Знайти витрату бензину автомобіля на S=1 км шляху
при швидкості годкм 60=υ Потужність двигуна 17 кВт ККД
двигуна 30=η питома теплота згоряння бензину q=45middot106 Джкг
Розвrsquoязання
При згорянні палива виділяється теплота
mqQ sdot=
ККД двигуна Q
Aкор=η Отже
qmQAкор ηη == З другої сторони з
врахуванням потужності υ
SNtNА sdot=sdot=
Прирівнявши ці два вирази отримаємо
q
NSm
ηυ=
Підставимо числові значення
кгт 08045middot1071630
1010176
33
asympsdotsdot
sdotsdot=
Відповідь m = 008 кг
Приклад 15 Ідеальний двоатомний газ здійснює цикл який
складається з двох ізотерм і двох ізохор При цьому найбільша
температура газу 500 К найменша ndash 300 К найбільший обrsquoєм 12 л
найменший ndash 3 л Знайти ККД циклу
Розвrsquoязання
Дано
мкмS3101 ==
смгодкм 71660 ==υ
ВтN31017 sdot=
3030 == ηη
кгДжq 1045 6sdot=
minusт
Дано
5=і
КТ 5001 =
КТ 3002 =
22
p 1
4
T1
T2
2
3
V1 V2 V
ККД циклу Q
А=η
де A - робота виконана газом Q - теплота
отримана газом Розглянемо ізопроцеси При
ізотермічних процесах 0=∆U оскільки
температура не змінюється З першого закону
термодинаміки ( AUQ +∆= ) випливає що в
цьому випадку вся отримана газом теплота
йде на виконання роботи AQ =
Для процесу 1rarr2 маємо
01
211121
2
1
2
1
gt==== intintrarrV
VnRT
m
V
dVRT
mpdVAQ
V
V
V
V
lmicromicro
де тиск V
RTт
р1
1 sdot=micro
Для процесу 3rarr4 маємо
01
222243
2
1
1
2
ltminus=minus=== intintrarrV
VnRT
m
V
dVRT
mpdVAQ
V
V
V
V
lmicromicro
- газ віддає
теплоту
Для ізохорних процесів обrsquoєм не змінюється тому 0=А З першого
закону термодинаміки TRmi
UQ ∆=∆=micro2
Для процесу 2rarr3 маємо
( ) ( ) 022
211232 ltminusminus=minus=rarr TTRmi
TTRmi
Qmicromicro
- газ віддає теплоту
Для процесу 4rarr1 маємо ( ) 02
2114 gtminus=rarr TTRmi
Qmicro
Отже газ виконав роботу ( )211
221 TT
V
VnR
mAAA minus=+= l
micro
Газ отримав теплоту ( )
minus+=+= rarrrarr 21
1
211421
2TT
i
V
VnTR
mQQQ l
micro
Тоді ККД цикла
331 1033 млV
minussdot==
332 101212 млV
minussdot==
minusη
23
( )
( )
( )
( )211
21
211
2
211
21
211
2
22TT
i
V
VnT
TTV
Vn
TTi
V
VnTR
m
TTV
VnR
m
Q
А
minus+
minus
=
minus+
minus
==
l
l
l
l
micro
microη
( )
( )23230
3005002
5
103
1012500
300500103
1012
3
3
3
3
=rArr=
minus+sdot
sdotsdot
minussdot
sdot
=
minus
minus
minus
minus
ηη
n
n
l
l
( 386169302224 =sdot== nn ll )
Відповідь 23=η
Приклад 16 Знайти приріст ентропії при перетворенні 1 г води з
температурою 0degС в пару при 100degС
Розвrsquoязання
Зміна ентропії у випадку оборотного
термодинамічного процесу
int=∆B
AT
QS
δ
де Qδ ndash елементарна кількість теплоти T ndash абсолютна
температура A та B ndash формальні позначення
вихідного і кінцевого стану системи
Розібrsquoємо інтеграл у правій частині виписаної формули на два
доданки що відповідають двом процесам заданим в умові
intint +equiv∆+∆=∆B
C
C
AT
Q
T
QSSS
δδ21
де 1S∆ ndash приріст ентропії при нагріванні води від температури 1T до
температури 2T 2S∆ ndash приріст ентропії при випаровуванні ( 2T за
умовою задачі ndash температура кипіння води)
У першому доданку
cmdTQ =δ
де c ndash питома теплоємність води У другому доданку const2 =T а
Дано
гm 1=
OH2 Ct deg= 01
Ct deg= 1002 S∆
24
rmQQ
B
C
==intδ
де r ndash питома теплота пароутворення Маємо
+=+=∆ intint
21
2
2
ln12
1T
r
T
TcmQ
TT
dTcmS
B
C
T
T
δ
КкгДжс sdotsdot= 310194 кгДжr510622 sdot= кгm
3101 minussdot=
КT 2731 = КT 3732 =
КДжS 47373
10622
273
373ln10194101
533 =
sdot+sdotsdot=∆ minus
Відповідь КДжS 47=∆
Приклад 17 105 г азоту ізотермічно розширюються від обrsquoєму
лV 21 = до обrsquoєму лV 52 = Знайти приріст ентропії при цьому
процесі
Розвrsquoязання
При ізотермічному процесі Т=const
отже зміна внутрішньої енергії 0=dU
Тоді з першого закону термодинаміки
маємо AQ δδ =
Елементарна робота з врахуванням виразу
для тиску р з рівняння Менделєєва-
Клапейрона V
dVRT
mрdVА
microδ ==
Зміна ентропії в оборотному термодинамічному процесі int=∆B
AT
QS
δ
В нашому випадку 1
22
1
V
VnR
m
TV
TdVR
m
T
АS
V
V
B
A
lmicromicro
δ===∆ intint
молькг 1028 3minussdot=micro - молярна маса азота
Підставимо числові значення
Дано
кггт 310510510 minussdot==
лV 21 =
лV 52 =
constТ =
minus∆S
25
КДжnS 922
5318
1028
10510
3
3
=sdotsdotsdot
sdot=∆
minus
minus
l
Відповідь КДжS 92=∆
Приклад 18 Два кіломолі триатомного газу адіабатно
розширюються в пустоту від 31 1мV = до 3
2 5мV = Температура газу
при цьому зменшується на 15 К Знайти за цими даними постійну laquoаraquo
з рівняння Ван-дер-Ваальса
Розвrsquoязання
Перше начало термодинаміки для адіабатного
процесу має вигляд dUA minus=δ де А ndash робота газу
проти зовнішніх сил U ndash внутрішня енергія За
умовою задачі зовнішнього тиску немає
(розширення в пустоту)
тому 0== dVpAδ
В підсумку маємо що 0=dU
Зміна внутрішньої енергії має дві складові
dTCVν що не залежить від зміни обrsquoєму та
( )VdU що залежить від обrsquoєму Остання складова
рівна роботі сили міжмолекулярного притягання
котра спричинює додатковий внутрішній тиск
2
20
V
aP ν=
( ) dVV
adVPVdU
2
20 ν==
Повна зміна внутрішньої енергії газу
02
2 =+ dVV
adTCV νν
Дано
моль3102 sdot=ν
6=i 0=Qδ
Паp 0=
31 1 мV =
32 5 мV =
KT 15minus=∆
a
26
Звідки dVCV
adT
V2
νminus=
Проінтегруємо останнє співвідношення
int int
minus=minus=
2
1
2
1
122
11T
T
V
V VV VVC
a
V
dV
C
adT νν
тобто
minus=∆
12
112
VViR
aT ν
оскільки молярна теплоємність при постійному обrsquoємі Ri
CV2
=
(і ndash число ступенів вільності R ndash універсальна газова стала)
Тепер маємо
( )21
21
2 VV
VTViRa
minus
∆=
ν
( )
( ) 2
4
3230
511022
51153186
моль
мНa
sdot=
minussdotsdot
sdotsdotminussdotsdot=
Відповідь 2
4
230моль
мН sdot=α
3 Задачі для самостійного розвrsquoязування
Вказівки до розвrsquoязування задач
1 В задачах на теплоту складають рівняння теплового балансу сума
теплоти що виділяється при певних процесах дорівнює сумі теплоти
що поглинається при інших процесах
2 В задачах про лід потрібно спочатку зrsquoясувати (кількісними
підрахунками) чи розтане весь лід якщо про це не сказано в умові
Якщо розтане не весь лід то кінцева температура дорівнюватиме 0ordmС
31 Молекулярна фізика
27
Рівняння стану ідеального газу
1 Балон місткістю 12 л заповнений азотом при тиску 81МПа і
температурі 17degС Знайти масу азоту (113 кг)
2 Яким може бути найменший обrsquoєм балона що містить 64 кг
кисню якщо його стінка при температурі 20degС витримує тиск
160 кгссм2 (32middot10
1 м
3)
3 До якої температури потрібно нагріти ідеальний газ щоб його
густина зменшилася у два рази порівняно з густиною цього газу
при Ct deg= 00 (Т=2Т0=546 К)
4 5 г азоту що знаходиться в закритій посудині місткістю 4 л при
температурі 20degС нагрівають до температури 40degС Знайти тиск
газу до і після нагрівання (р1=108middot105Па р2=116middot10
5Па)
5 Знайти густину водню при температурі 15degС і тиску 730 мм ртст
( 30810 мкг=ρ )
6 Густина деякого газу при температурі 10degС і тиску 2sdot105Па
дорівнює 034 3мкг Чому дорівнює маса одного кіломоля цього
газу ( молькг3104
minussdot=micro )
7 10 г кисню знаходяться під тиском 3 атм при температурі 10degС
Після розширення внаслідок нагрівання при постійному тиску
кисень зайняв обrsquoєм 10 л Знайти 1) обrsquoєм газу до розширення 2)
густину газу до розширення 3) температуру газу після
розширення 4) густину газу після розширення
( 331 1042)1 мV
minussdot= 2) 31 144 мкг=ρ 3) Т2=1170 К 4) 3
2 1 мкг=ρ )
8 6 г вуглекислого газу ( )2CO і 5 г закису азоту ( )ON2 заповнюють
посудину місткістю 2 дм3 Який загальний тиск у посудині при
температурі 127degС (415middot105Па)
9 Яка кількість речовини є в газовому балоні обrsquoємом 2 л при тиску
1013 МПа і температурі 10degС (86 моль)
10 Балон для газового зварювання місткістю 20 л був заповнений
киснем при температурі 15degС Коли частину кисню витратили
тиск у балоні знизився на 5065 кПа Скільки кисню було
витрачено ( кгm 1350=∆ )
11 Температура повітря в посудині обrsquoємом 5 л становить 27degС його
тиск 2026 МПа Визначити масу повітря яке потрібно випустити з
посудини щоб тиск у ній знизився до 1013 МПа ( кгm 0590=∆ )
28
12 Визначити густину повітря в камері шин автомобіля ВАЗ 2110
якщо тиск у камері 018 МПа (надлишковий) а температура 20degС
( 3353 кгм=ρ )
13 Знайти густину суміші 10-2 кг вуглекислого газу і 15sdot10
- 2 кг азоту
при температурі 300 К і тиску 015 МПа ( 3981 кгм=ρ )
14 Знайти молярну масу суміші що утворилася з 38sdot10-3 кг кисню і
22sdot10-2 кг вуглекислого газу ( кгмоль2104 minussdot=micro )
15 Накреслити графіки ізотермічного ізобарного та ізохорного
процесів в ідеальному газі у системах координат р V p T V T
Порівняти ці графіки
16 На рис1 зображено графік зміни стану ідеального газу в
координатах V T Виразити ці процеси графічно в координатах p V
та p T Назвати ці процеси
17 Зміна стану ідеального газу сталої маси зображена на рис2 В т1
температура газу Т0 Визначити температуру газу в т234
(Т2=3Т0 Т3=6Т0 Т4=2Т0)
18 Який обrsquoєм займає суміш газів ndash азоту масою кгm 11 = і гелію
масою кгm 12 = ndash при нормальних умовах (64 м3)
19 Скільки молекул міститься в 1 г водяної пари (33sdot1022
)
20 Скільки молекул буде знаходитися в 1 см3 посудини при 10degС
якщо посудину підкачано до ртстммp11101 minussdot= (34sdot10
5)
21 У балоні місткістю лV 3= знаходиться кисень масою 4 г
Визначити кількість речовини ν газу і концентрацію n його
молекул (ν =0125 моль n=251sdot1025м
-3)
Рис 1 Рис 2
29
22 У балоні було 10 кг газу при тиску 10 МПа Знайти яку масу газу
взяли з балона якщо тиск став рівним 25 МПа Температуру
вважати постійною (75 кг)
23 Балони місткістю лV 201 = і лV 442 = заповнені газом Тиск у
першому балоні МПаp 421 = у другому ndash МПаp 612 =
Визначити загальний тиск p після сполучення балонів якщо
температура газу залишилася попередньою (076 МПа)
24 Газ в кількості m=16 г при тиску р=106 Нм
2 і температурі t=112degС
займає обrsquoєм V=1600 см3 Визначити який це газ (кисень)
25 При якому тиску р густина ρ газоподібного азоту що має
температуру t= - 73degС складає 04 густини води кімнатної
температури 33
010 кгмρ = ( 271042 Нмр sdot= )
26 Відкрита посудина нагріта до температури t2=450degС Яка частина
маси повітря залишилась в ній в порівнянні з тією кількістю яка
була при t1=27degС Розширенням посудини знехтувати
(m2m1=0415)
27 10 г кисню знаходяться під тиском 0303 мкПа при температурі
10degС Після розширення внаслідок нагрівання при постійному
тиску кисень зайняв обrsquoєм 10 л Знайти обrsquoєм газу до розширення і
температуру газу після розширення (V1=24sdot10-3 м
3 Т2=118sdot10
3 К)
28 Скільки молекул повітря буде знаходитись в 1 см3 посудині при
10degС якщо повітря в посудині відкачане до тиску 133 мкПа
(34sdot108)
29 У 1 кг сухого повітря знаходиться m1=232 г кисню і m2=768 г
азоту Знайти відносну молярну масу повітря (microсм=288 кгмоль
microвідн=288 кгмоль)
30 У скільки разів вага повітря взимку (7 0
С) більша за його вагу
влітку (37 0 С) Тиск однаковий (11 рази)
31 У відкритій посудині при Ct0
1 20= є повітря гm 1501 = На яку
величину m∆ зменшиться маса повітря в посудині при нагріванні
її до Ct0
1 100= Зміною розмірів посудини при нагріванні
знехтувати ( m∆ =322 г)
32 У посудині знаходиться суміш 10 г вуглекислого газу і 15 г азоту
Знайти густину цієї суміші при температурі 27 0
С і тиску
15sdot10 5 Па ( 3981 мкг=ρ )
33 Знайти масу атома 1)водню 2) гелію
30
( )(10656)(10671 2727 геліюкгmводнюкгmminusminus sdot=sdot= )
34 Визначити концентрацію n молекул ідеального газу при
температурі Т= 300 К і тиску р =1 МПа ( n=224sdot10 17 м
-3)
Основне рівняння молекулярно-кінетичної теорії газів
швидкості молекул
35 Тиск p газу дорівнює 1 мПа концентрація n його молекул рівна
310101 minussdot см Визначити 1) температуру Т газу 2) середню
кінетичну енергію ( )1кЕ поступального руху молекули
( 1) Т=725 кК 2) ( )1кЕ =15sdot10
-19 Дж)
36 Молекула кисню при нормальних умовах рухається зі швидкістю
425 мс Визначити кінетичну енергію молекули
( ( )1кЕ =48sdot10
-21Дж)
37 Визначити кінетичну енергію поступального руху молекули
аміаку а також повну кінетичну енергію молекул одного моля
аміаку при температурі 373 К ( ( )1кЕ =773sdot10
-21Дж Еk=932 Дж)
38 Визначити сумарну кінетичну енергію теплового руху всіх
молекул кисню (О2) що займають обrsquoєм V=55sdot10-3 м
3 при тиску
р=2026 кПа (Еk=279 кДж)
39 Густина деякого газу 3060 мкгρ = середня квадратична
швидкість його молекул смкв 500=υ Знайти тиск газу на стінки
посудини (5 кПа)
40 Газ займає обrsquoєм лV 1= під тиском атмр 2= Визначити
кінетичну енергію kE поступального руху всіх молекул в даному
обrsquoємі (03 кДж)
41 Кількість речовини деякого газу моль51=ν температура
КТ 120= Визначити кінетичну енергію kE поступального руху
всіх молекул цього газу (73 кДж)
31
42 При якій температурі середня кінетична енергія ( )1кЕ
поступального руху молекули газу рівна Дж2110144 minussdot
(200 К)
43 Посудина зі внутрішнім обrsquoємом лV 4= містить гm 60=
деякого газу під тиском атмр 2= Визначити середню
квадратичну швидкість молекул газу (2 103
см )
43 Середня квадратична швидкість руху молекул деякого газу що
перебуває під тиском 50 кПа дорівнює 449 мс Визначити
густину газу при цих умовах ( 37440 мкг=ρ )
44 При якій температурі середня квадратична швидкість молекул
кисню дорівнює швидкості молекул азоту при температурі 373 К
(Т = 426 К)
46 Знайти середню арифметичну швидкість молекул газу коли
відомо що середня квадратична швидкість 400 мс
( см370=υ )
47 Знайти найбільш імовірну та середню арифметичну швидкості
молекул газу густина якого при тиску 40 кПа дорівнює 03 кгм3
( імυ = 5164 мс υ = 6324 мс)
48 Знайти середню квадратичну швидкість молекул повітря при
температурі 17deg С Повітря вважати однорідним газом з молярною
масою 29sdot10-3 кгмоль ( 500=квυ мс)
49 Визначити середню квадратичну швидкість квυ молекул газу
масою гm 30= що знаходиться в посудині місткістю лV 2= під
тиском кПаp 200= (2sdot10 3 мс)
50 Знайти відношення середніх квадратичних швидкостей молекул
гелію та азоту при однакових температурах (265)
51 Знайти середню квадратичну квυ середню арифметичну υ та
найімовірнішу імυ швидкості молекул водню Обчислення
виконати для трьох значень температури 1) КТ 20=
2) КТ 300= 3) КТ 5000= ( 1) 500 мс 462мс 407 мс
2) 194 кмс 179 кмс 158 кмс 3) 790 кмс 730 кмс 648 кмс)
52 При якій температурі Т середня квадратична швидкість атомів
гелію буде дорівнювати другій космічній швидкості
скм2112 =υ (201 кК)
32
53 Знайти середню арифметичну швидкість υ молекул газу якщо їх
середня квадратична швидкість скмкв 1=υ (092 кмс)
54 Кінетична енергія поступального руху молекул азоту що
знаходиться в обrsquoємі 20 дм3 дорівнює 5 кДж а середня
квадратична швидкість його молекул рівна 2 кмс Знайти 1) масу
азоту в балоні 2) тиск під яким знаходиться азот
( 1) т=25sdot103 кг 2) р=167sdot10
5 Па)
55 Посудина що містить деяку масу одноатомного газу рухається зі
швидкістю u На скільки збільшиться середній квадрат швидкості
теплового руху молекул при зупинці посудини Теплоємність
теплопровідність і маса стінок посудини зникаюче малі
56 Обчислити кількість теплоти що необхідна для нагрівання повітря
від Т1= 273 К до Т2= 303 К при сталому тиску якщо спочатку воно
перебувало при нормальному тиску р1 і мало обrsquoєм V1=50 м3
(∆Q=1948 кДж)
57 Яка кількість теплоти необхідна для нагрівання одного моля
одноатомного газу на 1 К при сталому обrsquoємі (∆Q=124 кДж)
58 Балон місткістю 2sdot10-2
м3 з киснем що має тиск 1013 МПа і
температуру 280 К нагрівають до 300 К Яку кількість теплоти
дістає при цьому газ (∆Q=35 кДж)
59 Визначити кількість теплоти (∆Q) що необхідна для нагрівання
повітря від Т1= 273 К до Т2=298 К при сталому обrsquoємі V1=30 м3
якщо початковий тиск повітря р1 був нормальний
(∆Q=6957 кДж)
32 Термодинаміка Реальні гази
Внутрішня енергія робота розширення газу
перше начало термодинаміки
60 Чому дорівнює енергія теплового руху молекул двоатомного газу
що знаходиться в посудині місткістю 2 л під тиском 015 МПа
(U=750 Дж)
61 10 г кисню знаходяться під тиском 03 МПа при температурі 10degС
Після нагрівання при постійному тиску газ зайняв обrsquoєм 10 л
Знайти 1) кількість теплоти одержаної газом 2) зміну
33
внутрішньої енергії газу 3) роботу виконану газом при
розширенні ( 1) 792sdot103Дж 2) 5660 Дж 3) 226sdot10
3 Дж)
62 2 кмолі вуглекислого газу нагріваються при постійному тиску на
50degС Знайти 1) зміну його внутрішньої енергії 2) роботу
розширення 3) кількість теплоти наданої газу
( 1) 2500 Дж 2) 830 кДж 3) 3300 кДж)
63 Газ що займав обrsquoєм 5 л і знаходився під тиском 02 МПа при
температурі 17degС було нагріто внаслідок чого він ізобарно
розширився Робота розширення газу при цьому виявилася рівною
196 Дж Наскільки нагріто газ (57 К)
64 При ізотермічному розширенні 10 г азоту що знаходиться при
температурі 17degС було виконано роботу 860 Дж У скільки разів
змінився тиск азоту при розширенні (272)
65 1л гелію котрий знаходиться при нормальних умовах ізотермічно
розширюється за рахунок одержаної ззовні теплоти до обrsquoєму 2 л
Знайти 1) роботу виконану газом при розширенні 2) кількість
наданої газу теплоти ( 1) 70 Дж 2) 70 Дж )
66 1 кг двоатомного газу знаходиться під тиском 80 кПа і має
густину 34 мкг=ρ Знайти енергію теплового руху молекул газу
при цих умовах (5sdot104Дж)
67 У посудину в котрій міститься 28 л води при температурі 20degС
вкинули нагрітий до 460degС кусок сталі що має масу 3кг Від цього
вода в посудині нагрілася до 60degС а частина її перетворилася в
пару Визначити масу води котра випарувалася Теплоємністю
посудини знехтувати
68 Знайти для кисню відношення питомої теплоємності при сталому
тиску до питомої теплоємності при постійному обrsquoємі (14)
69 1 кмоль азоту який знаходився при нормальних умовах
розширюється адіабатно від обrsquoєму 1V до обrsquoєму 12 5VV =
Знайти1) зміну внутрішньої енергії газу 2) роботу виконану при
розширенні ( 1) 269 sdot10 6 Дж 2) 269 sdot10
6 Дж)
70 Повітря що при нормальному атмосферному тиску зайняло обrsquoєм
2sdot10-2
м3 адіабатно стискується до обrsquoєму 2sdot10
-3 м
3 Визначити
тиск повітря після стискання (р=254 МПа)
71 Знайти питомі теплоємності азоту та їхні відношення при сталому
обrsquoємі та сталому тиску ( КкДжкгcV sdot= 7420
КкгкДжcp sdot= 041 )
34
72 Знаючи молярну масу газу ( кгмольmicro 31044 minussdot= ) і відношення
питомих теплоємностей (γ=133) обчислити молярні теплоємності
Ср і СV ( СV=0566 кДжкгsdotК Ср=0754 кДжкгsdotК)
Теплоємність адіабатний процес
73 Різниця питомих теплоємностей Vp cc minus деякого двоатомного газу
дорівнює 260 Джкг К Знайти молярну масу micro газу і його питомі
теплоємності pc та cV
( micro=0032 молькг cV=650 ДжкгmiddotК pc =910 ДжкгmiddotК)
74 Молярна маса деякого газу мольг30=micro відношення
41=Vp cc Знайти питомі теплоємності pc і сV цього газу
( сV=693 ДжкгmiddotК pc =910 ДжкгsdotК )
75 До якої температури охолодиться повітря що знаходиться при
температурі 0degС якщо воно розширюється адіабатно від обrsquoєму 1V
до обrsquoєму 12 2VV = (207 К)
76 Газ розширюється адіабатно при цьому обrsquoєм його збільшується
вдвічі а температура падає в 132 рази Яке число ступенів
вільності мають молекули цього газу (5)
77 Чому дорівнюють питомі теплоємності pc і сV деякого
двоатомного газу якщо густина цього газу при нормальних
умовах дорівнює 143 кгм3 (сV=650 ДжкгmiddotК pc =910 ДжкгmiddotК)
78 Двоатомний газ займає обrsquoєм лV 501 = при тиску атмp 501 =
Газ стискується адіабатно до деякого обrsquoєму 2V і тиску 2p а
потім при постійному обrsquoємі 2V охолоджується до початкової
температури При цьому тиск його стає рівним атмp 10 =
Зобразити описаний процес графічно знайти обrsquoєм 2V і тиск 2p
(025 л 132 атм)
79 Газ розширюється адіабатно так що його тиск спадає від 2 атм
до 1 атм Потім він нагрівається при постійному обrsquoємі до
початкової температури причому його тиск зростає до 122 атм
35
Зобразити описаний процес графічно і визначити відношення
Vp cc газу (14)
Цикл Карно ентропія
80 Ідеальна теплова машина що працює за циклом Карно отримує за
кожний цикл від нагрівника 600 кал теплоти Температура
нагрівника 400 К температура холодильника 300 К Знайти
роботу що виконує машина за один цикл і кількість теплоти
котра віддається холодильнику за один цикл
( А=630 Дж Q2=1880 Дж)
81 Ідеальна теплова машина що працює за циклом Карно 23
теплоти одержаної від нагрівника передає холодильнику з
температурою 10degС Визначити температуру нагрівника (4245 К)
82 Ідеальна теплова машина працює за циклом Карно При цьому
80 теплоти одержаної від нагрівника передається
холодильнику Від нагрівника надходить за цикл 15 ккал теплоти
Знайти 1) ККД циклу 2) роботу виконану за цикл
( 1) 20 2) 126sdot103Дж)
83 Ідеальна теплова машина що працює за циклом Карно виконує
за один цикл роботу 735sdot 10 4 Дж Температура нагрівника 100
0 С
температура холодильника 00 С Знайти1) ККД машини
2) кількість теплоти одержаної машиною за один цикл від
нагрівника 3) кількість теплоти яка віддається за один цикл
холодильнику ( 1) 268 2) 274 sdot10 4 Дж 3) 126 sdot10
4 Дж)
84 Ідеальна теплова машина отримує від нагрівника температура
якого 500 К за один цикл 3360 Дж теплоти Знайти кількість
теплоти що передається за один цикл холодильнику температура
якого 400 К Знайти роботу машини за один цикл
(Q2= 2688 Дж А= 672 Дж)
85 Ідеальна теплова машина що працює за циклом Карно має
температуру нагрівника 600 К а холодильника 500 К У скільки
разів потрібно збільшити абсолютну температуру нагрівника щоб
ККД машини збільшився вдвічі (в 125)
86 Визначити ККД циклу і температуру нагрівника теплової
машини яка працює за циклом Карно якщо за рахунок 2 кДж
теплоти одержаної від нагрівника вона виконує роботу 400 Дж
Температура холодильника 480 К (20 600 К)
36
87 Знайти зміну ентропії при ізотермічному розширенні 6 г водню зі
зменшенням тиску від 01 МПа до 50 кПа (173 ДжК)
88 105 г азоту ізотермічно розширюються від обrsquoєму лV 21 = до
обrsquoєму лV 52 = Знайти приріст ентропії в цьому процесі
(29 ДжК)
89 10 г кисню нагріваються від Ct deg= 501 до Ct deg= 1502 Знайти зміну
ентропії якщо нагрівання відбувається 1) ізохорно 2) ізобарно
( 1) 176 ДжК 2) 246 ДжК )
90 У циклі Карно робочим тілом є двоатомний газ Визначити ККД
циклу якщо при адіабатичному розширенні обrsquoєм газу збільшився
від 80 до 102 дм3 (01 або 10)
91 05 кг розплавленого свинцю при температурі плавлення влили в
лід при 0degС Частина льоду розплавилася Знайти зміну ентропії
(50 ДжК)
Реальні гази явища перенесення
92 Знайти критичний молярний обrsquoєм азоту
93 Розрахувати густину кисню у критичному стані
94 Знайти середню довжину вільного пробігу атомів гелію в умовах
коли густина гелію 321 мг=ρ (18sdot10-6 м)
95 Знайти середню довжину вільного пробігу атомів азоту при
температурі 17 0 С і тиску 10
4 Па ( м610 minus=λ )
96 Знайти залежність середнього числа зіткнень молекул z ідеального
газу від тиску р в наступних процесах 1) ізохорному
2)ізотермічному Зобразити ці залежності на графіках
( pzpz asympasymp )2)1 )
97 У посудині знаходиться вуглекислий газ густина якого 321012 мкгminussdot=ρ середня довжина вільного пробігу його
молекул при цих умовах дорівнює см61097 minussdot=λ Знайти
діаметр молекул вуглекислого газу ( d =35sdot 10 -10
м )
37
98 Знайти діаметр молекули кисню якщо відомо що для кисню
коефіцієнт внутрішнього тертя при 0ordm С дорівнює
сПа sdotsdot= minus610818η ( d = 3middot10
-10 м)
99 Знайти динамічну вrsquoязкість азоту при нормальних умовах якщо
коефіцієнт дифузії для нього при цих умовах дорівнює
сcм21420 (η = 178sdot10-5 Паsdotс)
100 Знайти коефіцієнт теплопровідності водню якщо його
динамічна вrsquoязкість при таких самих умовах рівна смкПа sdot68
(0090 ВтмmiddotК)
101 Коефіцієнт дифузії і динамічної вrsquoязкість кисню дорівнюють
см2510221
minussdot та сПа sdotsdot= minus510951η відповідно Знайти при
цих умовах 1) густину кисню 2) середню довжину вільного
пробігу його молекул і 3) середню арифметичну швидкість його
молекул ( 1) 16 кгм3 2) 835sdot10
-8 м 3) 440 мс)
102 Знайти залежність коефіцієнта теплопровідності κ газу від
температури Т в умовах ізобарного та ізохорного процесів
Зобразити ці залежності графічно (1 κ~ Т 2 κ~ Т )
103 Зайти коефіцієнт дифузії при нормальних умовах 1)гелію
2)кисню ( 1) сcм2720 2) сcм2180 )
104 Коефіцієнт дифузії D кисню при температурі t=0ordmС дорівнює
019 см2с Визначити середню довжину вільного пробігу λ
молекул кисню ( λ =135 нм)
105 Визначити залежність коефіцієнта дифузії D ідеального газу від
температури при наступних процесах 1)ізобарному
2)ізохорному ( 1) D~ 3Т 2) D~ Т )
106 Визначити залежність динамічної вrsquoязкості η від температури Т
при наступних процесах 1)ізобарному 2) ізохорному Зобразити
ці залежності на графіках ( 1) η ~ Т 2) η ~ Т )
107 Знайти коефіцієнт дифузії та коефіцієнт внутрішнього тертя
повітря при тиску 760 мм рт ст і температурі 10ordmС Діаметр
молекули повітря прийняти 3middot10-1 м
(148middot10-5 м
2с 185middot10
- 5 Паsdotс)
108 У скільки разів коефіцієнт внутрішнього тертя кисню більший за
коефіцієнт внутрішнього тертя азоту Температура газів
однакова (107)
38
109 Знайти коефіцієнт теплопровідності повітря при температурі
10ordmС і тиску 105 Па Діаметр молекули повітря прийняти рівним
3middot10-8 см (132middot10
-3 ВтмmiddotК)
110 Знайти залежність коефіцієнта теплопровідностіκ від тиску р
при наступних процесах 1)ізотермічному 2)ізохоричному
Зобразити ці залежності на графіках
( 1) Не залежить 2) κ ~ р )
Таблиця для самостійної роботи
Варіанти
завдань
Номери задач
1 1 11 35 45 60 73 85 97
2 2 12 36 46 61 74 86 98
3 3 13 37 47 62 75 87 99
4 4 14 38 48 63 76 88 100
5 5 15 39 49 64 77 89 103
6 6 16 40 50 65 80 92 104
7 7 17 41 51 66 81 93 105
8 8 18 42 52 67 82 94 106
9 9 19 43 53 68 83 95 107
10 10 20 44 54 69 84 96 108
Задачі для усного розвrsquoязування
111 Під час накачування повітря в гумову камеру одночасно
збільшується його обrsquoєм і тиск Чи не суперечить це закону Бойля -
Маріотта
112 Чому влітку шини коліс автомобілів накачують повітрям до
меншого тиску ніж взимку
113 Якої форми необхідно взяти посудину щоб сила тиску на дно
дорівнювала вазі рідини Була більша Менша ваги рідини
39
114 У посудині наповненій до краю водою плаває кусок льоду Чи
виллється вода з посудини коли лід розтане
115 Дві кульки ndash мідна та алюмінієва зрівноважені на пружинних
терезах Чи порушиться рівновага терезів якщо кульки упустити у
воду
116 Чи можна перелити воду з однієї склянки в іншу знаходячись в
кабіні штучного супутника Землі
117 Повітря складається з азоту кисню та інших газів Чи однакова
кінетична енергія поступального руху молекул цих газів при даній
температурі
118 Якими способами можна змінити внутрішню енергію тіла
119 В якому випадку зміна тиску газу буде більшою при адіабатній
чи ізотермічній зміні обrsquoєму
120 Чому ізотермічне розширення газу відбувається тільки внаслідок
підведення до нього деякої кількості теплоти
121 Чому в дизелі нема потреби запалювати пальну суміш
електричною іскрою як це робиться в інших двигунах
122 Під час роботи пневматичний молот що працює за рахунок
енергії стиснутого повітря зовні обмерзає Яка причина охолодження
123 Після сильного шторму вода в морі стає теплішою Чому
124 Деяку масу ідеального газу нагрівають на однакову кількість
градусів один раз при сталому тиску а другий раз при сталому обrsquoємі
В якому випадку потрібна більша кількість теплоти Чому
125 Чому вода на дні океану залишається холодною в той час як по
мірі просування в глибину Землі на кожні 100 м температура
збільшується приблизно на 3deg
40
126 Чи може теплова машина мати ККД=100 якщо працюватиме за
ідеальним циклом
127 Чи можна створити умови за яких внутрішня енергія переходила
б від тіл з нижчою температурою до тіл з вищою температурою
128 Чи охолоне повітря в кімнаті якщо відчинити двері домашнього
холодильника ввімкнутого в мережу
129 Чому температура пари яка надходить у парову турбіну нижча
за температуру пари що виходить з неї
130 Накреслити криві ізобарного ізохорного ізотермічного процесів
на діаграмах залежності V T P T P V
131 Як пояснити утворення роси і туману
132 Коли і чому на дроті лінії електропередач зrsquoявляється іній
133 Обrsquoєм посудини в якій міститься насичена пара ізотермічно
збільшили в 5 разів Що сталося з тиском пари
134 Чому туман зrsquoявляється в вечірній час а зранку зникає
135 Чому після дощу стає холодніше Пояснити це явище
4 Довідкові дані
Фундаментальні фізичні сталі
Гравітаційна стала 221110676 кгмНG sdotsdot= minus
Прискорення вільного падіння 2см819=g
Стала Авогадро 12310026 minussdot= мольN A
Стала Больцмана КДжk2310381 minussdot=
Стала Лошмідта 3250 10692 minussdot= мn
Газова стала КмольДжR sdot= 3148
41
Молярний обrsquoєм ідеального газу
при ну мольмV
330 1041322 minussdot=
Густина деяких речовин
Речов
ина ρsdot10
3 (кгм
3) Речовина ρsdot10
3
(кгм3)
мідь 86 вода 100
залізо 79 гліцерин 126
свине
ць
113 касторове
масло
089
ртуть 136 повітря 000129
Молярні маси деяких речовин
Речовин
а
Молекул
а
micro10- 3
кгмоль Речовина
Молекул
а
micro10-3
кгмоль
Азот N2 28 Гелій Hе 4
Аргон Ar 40 Кисень О2 32
Неон Ne 20 Повітря - 29
Вода H2O 18 Ртуть Hg 201
Водень H2 2 Кухонна
сіль NaCl 58
Вуглекг CO2 44
Нормальні умови
КT 2730 = атмстртммПаp 176010011 50 ==sdot=
Питомі теплоємності для деяких речовин
Сталь КкгДжc sdot= 460
Свинець КкгДжс sdot= 126
Питома теплота плавлення свинцю КкгДж sdotsdot= 410262λ
42
Символи і відносні атомні маси деяких хімічних елементів
H He C N O Cu K Li Na
1 4 12 14 16 64 39 6 23
Деякі параметри води
питома теплота пароутворення при 100degС ndash кгМДжr 262=
питома теплоємність ndash КкгкДжс sdot= 194
питома теплота плавлення при 0degС ndash кгДж510353 sdot=λ
43
Критичні параметри
Елемент КкрT
МПакрp
азот 12
6
34
кисень 15
4
507
Ефективні діаметри молекул
Елем
ент
нмσ
азот 03
0
гелій 02
0
Префікси для утворення кратних одиниць
Префікс Позначення Числове
значення Префікс Позначення
Числове
значення
тера Т T 1012
піко п p 10-12
гіга Г G 109 нано н n 10
-9
мега М M 106 мікро мк micro 10
-6
кіло к k 103 мілі м m 10
-3
Одиниці довжини обrsquoєму тиску концентрації кількості
теплоти коефіцієнта дифузії використані в задачах (в СІ) 333 10111 мдмл minussdot== Нкгс 891 = Джкал 1941 =
мдм 1101 minus= мсм 2101 minus= 363 101 мсм minus= 363 101 мсм =minus
Памкгс 891 2 = ПаабомНсмкгс 242 10891 sdot=
Паммкгс 62 10891 sdot= Паатм 5100111 sdot= (фізична атмосфера)
44
Паат 5109801 sdot= (технічна атмосфера) смссм 101 242 minus=
45
Одиниці в яких вимірюються деякі фізичні величини (в СІ)
Робота енергія ЕА Дж
Кількість теплоти Q Дж
Потужність P або N Джс=Вт
Тиск р Па=Нм2
Молярна маса micro кгмоль
Концентрація п м-3
Теплоємність питома с ДжкгmiddotК
Теплоємність молярна С ДжмольmiddotК
Поверхневий натяг α Нм
Динамічна вrsquoязкість η Паmiddotс=Нmiddotсм2=кгмmiddotс
Коефіцієнт дифузії D м2с
Коефіцієнт теплопровідності κ ВтмmiddotК
Приріст ентропії S∆ ДжК
Сталі Ван-дер-Ваальса а та b Нmiddotм4моль
2 та м
3моль
5Література
1 Загальна фізика за редакцією Ковалець МО Орленка ВФ
Частина1 Інтерактивний комплекс навчально-методичного
забезпечення Рівне 2009
2 Волькенштейн ВС Сборник задач по общему курсу физики- М
ldquoНаукаrdquo1985-1989
3 Иродов ИЕ Задачи по общей физике-МrdquoНаукаrdquo 1982
4 Савельев ИВ Сборник вопросов и задач по общей физике-
МldquoНаукаrdquo1982
5 Чертов АГВоробьев АА Федоров МВ Задачник по физике -М
ldquoВысшая школаrdquo1988
6 Х Кухлинг Справочник по физике-М ldquoМирrdquo1985
4
Розділ 2 Молекулярна фізика і термодинаміка 1 Основні закони та співвідношення
bull Кількість речовини AN
Nm==
microν
де m ndash маса речовини micro ndash молярна маса N ndash число молекул NA ndash стала
Авогадро
bull Звязок молярної маси micro з масою однієї молекули 0т
ANm0=micro
bull Рівняння стану ідеального газу (рівняння Клапейрона)
для даної маси газу const=T
pV
де p ndash тиск T ndash абсолютна температура V ndash обrsquoєм газу
При ізопроцесах рівняння стану ідеального газу
constpVconstT == ndash рівняння ізотерми (закон Бойля-Маріотта)
constT
Vconstp == ndash рівняння ізобари (закон Гей-Люссака)
constT
pconstV == ndash рівняння ізохори (закон Шарля)
bull Рівняння Менделєєва-Клапейрона
RTpV ν=
де R-універсальна газова стала
bull Звязок тиску з концентрацією молекул газу
nkTp =
де VNn = ndash концентрація ANRk = ndash стала Больцмана
bull Густина газу nmRT
psdot=
sdot= 0
microρ
bull Закон Дальтона sum=i
ipp
де p ndash тиск суміші газів ip ndash парціальний тиск і-ї компоненти газової
суміші
bull Молярна маса суміші газів
sum=
i i
i
cc m
m
micro
micro
де cm ndash маса суміші im та imicro ndash маса і молярна маса і-тої компоненти
5
bull Основне рівняння молекулярно-кінетичної теорії (мкт)
ідеального газу
( )1
3
2кnЕp =
де ( )1кЕ ndash середня кінетична енергія поступального руху однієї
молекули
( )kT
mЕ квк
2
3
2
201 ==υ
де квυ ndash середня квадратична швидкість молекул
microυ
RTкв
3=
bull Інша форма запису основного рівняння мкт газів
кEpV3
2=
де кE ndash кінетична енергія поступального руху всіх молекул газу
bull Середня арифметична швидкість хаотичного теплового руху
молекул πmicro
υRT8
=
bull Найімовірніша швидкість молекул
micro
υRT
ім2
=
bull Звязок між швидкостями імкв υυυ
імкв υυ sdot= 211 імυυ sdot= 131
bull Робота розширення (стискання) газу
int=2
1
V
V
pdVA
де 1V та 2V ndash початковий і кінцевий обrsquoєми газу
bull Робота при ізопроцесах
ізотермічний процес 1
2lnV
VTRA ν= або
2
1lnp
pTRA ν=
ізобарний процес ( ) VpVVpA ∆equivminus= 12 або TRA ∆=ν
ізохорний процес 0=A
6
bull Число ступенів вільності молекул
3=i для одноатомних молекул
5=i для двоатомних молекул
6=i для три і багато атомних молекул
bull Середня кінетична енергія молекули
( )kT
iEк
2
1 =
де і- число ступенів вільності молекули
bull Внутрішня енергія ідеального газу
RTi
U2
ν=
bull Перше начало (закон) термодинаміки (інтегральна форма)
UAQ ∆+=
де Q ndash кількість наданої системі теплоти A ndash робота системи проти
зовнішніх сил U∆ ndash приріст внутрішньої енергії системи
bull Диференціальна форма запису першого закону
термодинаміки
dUAQ += δδ
bull Звязок молярної теплоємності ( )C з питомою
теплоємністю (с) речовини
microsdot= cC
bull Молярна теплоємність ідеального газу при сталому обrsquoємі
Ri
CV2
=
bull Молярна теплоємність ідеального газу при сталому тиску
Rі
С р2
2+=
bull Рівняння Майєра
RCC Vp +=
bull Рівняння адіабати ідеального газу
const=γPV або const1 =minusγ
TV або const1 =minusγγPT
де γ - показник адіабати (коефіцієнт Пуассона)
7
i
i
C
C
V
p 2+==γ
bull Робота газу при адіабатному процесі
TCUA V ∆sdotminus=∆minus= ν
bull Коефіцієнт корисної дії теплової машини
1Q
A=η
де A ndash робота виконана робочим тілом за цикл 21 QQA minus= 1Q
ndash кількість теплоти одержаної тілом за цикл від нагрівника 2Q ndash
кількість теплоти відданої тілом за цикл холодильнику
bull Коефіцієнт корисної дії циклу Карно
1
21
T
TT minus=η
де 1T ndash температура нагрівника 2T ndash температура холодильника
bull Приріст ентропії у випадку оборотного термодинамічного
процесу
int=minus=∆B
A
ABT
QSSS
δ
де SA та SB ndash значення ентропії що відповідає початковому і кінцевому
стану системи Qδ ndash елементарна кількість теплоти T
Qδ ndashзведена
теплота
bull Середня довжина вільного пробігу молекули
nz 2
2
1
σπ
υλ == υσπ nz
22=
де υ ndash середня арифметична швидкість теплового руху частинки
z ndash середнє число зіткнень за одиницю часу σ ndash ефективний діаметр
молекули n- концентрація молекул
bull Характеристики речовини у процесах перенесення
коефіцієнт дифузії λυ3
1=D
коефіцієнт внутрішнього тертя (динамічна вrsquoязкість)
8
λυρη3
1=
коефіцієнт теплопровідності λυρκ Vc3
1=
де ρ ndash густина Vс - питома теплоємність газу при сталому обrsquoємі
bull Звязок критичних параметрів речовини з поправками Ван-
дер-Ваальса laquoаraquo та laquobraquo
критичний тиск 227b
apкр =
молярний критичний обrsquoєм bV кр 3=micro
критична температура bR
aTкр
27
8=
bull Нормальні умови
KT 2730 = атмртстммПаp 176010011 50 ==sdot=
2 Приклади розвrsquoязування задач
Приклад 1 Скільки молекул є в 1 м3 води Яка маса молекули
води Вважаючи що молекули мають форму кульок що дотикаються
між собою знайти діаметр молекули
Розвrsquoязання
Використаємо формулу для розрахунку кількості
речовини (через масу і через число молекул)
AN
Nm=
micro
micro ndash молярна маса AN ndash стала Авогадро Число
молекул micro
AmNN =
Розділимо тепер праву і ліву частину одержаної рівності на
обrsquoєм ( )V і врахуємо що nVN = а ρ=Vm ndash густина Отримаємо
шукану концентрацію молекул micro
ρ ANn =
Дано
OH2
V=1 м3
кульки
n 0m d
9
З таблиць 3310001 мкгsdot=ρ 12310026 minussdot= мольN A
молькг31018 minussdot=micro Тому
328
3
233
103431018
1002610001 minusminus
sdot=sdot
sdotsdotsdot= мn
Масу однієї молекули можна розрахувати використовуючи
співвідношення ANm0=micro
ANm
micro=0
кгm26
23
3
0 1099210026
1018 minusminus
sdot=sdot
sdot=
Нехай на ділянці довжиною 1 м тісно вкладається ряд із z молекул
Тоді в обrsquoємі 1 м3 будуть розміщені 3
z молекул тобто 2810343 sdot
молекули (див вище розраховану концентрацію) Тому
193 28 1022310343 minussdot=sdot= мz
Відповідно діаметр однієї молекули z
d1
=
тобто мd10
910113
10223
1 minussdot=sdot
=
Відповідь 32810343 minussdot= мn кгm26
0 10992 minussdot= мd1010113 minussdot=
Приклад 2 Чому дорівнює густина повітря в посудині якщо вона
відкачана до найвищого розрідження якого можна досягнути
сучасними лабораторними методами 10 11 стртммр minus=
Температура повітря 15ordmС
Розвrsquoязання
Рівняння стану ідеального газу
(Менделєєва-Клапейрона)
RTpV ν=
де micro
νт
= - кількість молей повітря в
посудині
Дано
Па
стртммр
11
11
103133
10
minus
minus
sdot=
==
КTCt 28815 =rArrdeg=
молькгпов
31029 minussdot=micro
КмольДжR sdot= 318
minusρ
10
Домножимо рівняння стану на V
1
Отримаємо для тиску micro
ρRTр =
звідки RT
рmicroρ =
314311
1061288318
1029103133мкгminus
minusminus
sdot=sdot
sdotsdotsdot=ρ
Відповідь 3141061 мкгminussdot=ρ
Приклад 3 Скільки молекул повітря виходить з кімнати обrsquoємом 3120 мV = при підвищенні температури від Ct deg= 151 до Ct deg= 252
Атмосферний тиск нормальний Пар 510011 sdot=
Розвrsquoязання
Вважаємо газ ідеальним Рівняння
Менделєєва-Клапейрона для двох станів
матиме вигляд
=
=
22
11
RTm
pV
RTm
pV
micro
micro
Для кількості молей повітря у двох станах
micro1m
та micro
2m будемо відповідно мати
=
=
2
2
1
1
RT
pVm
RT
pVm
micro
micro
Віднімемо від першого рівняння друге
Тоді кількість молекул AA NTTR
pVN
mmN sdot
minus=sdot
minus=
21
21 11
micromicro
Дано 3120мV =
КTCt 288151 =rArrdeg=
КTCt 298252 =rArrdeg=
молькгпов31029 minussdot=micro
КмольДжR sdot= 318
12310026 minussdot= мольNA
Пар 510011 sdot=
minusN
11
Після перетворення маємо ( )
21
12
TRT
TTpVNN A minus
=
( ) 26235
10298288318
2882981002612010011asymp
sdotsdot
minussdotsdotsdotsdot=N молекул
Відповідь з кімнати вийшло N=1026
молекул
Приклад 4 В балоні обrsquoємом лV 10= знаходиться гелій під
тиском МПаp 011 = при температурі Ct deg= 271 Після того як з
балона було взято гm 10=∆ гелію температура в балоні зменшилася
до Cto172 = Визначити тиск 2p гелію що залишився
Розвrsquoязання
Застосуємо рівняння Менделєєва-Клапейрона до
початкового і кінцевого станів газу
11
1 RTm
Vpmicro
= 22
2 RTm
Vpmicro
=
де 1m та 2m ndash маси газу в обох станах micro ndash молярна
маса Т ndash абсолютна температура R ndash універсальна
газова стала З цих рівнянь маємо
1
11
RT
Vpm
micro=
2
22
RT
Vpm
micro= або
2
2
1
121
RT
Vp
RT
Vpmm
micromicrominus=minus За умовою задачі mmm ∆=minus 21
тому
∆minus=
V
Rm
T
pTp
micro1
122
KT 3001 = KT 2902 = Паp6
1 1001 sdot= кгm21001 minussdot=∆
КмольДжR sdot= 318 молькг31004 minussdot=micro 321001 мVminussdot=
Паp5
23
26
2 106310011004
3181001
300
1001290 sdot=
sdotsdotsdot
sdotsdotminus
sdot=
minusminus
minus
Відповідь p2= Па51063 sdot
Дано
лV 10= He
МПаp 011 =
Ct deg= 271 гm 10=∆
Ct deg=172 2p
12
Приклад 5 Якою має бути кінетична енергія поступального руху
двох кіломолів кисню щоб його молекули могли покинути Землю
Яка при цьому має бути температура Знайти тиск газу за цих умов
якщо його обrsquoєм 10 м3 Газ вважати ідеальним
Розвrsquoязання
Молекула газу може покинути Землю якщо її
швидкість 2υυ ge 2υ ndash друга космічна швидкість
Отже має виконуватися нерівність
( )2
2201 υm
Ек ge (1)
а для заданої кількості газу кінетична енергія
поступального руху молекул 2
22υm
Eк ge
де ( )1кE ndash кінетична енергія поступального руху однієї молекули 0m
ndash маса однієї молекули m ndash маса всього газу Масу газу виразимо
через кількість речовини νmicro=m
Мінімальна кінетична енергія 2
2
2υνmicro=кE
молькг31032 minussdot=micro моль3102 sdot=ν см32 10211 sdot=υ
( )ДжEк
9
2333
10042
102111021032sdot=
sdotsdotsdotsdotsdot=
minus
Температуру газу знайдемо підставивши в (1) вираз ( )kTЕк
2
31 = і
застосувавши звязок молярної маси з масою однієї молекули
ANm0=micro та означення сталої Больцмана AN
Rk = R ndash універсальна
газова стала AN ndash стала Авогадро
Маємо 22
3 22υmicro
ANkT = або
RT
3
22microυ
=
( )КT
5
233
106113183
102111032sdot=
sdot
sdotsdot=
minus
Тиск розрахуємо виходячи з основного рівняння мкт газів
Дано 310мV =
2О кмоль2=ν
2υυ ge
Ек р Т
13
кEpV3
2=
V
Ep к
3
2=
Паp8
9
1072103
10042sdot=
sdot
sdotsdot=
Відповідь ДжEк91004 sdot= КT
510611 sdot= Пар 81072 sdot=
Приклад 6 Визначити густину суміші що містить гm 41 = водню
та гm 322 = кисню при температурі КT 280= і тиску кПаp 93=
Який обrsquoєм займає газ
Розвrsquoязання
Густина газу RT
pcmicroρ =
де cmicro ndash молярна маса R ndash універсальна газова
стала
Молярна маса суміші
sum=
i i
i
cc m
m
micro
micro
де cm ndash маса суміші ( )21 mmmc += im та imicro ndash маса і молярна
маса і-тої компоненти Тепер густина суміші
( )TRmm
pmm 1
2
2
1
1
21
micromicro
ρ+
+=
кгm3
1 104 minussdot= кгm3
2 1032 minussdot= молькг31 102 minussdot=micro
молькг32 1032 minussdot=micro Паp
41039 sdot=
( ) 3
3
3
3
3
433
480280318
1
1032
1032
102
104
10391032104мкг=
sdot
sdot
sdot+
sdot
sdot
sdotsdotsdot+sdot=
minus
minus
minus
minus
minusminus
ρ
Обrsquoєм газу знайдемо виходячи з означення густини
( )ρρ 21 mmmV c +==
( ) 333 01704801032104 мV =sdotsdot+sdot= minusminus
Відповідь 3480 мкг=ρ 30170 мV =
Дано
( )21 H4 гm =
( )22 32 Oгm =
КT 280=
кПаp 93=
ρ V
14
Приклад 7 Знайти середню довжину вільного пробігу молекул
водню при тиску 133 мПа якщо середня арифметична швидкість
молекул υ =103middot103
см
Розвrsquoязання
Середня довжина вільного пробігу
молекул знаходиться за формулою
n2
2
1
πσλ =
З рівняння стану ідеального газуkT
pn =
де AN
Rk = ndash стала Больцмана
Отже p
Тk22πσ
λsdot
=
(1)
де Т ndash температура k ndash стала Больцмана σ - ефективний діаметр
молекули Для знаходження температури врахуємо що середня
арифметична швидкість руху молекул microπ
υRT8
=
Температура R
T8
2υπmicro=
Підставляючи у формулу (1) вираз для температури отримаємо
pNpR
k
A2
2
2
2
2828 σ
υmicro
σ
υmicroλ ==
( )( )
2
21023
233
104413301032100264118
10031102 minus
minus
minus
sdot=sdotsdotsdotsdotsdotsdot
sdotsdotsdot=λ м
Відповідь =λ 44middot10ndash2
м
Приклад 8 Розрахувати молярну теплоємність ідеального газу за
умови що тиск прямо пропорційний до обrsquoєму
Дано
micro = 2middot10ndash3
молькг
р = 133 мПа = 0133
Па
σ = 23middot10ndash10
м
υ = 103middot103 см
NA =602middot1023
мольndash1
КмольДжR sdot= 318
λ
Дано
Vp ~
15
Розвrsquoязання
За означенням dT
QC
ν
δ=
де Qδ ndash елементарна кількість теплоти dT ndash елементарний приріст
температури ν ndash кількість речовини
Перше начало термодинаміки
dUAQ += δδ
де Aδ ndash елементарна робота газу проти зовнішніх сил
dU - елементарний приріст внутрішньої енергії системи
dTRi
dU2
ν=
де i ndash число ступенів вільності молекул R ndash універсальна газова
стала
pdVA =δ
За умовою задачі Vp α= де α ndash деяка стала величина Тиск
запишемо виходячи з рівняння Менделєєва-Клапейрона
V
RTp
ν=
Прирівняємо праві частини останніх двох рівнянь
RTV να =2
і продиференціюємо цю рівність
RdTVdV να =2 або RdTpdV ν=2
Тепер уже можна записати вираз для елементарної роботи
RdTA νδ2
1=
і розрахувати теплоємність
VCRiRR
dT
RdTi
RdT
C +=+=+
=222
22
1
ν
νν
де VC ndash молярна теплоємність при сталому обrsquoємі
Відповідь 2
RCC V +=
C
16
Приклад 9 В циліндрі під поршнем котрий може вільно
переміщуватися знаходиться 10г азоту Яка кількість теплоти 1Q
необхідна для нагрівання азоту від температури KT 2831 = до
температури KT 2982 = Порівняйте цю теплоту з необхідною
теплотою 2Q для нагрівання такої ж кількості газу в тому ж
температурному інтервалі при постійному обrsquoємі а також визначте
зміну внутрішньої енергії і роботу розширення
Розвrsquoязання
Будемо вважати що газ ідеальний У першому
випадку маємо справу з ізобарним процесом тому
TCm
Q p∆=micro
1
де micro ndash молярна маса pC - молярна теплоємність
при сталому тиску 12 TTT minus=∆
У процесі ізохорного нагрівання (другий
випадок)
TCm
Q V ∆=micro
2
Молярні теплоємності
Ri
CV2
= Ri
RCC Vp2
2+=+=
тому
i
i
C
C
V
p 2+=
i
i
Q
Q 2
2
1 +=
Зміну внутрішньої енергії розраховують за формулою
TRim
U ∆=∆2micro
а роботу розширення газу ndash на основі першого закону термодинаміки
( ) Ui
TTRm
TRim
TRim
UQA ∆=minus=∆minus∆+
=∆minus=2
22
2121
micromicromicro
або безпосередньо за формулою
TRm
A ∆=micro
Дано
гm 10=
N2
KT 2831 =
KT 2982 =
а) const=p
б) const=V
2
1
Q
Q U∆ A
17
кгm31010 minussdot= 5=i (двоатомний газ) молькг31028 minussdot=micro
КмольДжR sdot= 318
415
25
2
1 =+
=Q
Q ( ) ДжU 111283298318
2
5
1028
1010
3
3
=minussdotsdot
sdot=∆
minus
minus
ДжА 4441115
2=sdot=
Відповідь 4121 =QQ ДжU 111=∆ ДжА 444=
Приклад 10 В калориметр з водою з загальною
теплоємністю С=1670 ДжК при температурі Ct deg= 201 поклали
гm 1001 = льоду температура якого Ct degminus= 82 Яка встановиться
температура Питома теплота плавлення льоду кгДж 10353 5sdot=λ
питома теплоємність льоду КкгДжс sdotsdot= 31012
Розвrsquoязання В задачах про лід потрібно спочатку
зrsquoясувати чи розтане весь лід якщо про
це не сказано в умові Коли в
калориметр кинули лід вода в ньому
почала охолоджуватися Теплота яка
виділиться при охолодженні
калориметра
( )011 ttCQ minus=
де Ct deg= 00 - температура кристалізації
води або плавлення льоду
Теплота необхідна для нагрівання льоду
до температури плавлення Ct deg= 00
( )202 ttтсQ minus=
Теплотанеобхідна для плавлення льоду
mQ λ=3
Підставимо числові значення ( ) ДжQ 3340002016701 =minus=
( )( ) ДжQ 168080101012 32 =minusminussdotsdotsdot=
ДжQ 33000101033 53 =sdotsdot=
Дано
КДжС 1670=
Ct deg= 201
Сt degminus= 82
кггт 101001 ==
кгДж51033 sdot=λ
КкгДжс sdotsdot= 31012
Ct deg= 00
minust
18
Проаналізуємо отримані результати 21 QQ gt - це означає що лід
нагріється до Cdeg0 але 321 QQQ +lt (33400lt34680 Дж) - це означає
що не весь лід розтане Тому кінцева температура буде
Cdeg0
Відповідь t= Cdeg0
Приклад 11 Треба стиснути повітря від обrsquoєму 32101 мminussdot до
обrsquoєму 33102 мminussdot Як вигідніше його стискувати адіабатно чи
ізотермічно
Розвrsquoязання
Порівняємо роботу при заданих процесах У
випадку адіабатного процесу
TRi
Аад ∆minus=2
ν
де ν ndash кількість речовини i ndash число ступенів
вільності молекули R ndash універсальна газова стала
T∆ ndash приріст температури ( )12 TTT minus=∆
Скористаємося рівнянням Пуассона
const1 =minusγTV
і виразимо зміну температури через зміну обrsquoєму 1
221
11minusminus = γγ
VTVT
або
1
2
112
minus
=
γ
V
VTT або
minus
=∆
minus
1
1
2
11
γ
V
VTT
Врахуємо що показник адіабати i
i 2+=γ
тобто i21 =minusγ Тоді
minus
minus=
minus1
2
11 11
γ
γ
ν
V
VRTАад
У випадку ізотермічного процесу 1
21 ln
V
VRTАіз ν=
Дано 32
1 101 мVminussdot=
332 102 мV
minussdot=
із
ад
А
А
19
Тепер
1
2
1
2
1
ln
1
1
1
V
V
V
V
А
А
із
ад
minus
minus
minus=
γ
γ
Підставимо числові значення для повітря 41=γ
41
101
102ln
102
1011
141
1
3
2
141
3
2
=
sdot
sdot
sdot
sdotminus
minus=
minus
minus
minus
minus
minus
із
ад
А
А
Відповідь вигідніше стискувати ізотермічно
Приклад 12 В циліндрі під поршнем знаходиться водень масою
002 кг при температурі 300 К Водень спочатку розширився
адіабатно збільшивши свій обrsquoєм у 5 разів а потім був стиснутий
ізотермічно до попереднього обrsquoєму Знайти температуру в кінці
адіабатного процесу і роботу виконану газом під час цих процесів
Зобразити процеси графічно
Розвrsquoязання
Температура і обrsquoєм газу в адіабатному
процесі повrsquoязані рівнянням адіабати 1
2
1
1
2
minus
=
γ
V
V
Т
Т (1)
де i
i 2+=γ ndash показник адіабати
Для водню показник адіабати дорівнює
415
25=
+=γ
Згідно формули (1) γminus
=
1
1
212
V
VТТ
Роботу в адіабатному та ізотермічному
процесах знайдемо скориставшись відповідними формулами
Дано
М = 002 кг
micro = 2middot10ndash3
молькг
і = 5
V2 = 5V1
V3 = V1
Т1 = 300 К
КмольДжR sdot= 318
Т2 А1ndash2 А2ndash3
р
V V1 V2
1
Адіабата
Ізотерма 2
3
20
( ) ( )22
211221 ТТRіM
ТТRіM
А minussdot=minussdotminus=minusmicromicro
2
12
2
3232 lnln
V
VRT
M
V
VRT
MА
micromicro==minus
1585300 402 =sdot= minusТ К
4
321 10982)157300(3182
5
102
020sdot=minussdotsdotsdot
sdot=
minusminusА Дж
4
332 10125
1ln157318
102
020sdotminus=sdotsdot
sdot=
minusminusА Дж
Відповідь Т = 158 К А1-2 = 298middot104 Дж А2-3 = ndash21middot10
4 Дж Графік
процесів показано на малюнку
Приклад 13 Нагрівник теплової машини що працює за циклом
Карно має температуру Ct deg= 2001 Визначити температуру 2T
холодильника якщо при надходженні від нагрівника кількості
теплоти ДжQ 011 = машина виконує роботу ДжA 400=
Розвrsquoязання
За означенням ККД теплової машини
1Q
A=η
а для циклу Карно 1
21
T
TT minus=η
Прирівнявши праві частини виписаних співвідношень
Маємо 1
21
1 T
TT
Q
A minus=
Звідки
minus=
112 1
Q
ATT
Підставимо числові значення KT 4731 =
КT 28001
40014732 =
minus=
Дано
Ct deg= 2001 ДжQ 011 =
ДжA 400=
2T
21
Відповідь KT 2802 =
Приклад 14 Знайти витрату бензину автомобіля на S=1 км шляху
при швидкості годкм 60=υ Потужність двигуна 17 кВт ККД
двигуна 30=η питома теплота згоряння бензину q=45middot106 Джкг
Розвrsquoязання
При згорянні палива виділяється теплота
mqQ sdot=
ККД двигуна Q
Aкор=η Отже
qmQAкор ηη == З другої сторони з
врахуванням потужності υ
SNtNА sdot=sdot=
Прирівнявши ці два вирази отримаємо
q
NSm
ηυ=
Підставимо числові значення
кгт 08045middot1071630
1010176
33
asympsdotsdot
sdotsdot=
Відповідь m = 008 кг
Приклад 15 Ідеальний двоатомний газ здійснює цикл який
складається з двох ізотерм і двох ізохор При цьому найбільша
температура газу 500 К найменша ndash 300 К найбільший обrsquoєм 12 л
найменший ndash 3 л Знайти ККД циклу
Розвrsquoязання
Дано
мкмS3101 ==
смгодкм 71660 ==υ
ВтN31017 sdot=
3030 == ηη
кгДжq 1045 6sdot=
minusт
Дано
5=і
КТ 5001 =
КТ 3002 =
22
p 1
4
T1
T2
2
3
V1 V2 V
ККД циклу Q
А=η
де A - робота виконана газом Q - теплота
отримана газом Розглянемо ізопроцеси При
ізотермічних процесах 0=∆U оскільки
температура не змінюється З першого закону
термодинаміки ( AUQ +∆= ) випливає що в
цьому випадку вся отримана газом теплота
йде на виконання роботи AQ =
Для процесу 1rarr2 маємо
01
211121
2
1
2
1
gt==== intintrarrV
VnRT
m
V
dVRT
mpdVAQ
V
V
V
V
lmicromicro
де тиск V
RTт
р1
1 sdot=micro
Для процесу 3rarr4 маємо
01
222243
2
1
1
2
ltminus=minus=== intintrarrV
VnRT
m
V
dVRT
mpdVAQ
V
V
V
V
lmicromicro
- газ віддає
теплоту
Для ізохорних процесів обrsquoєм не змінюється тому 0=А З першого
закону термодинаміки TRmi
UQ ∆=∆=micro2
Для процесу 2rarr3 маємо
( ) ( ) 022
211232 ltminusminus=minus=rarr TTRmi
TTRmi
Qmicromicro
- газ віддає теплоту
Для процесу 4rarr1 маємо ( ) 02
2114 gtminus=rarr TTRmi
Qmicro
Отже газ виконав роботу ( )211
221 TT
V
VnR
mAAA minus=+= l
micro
Газ отримав теплоту ( )
minus+=+= rarrrarr 21
1
211421
2TT
i
V
VnTR
mQQQ l
micro
Тоді ККД цикла
331 1033 млV
minussdot==
332 101212 млV
minussdot==
minusη
23
( )
( )
( )
( )211
21
211
2
211
21
211
2
22TT
i
V
VnT
TTV
Vn
TTi
V
VnTR
m
TTV
VnR
m
Q
А
minus+
minus
=
minus+
minus
==
l
l
l
l
micro
microη
( )
( )23230
3005002
5
103
1012500
300500103
1012
3
3
3
3
=rArr=
minus+sdot
sdotsdot
minussdot
sdot
=
minus
minus
minus
minus
ηη
n
n
l
l
( 386169302224 =sdot== nn ll )
Відповідь 23=η
Приклад 16 Знайти приріст ентропії при перетворенні 1 г води з
температурою 0degС в пару при 100degС
Розвrsquoязання
Зміна ентропії у випадку оборотного
термодинамічного процесу
int=∆B
AT
QS
δ
де Qδ ndash елементарна кількість теплоти T ndash абсолютна
температура A та B ndash формальні позначення
вихідного і кінцевого стану системи
Розібrsquoємо інтеграл у правій частині виписаної формули на два
доданки що відповідають двом процесам заданим в умові
intint +equiv∆+∆=∆B
C
C
AT
Q
T
QSSS
δδ21
де 1S∆ ndash приріст ентропії при нагріванні води від температури 1T до
температури 2T 2S∆ ndash приріст ентропії при випаровуванні ( 2T за
умовою задачі ndash температура кипіння води)
У першому доданку
cmdTQ =δ
де c ndash питома теплоємність води У другому доданку const2 =T а
Дано
гm 1=
OH2 Ct deg= 01
Ct deg= 1002 S∆
24
rmQQ
B
C
==intδ
де r ndash питома теплота пароутворення Маємо
+=+=∆ intint
21
2
2
ln12
1T
r
T
TcmQ
TT
dTcmS
B
C
T
T
δ
КкгДжс sdotsdot= 310194 кгДжr510622 sdot= кгm
3101 minussdot=
КT 2731 = КT 3732 =
КДжS 47373
10622
273
373ln10194101
533 =
sdot+sdotsdot=∆ minus
Відповідь КДжS 47=∆
Приклад 17 105 г азоту ізотермічно розширюються від обrsquoєму
лV 21 = до обrsquoєму лV 52 = Знайти приріст ентропії при цьому
процесі
Розвrsquoязання
При ізотермічному процесі Т=const
отже зміна внутрішньої енергії 0=dU
Тоді з першого закону термодинаміки
маємо AQ δδ =
Елементарна робота з врахуванням виразу
для тиску р з рівняння Менделєєва-
Клапейрона V
dVRT
mрdVА
microδ ==
Зміна ентропії в оборотному термодинамічному процесі int=∆B
AT
QS
δ
В нашому випадку 1
22
1
V
VnR
m
TV
TdVR
m
T
АS
V
V
B
A
lmicromicro
δ===∆ intint
молькг 1028 3minussdot=micro - молярна маса азота
Підставимо числові значення
Дано
кггт 310510510 minussdot==
лV 21 =
лV 52 =
constТ =
minus∆S
25
КДжnS 922
5318
1028
10510
3
3
=sdotsdotsdot
sdot=∆
minus
minus
l
Відповідь КДжS 92=∆
Приклад 18 Два кіломолі триатомного газу адіабатно
розширюються в пустоту від 31 1мV = до 3
2 5мV = Температура газу
при цьому зменшується на 15 К Знайти за цими даними постійну laquoаraquo
з рівняння Ван-дер-Ваальса
Розвrsquoязання
Перше начало термодинаміки для адіабатного
процесу має вигляд dUA minus=δ де А ndash робота газу
проти зовнішніх сил U ndash внутрішня енергія За
умовою задачі зовнішнього тиску немає
(розширення в пустоту)
тому 0== dVpAδ
В підсумку маємо що 0=dU
Зміна внутрішньої енергії має дві складові
dTCVν що не залежить від зміни обrsquoєму та
( )VdU що залежить від обrsquoєму Остання складова
рівна роботі сили міжмолекулярного притягання
котра спричинює додатковий внутрішній тиск
2
20
V
aP ν=
( ) dVV
adVPVdU
2
20 ν==
Повна зміна внутрішньої енергії газу
02
2 =+ dVV
adTCV νν
Дано
моль3102 sdot=ν
6=i 0=Qδ
Паp 0=
31 1 мV =
32 5 мV =
KT 15minus=∆
a
26
Звідки dVCV
adT
V2
νminus=
Проінтегруємо останнє співвідношення
int int
minus=minus=
2
1
2
1
122
11T
T
V
V VV VVC
a
V
dV
C
adT νν
тобто
minus=∆
12
112
VViR
aT ν
оскільки молярна теплоємність при постійному обrsquoємі Ri
CV2
=
(і ndash число ступенів вільності R ndash універсальна газова стала)
Тепер маємо
( )21
21
2 VV
VTViRa
minus
∆=
ν
( )
( ) 2
4
3230
511022
51153186
моль
мНa
sdot=
minussdotsdot
sdotsdotminussdotsdot=
Відповідь 2
4
230моль
мН sdot=α
3 Задачі для самостійного розвrsquoязування
Вказівки до розвrsquoязування задач
1 В задачах на теплоту складають рівняння теплового балансу сума
теплоти що виділяється при певних процесах дорівнює сумі теплоти
що поглинається при інших процесах
2 В задачах про лід потрібно спочатку зrsquoясувати (кількісними
підрахунками) чи розтане весь лід якщо про це не сказано в умові
Якщо розтане не весь лід то кінцева температура дорівнюватиме 0ordmС
31 Молекулярна фізика
27
Рівняння стану ідеального газу
1 Балон місткістю 12 л заповнений азотом при тиску 81МПа і
температурі 17degС Знайти масу азоту (113 кг)
2 Яким може бути найменший обrsquoєм балона що містить 64 кг
кисню якщо його стінка при температурі 20degС витримує тиск
160 кгссм2 (32middot10
1 м
3)
3 До якої температури потрібно нагріти ідеальний газ щоб його
густина зменшилася у два рази порівняно з густиною цього газу
при Ct deg= 00 (Т=2Т0=546 К)
4 5 г азоту що знаходиться в закритій посудині місткістю 4 л при
температурі 20degС нагрівають до температури 40degС Знайти тиск
газу до і після нагрівання (р1=108middot105Па р2=116middot10
5Па)
5 Знайти густину водню при температурі 15degС і тиску 730 мм ртст
( 30810 мкг=ρ )
6 Густина деякого газу при температурі 10degС і тиску 2sdot105Па
дорівнює 034 3мкг Чому дорівнює маса одного кіломоля цього
газу ( молькг3104
minussdot=micro )
7 10 г кисню знаходяться під тиском 3 атм при температурі 10degС
Після розширення внаслідок нагрівання при постійному тиску
кисень зайняв обrsquoєм 10 л Знайти 1) обrsquoєм газу до розширення 2)
густину газу до розширення 3) температуру газу після
розширення 4) густину газу після розширення
( 331 1042)1 мV
minussdot= 2) 31 144 мкг=ρ 3) Т2=1170 К 4) 3
2 1 мкг=ρ )
8 6 г вуглекислого газу ( )2CO і 5 г закису азоту ( )ON2 заповнюють
посудину місткістю 2 дм3 Який загальний тиск у посудині при
температурі 127degС (415middot105Па)
9 Яка кількість речовини є в газовому балоні обrsquoємом 2 л при тиску
1013 МПа і температурі 10degС (86 моль)
10 Балон для газового зварювання місткістю 20 л був заповнений
киснем при температурі 15degС Коли частину кисню витратили
тиск у балоні знизився на 5065 кПа Скільки кисню було
витрачено ( кгm 1350=∆ )
11 Температура повітря в посудині обrsquoємом 5 л становить 27degС його
тиск 2026 МПа Визначити масу повітря яке потрібно випустити з
посудини щоб тиск у ній знизився до 1013 МПа ( кгm 0590=∆ )
28
12 Визначити густину повітря в камері шин автомобіля ВАЗ 2110
якщо тиск у камері 018 МПа (надлишковий) а температура 20degС
( 3353 кгм=ρ )
13 Знайти густину суміші 10-2 кг вуглекислого газу і 15sdot10
- 2 кг азоту
при температурі 300 К і тиску 015 МПа ( 3981 кгм=ρ )
14 Знайти молярну масу суміші що утворилася з 38sdot10-3 кг кисню і
22sdot10-2 кг вуглекислого газу ( кгмоль2104 minussdot=micro )
15 Накреслити графіки ізотермічного ізобарного та ізохорного
процесів в ідеальному газі у системах координат р V p T V T
Порівняти ці графіки
16 На рис1 зображено графік зміни стану ідеального газу в
координатах V T Виразити ці процеси графічно в координатах p V
та p T Назвати ці процеси
17 Зміна стану ідеального газу сталої маси зображена на рис2 В т1
температура газу Т0 Визначити температуру газу в т234
(Т2=3Т0 Т3=6Т0 Т4=2Т0)
18 Який обrsquoєм займає суміш газів ndash азоту масою кгm 11 = і гелію
масою кгm 12 = ndash при нормальних умовах (64 м3)
19 Скільки молекул міститься в 1 г водяної пари (33sdot1022
)
20 Скільки молекул буде знаходитися в 1 см3 посудини при 10degС
якщо посудину підкачано до ртстммp11101 minussdot= (34sdot10
5)
21 У балоні місткістю лV 3= знаходиться кисень масою 4 г
Визначити кількість речовини ν газу і концентрацію n його
молекул (ν =0125 моль n=251sdot1025м
-3)
Рис 1 Рис 2
29
22 У балоні було 10 кг газу при тиску 10 МПа Знайти яку масу газу
взяли з балона якщо тиск став рівним 25 МПа Температуру
вважати постійною (75 кг)
23 Балони місткістю лV 201 = і лV 442 = заповнені газом Тиск у
першому балоні МПаp 421 = у другому ndash МПаp 612 =
Визначити загальний тиск p після сполучення балонів якщо
температура газу залишилася попередньою (076 МПа)
24 Газ в кількості m=16 г при тиску р=106 Нм
2 і температурі t=112degС
займає обrsquoєм V=1600 см3 Визначити який це газ (кисень)
25 При якому тиску р густина ρ газоподібного азоту що має
температуру t= - 73degС складає 04 густини води кімнатної
температури 33
010 кгмρ = ( 271042 Нмр sdot= )
26 Відкрита посудина нагріта до температури t2=450degС Яка частина
маси повітря залишилась в ній в порівнянні з тією кількістю яка
була при t1=27degС Розширенням посудини знехтувати
(m2m1=0415)
27 10 г кисню знаходяться під тиском 0303 мкПа при температурі
10degС Після розширення внаслідок нагрівання при постійному
тиску кисень зайняв обrsquoєм 10 л Знайти обrsquoєм газу до розширення і
температуру газу після розширення (V1=24sdot10-3 м
3 Т2=118sdot10
3 К)
28 Скільки молекул повітря буде знаходитись в 1 см3 посудині при
10degС якщо повітря в посудині відкачане до тиску 133 мкПа
(34sdot108)
29 У 1 кг сухого повітря знаходиться m1=232 г кисню і m2=768 г
азоту Знайти відносну молярну масу повітря (microсм=288 кгмоль
microвідн=288 кгмоль)
30 У скільки разів вага повітря взимку (7 0
С) більша за його вагу
влітку (37 0 С) Тиск однаковий (11 рази)
31 У відкритій посудині при Ct0
1 20= є повітря гm 1501 = На яку
величину m∆ зменшиться маса повітря в посудині при нагріванні
її до Ct0
1 100= Зміною розмірів посудини при нагріванні
знехтувати ( m∆ =322 г)
32 У посудині знаходиться суміш 10 г вуглекислого газу і 15 г азоту
Знайти густину цієї суміші при температурі 27 0
С і тиску
15sdot10 5 Па ( 3981 мкг=ρ )
33 Знайти масу атома 1)водню 2) гелію
30
( )(10656)(10671 2727 геліюкгmводнюкгmminusminus sdot=sdot= )
34 Визначити концентрацію n молекул ідеального газу при
температурі Т= 300 К і тиску р =1 МПа ( n=224sdot10 17 м
-3)
Основне рівняння молекулярно-кінетичної теорії газів
швидкості молекул
35 Тиск p газу дорівнює 1 мПа концентрація n його молекул рівна
310101 minussdot см Визначити 1) температуру Т газу 2) середню
кінетичну енергію ( )1кЕ поступального руху молекули
( 1) Т=725 кК 2) ( )1кЕ =15sdot10
-19 Дж)
36 Молекула кисню при нормальних умовах рухається зі швидкістю
425 мс Визначити кінетичну енергію молекули
( ( )1кЕ =48sdot10
-21Дж)
37 Визначити кінетичну енергію поступального руху молекули
аміаку а також повну кінетичну енергію молекул одного моля
аміаку при температурі 373 К ( ( )1кЕ =773sdot10
-21Дж Еk=932 Дж)
38 Визначити сумарну кінетичну енергію теплового руху всіх
молекул кисню (О2) що займають обrsquoєм V=55sdot10-3 м
3 при тиску
р=2026 кПа (Еk=279 кДж)
39 Густина деякого газу 3060 мкгρ = середня квадратична
швидкість його молекул смкв 500=υ Знайти тиск газу на стінки
посудини (5 кПа)
40 Газ займає обrsquoєм лV 1= під тиском атмр 2= Визначити
кінетичну енергію kE поступального руху всіх молекул в даному
обrsquoємі (03 кДж)
41 Кількість речовини деякого газу моль51=ν температура
КТ 120= Визначити кінетичну енергію kE поступального руху
всіх молекул цього газу (73 кДж)
31
42 При якій температурі середня кінетична енергія ( )1кЕ
поступального руху молекули газу рівна Дж2110144 minussdot
(200 К)
43 Посудина зі внутрішнім обrsquoємом лV 4= містить гm 60=
деякого газу під тиском атмр 2= Визначити середню
квадратичну швидкість молекул газу (2 103
см )
43 Середня квадратична швидкість руху молекул деякого газу що
перебуває під тиском 50 кПа дорівнює 449 мс Визначити
густину газу при цих умовах ( 37440 мкг=ρ )
44 При якій температурі середня квадратична швидкість молекул
кисню дорівнює швидкості молекул азоту при температурі 373 К
(Т = 426 К)
46 Знайти середню арифметичну швидкість молекул газу коли
відомо що середня квадратична швидкість 400 мс
( см370=υ )
47 Знайти найбільш імовірну та середню арифметичну швидкості
молекул газу густина якого при тиску 40 кПа дорівнює 03 кгм3
( імυ = 5164 мс υ = 6324 мс)
48 Знайти середню квадратичну швидкість молекул повітря при
температурі 17deg С Повітря вважати однорідним газом з молярною
масою 29sdot10-3 кгмоль ( 500=квυ мс)
49 Визначити середню квадратичну швидкість квυ молекул газу
масою гm 30= що знаходиться в посудині місткістю лV 2= під
тиском кПаp 200= (2sdot10 3 мс)
50 Знайти відношення середніх квадратичних швидкостей молекул
гелію та азоту при однакових температурах (265)
51 Знайти середню квадратичну квυ середню арифметичну υ та
найімовірнішу імυ швидкості молекул водню Обчислення
виконати для трьох значень температури 1) КТ 20=
2) КТ 300= 3) КТ 5000= ( 1) 500 мс 462мс 407 мс
2) 194 кмс 179 кмс 158 кмс 3) 790 кмс 730 кмс 648 кмс)
52 При якій температурі Т середня квадратична швидкість атомів
гелію буде дорівнювати другій космічній швидкості
скм2112 =υ (201 кК)
32
53 Знайти середню арифметичну швидкість υ молекул газу якщо їх
середня квадратична швидкість скмкв 1=υ (092 кмс)
54 Кінетична енергія поступального руху молекул азоту що
знаходиться в обrsquoємі 20 дм3 дорівнює 5 кДж а середня
квадратична швидкість його молекул рівна 2 кмс Знайти 1) масу
азоту в балоні 2) тиск під яким знаходиться азот
( 1) т=25sdot103 кг 2) р=167sdot10
5 Па)
55 Посудина що містить деяку масу одноатомного газу рухається зі
швидкістю u На скільки збільшиться середній квадрат швидкості
теплового руху молекул при зупинці посудини Теплоємність
теплопровідність і маса стінок посудини зникаюче малі
56 Обчислити кількість теплоти що необхідна для нагрівання повітря
від Т1= 273 К до Т2= 303 К при сталому тиску якщо спочатку воно
перебувало при нормальному тиску р1 і мало обrsquoєм V1=50 м3
(∆Q=1948 кДж)
57 Яка кількість теплоти необхідна для нагрівання одного моля
одноатомного газу на 1 К при сталому обrsquoємі (∆Q=124 кДж)
58 Балон місткістю 2sdot10-2
м3 з киснем що має тиск 1013 МПа і
температуру 280 К нагрівають до 300 К Яку кількість теплоти
дістає при цьому газ (∆Q=35 кДж)
59 Визначити кількість теплоти (∆Q) що необхідна для нагрівання
повітря від Т1= 273 К до Т2=298 К при сталому обrsquoємі V1=30 м3
якщо початковий тиск повітря р1 був нормальний
(∆Q=6957 кДж)
32 Термодинаміка Реальні гази
Внутрішня енергія робота розширення газу
перше начало термодинаміки
60 Чому дорівнює енергія теплового руху молекул двоатомного газу
що знаходиться в посудині місткістю 2 л під тиском 015 МПа
(U=750 Дж)
61 10 г кисню знаходяться під тиском 03 МПа при температурі 10degС
Після нагрівання при постійному тиску газ зайняв обrsquoєм 10 л
Знайти 1) кількість теплоти одержаної газом 2) зміну
33
внутрішньої енергії газу 3) роботу виконану газом при
розширенні ( 1) 792sdot103Дж 2) 5660 Дж 3) 226sdot10
3 Дж)
62 2 кмолі вуглекислого газу нагріваються при постійному тиску на
50degС Знайти 1) зміну його внутрішньої енергії 2) роботу
розширення 3) кількість теплоти наданої газу
( 1) 2500 Дж 2) 830 кДж 3) 3300 кДж)
63 Газ що займав обrsquoєм 5 л і знаходився під тиском 02 МПа при
температурі 17degС було нагріто внаслідок чого він ізобарно
розширився Робота розширення газу при цьому виявилася рівною
196 Дж Наскільки нагріто газ (57 К)
64 При ізотермічному розширенні 10 г азоту що знаходиться при
температурі 17degС було виконано роботу 860 Дж У скільки разів
змінився тиск азоту при розширенні (272)
65 1л гелію котрий знаходиться при нормальних умовах ізотермічно
розширюється за рахунок одержаної ззовні теплоти до обrsquoєму 2 л
Знайти 1) роботу виконану газом при розширенні 2) кількість
наданої газу теплоти ( 1) 70 Дж 2) 70 Дж )
66 1 кг двоатомного газу знаходиться під тиском 80 кПа і має
густину 34 мкг=ρ Знайти енергію теплового руху молекул газу
при цих умовах (5sdot104Дж)
67 У посудину в котрій міститься 28 л води при температурі 20degС
вкинули нагрітий до 460degС кусок сталі що має масу 3кг Від цього
вода в посудині нагрілася до 60degС а частина її перетворилася в
пару Визначити масу води котра випарувалася Теплоємністю
посудини знехтувати
68 Знайти для кисню відношення питомої теплоємності при сталому
тиску до питомої теплоємності при постійному обrsquoємі (14)
69 1 кмоль азоту який знаходився при нормальних умовах
розширюється адіабатно від обrsquoєму 1V до обrsquoєму 12 5VV =
Знайти1) зміну внутрішньої енергії газу 2) роботу виконану при
розширенні ( 1) 269 sdot10 6 Дж 2) 269 sdot10
6 Дж)
70 Повітря що при нормальному атмосферному тиску зайняло обrsquoєм
2sdot10-2
м3 адіабатно стискується до обrsquoєму 2sdot10
-3 м
3 Визначити
тиск повітря після стискання (р=254 МПа)
71 Знайти питомі теплоємності азоту та їхні відношення при сталому
обrsquoємі та сталому тиску ( КкДжкгcV sdot= 7420
КкгкДжcp sdot= 041 )
34
72 Знаючи молярну масу газу ( кгмольmicro 31044 minussdot= ) і відношення
питомих теплоємностей (γ=133) обчислити молярні теплоємності
Ср і СV ( СV=0566 кДжкгsdotК Ср=0754 кДжкгsdotК)
Теплоємність адіабатний процес
73 Різниця питомих теплоємностей Vp cc minus деякого двоатомного газу
дорівнює 260 Джкг К Знайти молярну масу micro газу і його питомі
теплоємності pc та cV
( micro=0032 молькг cV=650 ДжкгmiddotК pc =910 ДжкгmiddotК)
74 Молярна маса деякого газу мольг30=micro відношення
41=Vp cc Знайти питомі теплоємності pc і сV цього газу
( сV=693 ДжкгmiddotК pc =910 ДжкгsdotК )
75 До якої температури охолодиться повітря що знаходиться при
температурі 0degС якщо воно розширюється адіабатно від обrsquoєму 1V
до обrsquoєму 12 2VV = (207 К)
76 Газ розширюється адіабатно при цьому обrsquoєм його збільшується
вдвічі а температура падає в 132 рази Яке число ступенів
вільності мають молекули цього газу (5)
77 Чому дорівнюють питомі теплоємності pc і сV деякого
двоатомного газу якщо густина цього газу при нормальних
умовах дорівнює 143 кгм3 (сV=650 ДжкгmiddotК pc =910 ДжкгmiddotК)
78 Двоатомний газ займає обrsquoєм лV 501 = при тиску атмp 501 =
Газ стискується адіабатно до деякого обrsquoєму 2V і тиску 2p а
потім при постійному обrsquoємі 2V охолоджується до початкової
температури При цьому тиск його стає рівним атмp 10 =
Зобразити описаний процес графічно знайти обrsquoєм 2V і тиск 2p
(025 л 132 атм)
79 Газ розширюється адіабатно так що його тиск спадає від 2 атм
до 1 атм Потім він нагрівається при постійному обrsquoємі до
початкової температури причому його тиск зростає до 122 атм
35
Зобразити описаний процес графічно і визначити відношення
Vp cc газу (14)
Цикл Карно ентропія
80 Ідеальна теплова машина що працює за циклом Карно отримує за
кожний цикл від нагрівника 600 кал теплоти Температура
нагрівника 400 К температура холодильника 300 К Знайти
роботу що виконує машина за один цикл і кількість теплоти
котра віддається холодильнику за один цикл
( А=630 Дж Q2=1880 Дж)
81 Ідеальна теплова машина що працює за циклом Карно 23
теплоти одержаної від нагрівника передає холодильнику з
температурою 10degС Визначити температуру нагрівника (4245 К)
82 Ідеальна теплова машина працює за циклом Карно При цьому
80 теплоти одержаної від нагрівника передається
холодильнику Від нагрівника надходить за цикл 15 ккал теплоти
Знайти 1) ККД циклу 2) роботу виконану за цикл
( 1) 20 2) 126sdot103Дж)
83 Ідеальна теплова машина що працює за циклом Карно виконує
за один цикл роботу 735sdot 10 4 Дж Температура нагрівника 100
0 С
температура холодильника 00 С Знайти1) ККД машини
2) кількість теплоти одержаної машиною за один цикл від
нагрівника 3) кількість теплоти яка віддається за один цикл
холодильнику ( 1) 268 2) 274 sdot10 4 Дж 3) 126 sdot10
4 Дж)
84 Ідеальна теплова машина отримує від нагрівника температура
якого 500 К за один цикл 3360 Дж теплоти Знайти кількість
теплоти що передається за один цикл холодильнику температура
якого 400 К Знайти роботу машини за один цикл
(Q2= 2688 Дж А= 672 Дж)
85 Ідеальна теплова машина що працює за циклом Карно має
температуру нагрівника 600 К а холодильника 500 К У скільки
разів потрібно збільшити абсолютну температуру нагрівника щоб
ККД машини збільшився вдвічі (в 125)
86 Визначити ККД циклу і температуру нагрівника теплової
машини яка працює за циклом Карно якщо за рахунок 2 кДж
теплоти одержаної від нагрівника вона виконує роботу 400 Дж
Температура холодильника 480 К (20 600 К)
36
87 Знайти зміну ентропії при ізотермічному розширенні 6 г водню зі
зменшенням тиску від 01 МПа до 50 кПа (173 ДжК)
88 105 г азоту ізотермічно розширюються від обrsquoєму лV 21 = до
обrsquoєму лV 52 = Знайти приріст ентропії в цьому процесі
(29 ДжК)
89 10 г кисню нагріваються від Ct deg= 501 до Ct deg= 1502 Знайти зміну
ентропії якщо нагрівання відбувається 1) ізохорно 2) ізобарно
( 1) 176 ДжК 2) 246 ДжК )
90 У циклі Карно робочим тілом є двоатомний газ Визначити ККД
циклу якщо при адіабатичному розширенні обrsquoєм газу збільшився
від 80 до 102 дм3 (01 або 10)
91 05 кг розплавленого свинцю при температурі плавлення влили в
лід при 0degС Частина льоду розплавилася Знайти зміну ентропії
(50 ДжК)
Реальні гази явища перенесення
92 Знайти критичний молярний обrsquoєм азоту
93 Розрахувати густину кисню у критичному стані
94 Знайти середню довжину вільного пробігу атомів гелію в умовах
коли густина гелію 321 мг=ρ (18sdot10-6 м)
95 Знайти середню довжину вільного пробігу атомів азоту при
температурі 17 0 С і тиску 10
4 Па ( м610 minus=λ )
96 Знайти залежність середнього числа зіткнень молекул z ідеального
газу від тиску р в наступних процесах 1) ізохорному
2)ізотермічному Зобразити ці залежності на графіках
( pzpz asympasymp )2)1 )
97 У посудині знаходиться вуглекислий газ густина якого 321012 мкгminussdot=ρ середня довжина вільного пробігу його
молекул при цих умовах дорівнює см61097 minussdot=λ Знайти
діаметр молекул вуглекислого газу ( d =35sdot 10 -10
м )
37
98 Знайти діаметр молекули кисню якщо відомо що для кисню
коефіцієнт внутрішнього тертя при 0ordm С дорівнює
сПа sdotsdot= minus610818η ( d = 3middot10
-10 м)
99 Знайти динамічну вrsquoязкість азоту при нормальних умовах якщо
коефіцієнт дифузії для нього при цих умовах дорівнює
сcм21420 (η = 178sdot10-5 Паsdotс)
100 Знайти коефіцієнт теплопровідності водню якщо його
динамічна вrsquoязкість при таких самих умовах рівна смкПа sdot68
(0090 ВтмmiddotК)
101 Коефіцієнт дифузії і динамічної вrsquoязкість кисню дорівнюють
см2510221
minussdot та сПа sdotsdot= minus510951η відповідно Знайти при
цих умовах 1) густину кисню 2) середню довжину вільного
пробігу його молекул і 3) середню арифметичну швидкість його
молекул ( 1) 16 кгм3 2) 835sdot10
-8 м 3) 440 мс)
102 Знайти залежність коефіцієнта теплопровідності κ газу від
температури Т в умовах ізобарного та ізохорного процесів
Зобразити ці залежності графічно (1 κ~ Т 2 κ~ Т )
103 Зайти коефіцієнт дифузії при нормальних умовах 1)гелію
2)кисню ( 1) сcм2720 2) сcм2180 )
104 Коефіцієнт дифузії D кисню при температурі t=0ordmС дорівнює
019 см2с Визначити середню довжину вільного пробігу λ
молекул кисню ( λ =135 нм)
105 Визначити залежність коефіцієнта дифузії D ідеального газу від
температури при наступних процесах 1)ізобарному
2)ізохорному ( 1) D~ 3Т 2) D~ Т )
106 Визначити залежність динамічної вrsquoязкості η від температури Т
при наступних процесах 1)ізобарному 2) ізохорному Зобразити
ці залежності на графіках ( 1) η ~ Т 2) η ~ Т )
107 Знайти коефіцієнт дифузії та коефіцієнт внутрішнього тертя
повітря при тиску 760 мм рт ст і температурі 10ordmС Діаметр
молекули повітря прийняти 3middot10-1 м
(148middot10-5 м
2с 185middot10
- 5 Паsdotс)
108 У скільки разів коефіцієнт внутрішнього тертя кисню більший за
коефіцієнт внутрішнього тертя азоту Температура газів
однакова (107)
38
109 Знайти коефіцієнт теплопровідності повітря при температурі
10ordmС і тиску 105 Па Діаметр молекули повітря прийняти рівним
3middot10-8 см (132middot10
-3 ВтмmiddotК)
110 Знайти залежність коефіцієнта теплопровідностіκ від тиску р
при наступних процесах 1)ізотермічному 2)ізохоричному
Зобразити ці залежності на графіках
( 1) Не залежить 2) κ ~ р )
Таблиця для самостійної роботи
Варіанти
завдань
Номери задач
1 1 11 35 45 60 73 85 97
2 2 12 36 46 61 74 86 98
3 3 13 37 47 62 75 87 99
4 4 14 38 48 63 76 88 100
5 5 15 39 49 64 77 89 103
6 6 16 40 50 65 80 92 104
7 7 17 41 51 66 81 93 105
8 8 18 42 52 67 82 94 106
9 9 19 43 53 68 83 95 107
10 10 20 44 54 69 84 96 108
Задачі для усного розвrsquoязування
111 Під час накачування повітря в гумову камеру одночасно
збільшується його обrsquoєм і тиск Чи не суперечить це закону Бойля -
Маріотта
112 Чому влітку шини коліс автомобілів накачують повітрям до
меншого тиску ніж взимку
113 Якої форми необхідно взяти посудину щоб сила тиску на дно
дорівнювала вазі рідини Була більша Менша ваги рідини
39
114 У посудині наповненій до краю водою плаває кусок льоду Чи
виллється вода з посудини коли лід розтане
115 Дві кульки ndash мідна та алюмінієва зрівноважені на пружинних
терезах Чи порушиться рівновага терезів якщо кульки упустити у
воду
116 Чи можна перелити воду з однієї склянки в іншу знаходячись в
кабіні штучного супутника Землі
117 Повітря складається з азоту кисню та інших газів Чи однакова
кінетична енергія поступального руху молекул цих газів при даній
температурі
118 Якими способами можна змінити внутрішню енергію тіла
119 В якому випадку зміна тиску газу буде більшою при адіабатній
чи ізотермічній зміні обrsquoєму
120 Чому ізотермічне розширення газу відбувається тільки внаслідок
підведення до нього деякої кількості теплоти
121 Чому в дизелі нема потреби запалювати пальну суміш
електричною іскрою як це робиться в інших двигунах
122 Під час роботи пневматичний молот що працює за рахунок
енергії стиснутого повітря зовні обмерзає Яка причина охолодження
123 Після сильного шторму вода в морі стає теплішою Чому
124 Деяку масу ідеального газу нагрівають на однакову кількість
градусів один раз при сталому тиску а другий раз при сталому обrsquoємі
В якому випадку потрібна більша кількість теплоти Чому
125 Чому вода на дні океану залишається холодною в той час як по
мірі просування в глибину Землі на кожні 100 м температура
збільшується приблизно на 3deg
40
126 Чи може теплова машина мати ККД=100 якщо працюватиме за
ідеальним циклом
127 Чи можна створити умови за яких внутрішня енергія переходила
б від тіл з нижчою температурою до тіл з вищою температурою
128 Чи охолоне повітря в кімнаті якщо відчинити двері домашнього
холодильника ввімкнутого в мережу
129 Чому температура пари яка надходить у парову турбіну нижча
за температуру пари що виходить з неї
130 Накреслити криві ізобарного ізохорного ізотермічного процесів
на діаграмах залежності V T P T P V
131 Як пояснити утворення роси і туману
132 Коли і чому на дроті лінії електропередач зrsquoявляється іній
133 Обrsquoєм посудини в якій міститься насичена пара ізотермічно
збільшили в 5 разів Що сталося з тиском пари
134 Чому туман зrsquoявляється в вечірній час а зранку зникає
135 Чому після дощу стає холодніше Пояснити це явище
4 Довідкові дані
Фундаментальні фізичні сталі
Гравітаційна стала 221110676 кгмНG sdotsdot= minus
Прискорення вільного падіння 2см819=g
Стала Авогадро 12310026 minussdot= мольN A
Стала Больцмана КДжk2310381 minussdot=
Стала Лошмідта 3250 10692 minussdot= мn
Газова стала КмольДжR sdot= 3148
41
Молярний обrsquoєм ідеального газу
при ну мольмV
330 1041322 minussdot=
Густина деяких речовин
Речов
ина ρsdot10
3 (кгм
3) Речовина ρsdot10
3
(кгм3)
мідь 86 вода 100
залізо 79 гліцерин 126
свине
ць
113 касторове
масло
089
ртуть 136 повітря 000129
Молярні маси деяких речовин
Речовин
а
Молекул
а
micro10- 3
кгмоль Речовина
Молекул
а
micro10-3
кгмоль
Азот N2 28 Гелій Hе 4
Аргон Ar 40 Кисень О2 32
Неон Ne 20 Повітря - 29
Вода H2O 18 Ртуть Hg 201
Водень H2 2 Кухонна
сіль NaCl 58
Вуглекг CO2 44
Нормальні умови
КT 2730 = атмстртммПаp 176010011 50 ==sdot=
Питомі теплоємності для деяких речовин
Сталь КкгДжc sdot= 460
Свинець КкгДжс sdot= 126
Питома теплота плавлення свинцю КкгДж sdotsdot= 410262λ
42
Символи і відносні атомні маси деяких хімічних елементів
H He C N O Cu K Li Na
1 4 12 14 16 64 39 6 23
Деякі параметри води
питома теплота пароутворення при 100degС ndash кгМДжr 262=
питома теплоємність ndash КкгкДжс sdot= 194
питома теплота плавлення при 0degС ndash кгДж510353 sdot=λ
43
Критичні параметри
Елемент КкрT
МПакрp
азот 12
6
34
кисень 15
4
507
Ефективні діаметри молекул
Елем
ент
нмσ
азот 03
0
гелій 02
0
Префікси для утворення кратних одиниць
Префікс Позначення Числове
значення Префікс Позначення
Числове
значення
тера Т T 1012
піко п p 10-12
гіга Г G 109 нано н n 10
-9
мега М M 106 мікро мк micro 10
-6
кіло к k 103 мілі м m 10
-3
Одиниці довжини обrsquoєму тиску концентрації кількості
теплоти коефіцієнта дифузії використані в задачах (в СІ) 333 10111 мдмл minussdot== Нкгс 891 = Джкал 1941 =
мдм 1101 minus= мсм 2101 minus= 363 101 мсм minus= 363 101 мсм =minus
Памкгс 891 2 = ПаабомНсмкгс 242 10891 sdot=
Паммкгс 62 10891 sdot= Паатм 5100111 sdot= (фізична атмосфера)
44
Паат 5109801 sdot= (технічна атмосфера) смссм 101 242 minus=
45
Одиниці в яких вимірюються деякі фізичні величини (в СІ)
Робота енергія ЕА Дж
Кількість теплоти Q Дж
Потужність P або N Джс=Вт
Тиск р Па=Нм2
Молярна маса micro кгмоль
Концентрація п м-3
Теплоємність питома с ДжкгmiddotК
Теплоємність молярна С ДжмольmiddotК
Поверхневий натяг α Нм
Динамічна вrsquoязкість η Паmiddotс=Нmiddotсм2=кгмmiddotс
Коефіцієнт дифузії D м2с
Коефіцієнт теплопровідності κ ВтмmiddotК
Приріст ентропії S∆ ДжК
Сталі Ван-дер-Ваальса а та b Нmiddotм4моль
2 та м
3моль
5Література
1 Загальна фізика за редакцією Ковалець МО Орленка ВФ
Частина1 Інтерактивний комплекс навчально-методичного
забезпечення Рівне 2009
2 Волькенштейн ВС Сборник задач по общему курсу физики- М
ldquoНаукаrdquo1985-1989
3 Иродов ИЕ Задачи по общей физике-МrdquoНаукаrdquo 1982
4 Савельев ИВ Сборник вопросов и задач по общей физике-
МldquoНаукаrdquo1982
5 Чертов АГВоробьев АА Федоров МВ Задачник по физике -М
ldquoВысшая школаrdquo1988
6 Х Кухлинг Справочник по физике-М ldquoМирrdquo1985
5
bull Основне рівняння молекулярно-кінетичної теорії (мкт)
ідеального газу
( )1
3
2кnЕp =
де ( )1кЕ ndash середня кінетична енергія поступального руху однієї
молекули
( )kT
mЕ квк
2
3
2
201 ==υ
де квυ ndash середня квадратична швидкість молекул
microυ
RTкв
3=
bull Інша форма запису основного рівняння мкт газів
кEpV3
2=
де кE ndash кінетична енергія поступального руху всіх молекул газу
bull Середня арифметична швидкість хаотичного теплового руху
молекул πmicro
υRT8
=
bull Найімовірніша швидкість молекул
micro
υRT
ім2
=
bull Звязок між швидкостями імкв υυυ
імкв υυ sdot= 211 імυυ sdot= 131
bull Робота розширення (стискання) газу
int=2
1
V
V
pdVA
де 1V та 2V ndash початковий і кінцевий обrsquoєми газу
bull Робота при ізопроцесах
ізотермічний процес 1
2lnV
VTRA ν= або
2
1lnp
pTRA ν=
ізобарний процес ( ) VpVVpA ∆equivminus= 12 або TRA ∆=ν
ізохорний процес 0=A
6
bull Число ступенів вільності молекул
3=i для одноатомних молекул
5=i для двоатомних молекул
6=i для три і багато атомних молекул
bull Середня кінетична енергія молекули
( )kT
iEк
2
1 =
де і- число ступенів вільності молекули
bull Внутрішня енергія ідеального газу
RTi
U2
ν=
bull Перше начало (закон) термодинаміки (інтегральна форма)
UAQ ∆+=
де Q ndash кількість наданої системі теплоти A ndash робота системи проти
зовнішніх сил U∆ ndash приріст внутрішньої енергії системи
bull Диференціальна форма запису першого закону
термодинаміки
dUAQ += δδ
bull Звязок молярної теплоємності ( )C з питомою
теплоємністю (с) речовини
microsdot= cC
bull Молярна теплоємність ідеального газу при сталому обrsquoємі
Ri
CV2
=
bull Молярна теплоємність ідеального газу при сталому тиску
Rі
С р2
2+=
bull Рівняння Майєра
RCC Vp +=
bull Рівняння адіабати ідеального газу
const=γPV або const1 =minusγ
TV або const1 =minusγγPT
де γ - показник адіабати (коефіцієнт Пуассона)
7
i
i
C
C
V
p 2+==γ
bull Робота газу при адіабатному процесі
TCUA V ∆sdotminus=∆minus= ν
bull Коефіцієнт корисної дії теплової машини
1Q
A=η
де A ndash робота виконана робочим тілом за цикл 21 QQA minus= 1Q
ndash кількість теплоти одержаної тілом за цикл від нагрівника 2Q ndash
кількість теплоти відданої тілом за цикл холодильнику
bull Коефіцієнт корисної дії циклу Карно
1
21
T
TT minus=η
де 1T ndash температура нагрівника 2T ndash температура холодильника
bull Приріст ентропії у випадку оборотного термодинамічного
процесу
int=minus=∆B
A
ABT
QSSS
δ
де SA та SB ndash значення ентропії що відповідає початковому і кінцевому
стану системи Qδ ndash елементарна кількість теплоти T
Qδ ndashзведена
теплота
bull Середня довжина вільного пробігу молекули
nz 2
2
1
σπ
υλ == υσπ nz
22=
де υ ndash середня арифметична швидкість теплового руху частинки
z ndash середнє число зіткнень за одиницю часу σ ndash ефективний діаметр
молекули n- концентрація молекул
bull Характеристики речовини у процесах перенесення
коефіцієнт дифузії λυ3
1=D
коефіцієнт внутрішнього тертя (динамічна вrsquoязкість)
8
λυρη3
1=
коефіцієнт теплопровідності λυρκ Vc3
1=
де ρ ndash густина Vс - питома теплоємність газу при сталому обrsquoємі
bull Звязок критичних параметрів речовини з поправками Ван-
дер-Ваальса laquoаraquo та laquobraquo
критичний тиск 227b
apкр =
молярний критичний обrsquoєм bV кр 3=micro
критична температура bR
aTкр
27
8=
bull Нормальні умови
KT 2730 = атмртстммПаp 176010011 50 ==sdot=
2 Приклади розвrsquoязування задач
Приклад 1 Скільки молекул є в 1 м3 води Яка маса молекули
води Вважаючи що молекули мають форму кульок що дотикаються
між собою знайти діаметр молекули
Розвrsquoязання
Використаємо формулу для розрахунку кількості
речовини (через масу і через число молекул)
AN
Nm=
micro
micro ndash молярна маса AN ndash стала Авогадро Число
молекул micro
AmNN =
Розділимо тепер праву і ліву частину одержаної рівності на
обrsquoєм ( )V і врахуємо що nVN = а ρ=Vm ndash густина Отримаємо
шукану концентрацію молекул micro
ρ ANn =
Дано
OH2
V=1 м3
кульки
n 0m d
9
З таблиць 3310001 мкгsdot=ρ 12310026 minussdot= мольN A
молькг31018 minussdot=micro Тому
328
3
233
103431018
1002610001 minusminus
sdot=sdot
sdotsdotsdot= мn
Масу однієї молекули можна розрахувати використовуючи
співвідношення ANm0=micro
ANm
micro=0
кгm26
23
3
0 1099210026
1018 minusminus
sdot=sdot
sdot=
Нехай на ділянці довжиною 1 м тісно вкладається ряд із z молекул
Тоді в обrsquoємі 1 м3 будуть розміщені 3
z молекул тобто 2810343 sdot
молекули (див вище розраховану концентрацію) Тому
193 28 1022310343 minussdot=sdot= мz
Відповідно діаметр однієї молекули z
d1
=
тобто мd10
910113
10223
1 minussdot=sdot
=
Відповідь 32810343 minussdot= мn кгm26
0 10992 minussdot= мd1010113 minussdot=
Приклад 2 Чому дорівнює густина повітря в посудині якщо вона
відкачана до найвищого розрідження якого можна досягнути
сучасними лабораторними методами 10 11 стртммр minus=
Температура повітря 15ordmС
Розвrsquoязання
Рівняння стану ідеального газу
(Менделєєва-Клапейрона)
RTpV ν=
де micro
νт
= - кількість молей повітря в
посудині
Дано
Па
стртммр
11
11
103133
10
minus
minus
sdot=
==
КTCt 28815 =rArrdeg=
молькгпов
31029 minussdot=micro
КмольДжR sdot= 318
minusρ
10
Домножимо рівняння стану на V
1
Отримаємо для тиску micro
ρRTр =
звідки RT
рmicroρ =
314311
1061288318
1029103133мкгminus
minusminus
sdot=sdot
sdotsdotsdot=ρ
Відповідь 3141061 мкгminussdot=ρ
Приклад 3 Скільки молекул повітря виходить з кімнати обrsquoємом 3120 мV = при підвищенні температури від Ct deg= 151 до Ct deg= 252
Атмосферний тиск нормальний Пар 510011 sdot=
Розвrsquoязання
Вважаємо газ ідеальним Рівняння
Менделєєва-Клапейрона для двох станів
матиме вигляд
=
=
22
11
RTm
pV
RTm
pV
micro
micro
Для кількості молей повітря у двох станах
micro1m
та micro
2m будемо відповідно мати
=
=
2
2
1
1
RT
pVm
RT
pVm
micro
micro
Віднімемо від першого рівняння друге
Тоді кількість молекул AA NTTR
pVN
mmN sdot
minus=sdot
minus=
21
21 11
micromicro
Дано 3120мV =
КTCt 288151 =rArrdeg=
КTCt 298252 =rArrdeg=
молькгпов31029 minussdot=micro
КмольДжR sdot= 318
12310026 minussdot= мольNA
Пар 510011 sdot=
minusN
11
Після перетворення маємо ( )
21
12
TRT
TTpVNN A minus
=
( ) 26235
10298288318
2882981002612010011asymp
sdotsdot
minussdotsdotsdotsdot=N молекул
Відповідь з кімнати вийшло N=1026
молекул
Приклад 4 В балоні обrsquoємом лV 10= знаходиться гелій під
тиском МПаp 011 = при температурі Ct deg= 271 Після того як з
балона було взято гm 10=∆ гелію температура в балоні зменшилася
до Cto172 = Визначити тиск 2p гелію що залишився
Розвrsquoязання
Застосуємо рівняння Менделєєва-Клапейрона до
початкового і кінцевого станів газу
11
1 RTm
Vpmicro
= 22
2 RTm
Vpmicro
=
де 1m та 2m ndash маси газу в обох станах micro ndash молярна
маса Т ndash абсолютна температура R ndash універсальна
газова стала З цих рівнянь маємо
1
11
RT
Vpm
micro=
2
22
RT
Vpm
micro= або
2
2
1
121
RT
Vp
RT
Vpmm
micromicrominus=minus За умовою задачі mmm ∆=minus 21
тому
∆minus=
V
Rm
T
pTp
micro1
122
KT 3001 = KT 2902 = Паp6
1 1001 sdot= кгm21001 minussdot=∆
КмольДжR sdot= 318 молькг31004 minussdot=micro 321001 мVminussdot=
Паp5
23
26
2 106310011004
3181001
300
1001290 sdot=
sdotsdotsdot
sdotsdotminus
sdot=
minusminus
minus
Відповідь p2= Па51063 sdot
Дано
лV 10= He
МПаp 011 =
Ct deg= 271 гm 10=∆
Ct deg=172 2p
12
Приклад 5 Якою має бути кінетична енергія поступального руху
двох кіломолів кисню щоб його молекули могли покинути Землю
Яка при цьому має бути температура Знайти тиск газу за цих умов
якщо його обrsquoєм 10 м3 Газ вважати ідеальним
Розвrsquoязання
Молекула газу може покинути Землю якщо її
швидкість 2υυ ge 2υ ndash друга космічна швидкість
Отже має виконуватися нерівність
( )2
2201 υm
Ек ge (1)
а для заданої кількості газу кінетична енергія
поступального руху молекул 2
22υm
Eк ge
де ( )1кE ndash кінетична енергія поступального руху однієї молекули 0m
ndash маса однієї молекули m ndash маса всього газу Масу газу виразимо
через кількість речовини νmicro=m
Мінімальна кінетична енергія 2
2
2υνmicro=кE
молькг31032 minussdot=micro моль3102 sdot=ν см32 10211 sdot=υ
( )ДжEк
9
2333
10042
102111021032sdot=
sdotsdotsdotsdotsdot=
minus
Температуру газу знайдемо підставивши в (1) вираз ( )kTЕк
2
31 = і
застосувавши звязок молярної маси з масою однієї молекули
ANm0=micro та означення сталої Больцмана AN
Rk = R ndash універсальна
газова стала AN ndash стала Авогадро
Маємо 22
3 22υmicro
ANkT = або
RT
3
22microυ
=
( )КT
5
233
106113183
102111032sdot=
sdot
sdotsdot=
minus
Тиск розрахуємо виходячи з основного рівняння мкт газів
Дано 310мV =
2О кмоль2=ν
2υυ ge
Ек р Т
13
кEpV3
2=
V
Ep к
3
2=
Паp8
9
1072103
10042sdot=
sdot
sdotsdot=
Відповідь ДжEк91004 sdot= КT
510611 sdot= Пар 81072 sdot=
Приклад 6 Визначити густину суміші що містить гm 41 = водню
та гm 322 = кисню при температурі КT 280= і тиску кПаp 93=
Який обrsquoєм займає газ
Розвrsquoязання
Густина газу RT
pcmicroρ =
де cmicro ndash молярна маса R ndash універсальна газова
стала
Молярна маса суміші
sum=
i i
i
cc m
m
micro
micro
де cm ndash маса суміші ( )21 mmmc += im та imicro ndash маса і молярна
маса і-тої компоненти Тепер густина суміші
( )TRmm
pmm 1
2
2
1
1
21
micromicro
ρ+
+=
кгm3
1 104 minussdot= кгm3
2 1032 minussdot= молькг31 102 minussdot=micro
молькг32 1032 minussdot=micro Паp
41039 sdot=
( ) 3
3
3
3
3
433
480280318
1
1032
1032
102
104
10391032104мкг=
sdot
sdot
sdot+
sdot
sdot
sdotsdotsdot+sdot=
minus
minus
minus
minus
minusminus
ρ
Обrsquoєм газу знайдемо виходячи з означення густини
( )ρρ 21 mmmV c +==
( ) 333 01704801032104 мV =sdotsdot+sdot= minusminus
Відповідь 3480 мкг=ρ 30170 мV =
Дано
( )21 H4 гm =
( )22 32 Oгm =
КT 280=
кПаp 93=
ρ V
14
Приклад 7 Знайти середню довжину вільного пробігу молекул
водню при тиску 133 мПа якщо середня арифметична швидкість
молекул υ =103middot103
см
Розвrsquoязання
Середня довжина вільного пробігу
молекул знаходиться за формулою
n2
2
1
πσλ =
З рівняння стану ідеального газуkT
pn =
де AN
Rk = ndash стала Больцмана
Отже p
Тk22πσ
λsdot
=
(1)
де Т ndash температура k ndash стала Больцмана σ - ефективний діаметр
молекули Для знаходження температури врахуємо що середня
арифметична швидкість руху молекул microπ
υRT8
=
Температура R
T8
2υπmicro=
Підставляючи у формулу (1) вираз для температури отримаємо
pNpR
k
A2
2
2
2
2828 σ
υmicro
σ
υmicroλ ==
( )( )
2
21023
233
104413301032100264118
10031102 minus
minus
minus
sdot=sdotsdotsdotsdotsdotsdot
sdotsdotsdot=λ м
Відповідь =λ 44middot10ndash2
м
Приклад 8 Розрахувати молярну теплоємність ідеального газу за
умови що тиск прямо пропорційний до обrsquoєму
Дано
micro = 2middot10ndash3
молькг
р = 133 мПа = 0133
Па
σ = 23middot10ndash10
м
υ = 103middot103 см
NA =602middot1023
мольndash1
КмольДжR sdot= 318
λ
Дано
Vp ~
15
Розвrsquoязання
За означенням dT
QC
ν
δ=
де Qδ ndash елементарна кількість теплоти dT ndash елементарний приріст
температури ν ndash кількість речовини
Перше начало термодинаміки
dUAQ += δδ
де Aδ ndash елементарна робота газу проти зовнішніх сил
dU - елементарний приріст внутрішньої енергії системи
dTRi
dU2
ν=
де i ndash число ступенів вільності молекул R ndash універсальна газова
стала
pdVA =δ
За умовою задачі Vp α= де α ndash деяка стала величина Тиск
запишемо виходячи з рівняння Менделєєва-Клапейрона
V
RTp
ν=
Прирівняємо праві частини останніх двох рівнянь
RTV να =2
і продиференціюємо цю рівність
RdTVdV να =2 або RdTpdV ν=2
Тепер уже можна записати вираз для елементарної роботи
RdTA νδ2
1=
і розрахувати теплоємність
VCRiRR
dT
RdTi
RdT
C +=+=+
=222
22
1
ν
νν
де VC ndash молярна теплоємність при сталому обrsquoємі
Відповідь 2
RCC V +=
C
16
Приклад 9 В циліндрі під поршнем котрий може вільно
переміщуватися знаходиться 10г азоту Яка кількість теплоти 1Q
необхідна для нагрівання азоту від температури KT 2831 = до
температури KT 2982 = Порівняйте цю теплоту з необхідною
теплотою 2Q для нагрівання такої ж кількості газу в тому ж
температурному інтервалі при постійному обrsquoємі а також визначте
зміну внутрішньої енергії і роботу розширення
Розвrsquoязання
Будемо вважати що газ ідеальний У першому
випадку маємо справу з ізобарним процесом тому
TCm
Q p∆=micro
1
де micro ndash молярна маса pC - молярна теплоємність
при сталому тиску 12 TTT minus=∆
У процесі ізохорного нагрівання (другий
випадок)
TCm
Q V ∆=micro
2
Молярні теплоємності
Ri
CV2
= Ri
RCC Vp2
2+=+=
тому
i
i
C
C
V
p 2+=
i
i
Q
Q 2
2
1 +=
Зміну внутрішньої енергії розраховують за формулою
TRim
U ∆=∆2micro
а роботу розширення газу ndash на основі першого закону термодинаміки
( ) Ui
TTRm
TRim
TRim
UQA ∆=minus=∆minus∆+
=∆minus=2
22
2121
micromicromicro
або безпосередньо за формулою
TRm
A ∆=micro
Дано
гm 10=
N2
KT 2831 =
KT 2982 =
а) const=p
б) const=V
2
1
Q
Q U∆ A
17
кгm31010 minussdot= 5=i (двоатомний газ) молькг31028 minussdot=micro
КмольДжR sdot= 318
415
25
2
1 =+
=Q
Q ( ) ДжU 111283298318
2
5
1028
1010
3
3
=minussdotsdot
sdot=∆
minus
minus
ДжА 4441115
2=sdot=
Відповідь 4121 =QQ ДжU 111=∆ ДжА 444=
Приклад 10 В калориметр з водою з загальною
теплоємністю С=1670 ДжК при температурі Ct deg= 201 поклали
гm 1001 = льоду температура якого Ct degminus= 82 Яка встановиться
температура Питома теплота плавлення льоду кгДж 10353 5sdot=λ
питома теплоємність льоду КкгДжс sdotsdot= 31012
Розвrsquoязання В задачах про лід потрібно спочатку
зrsquoясувати чи розтане весь лід якщо про
це не сказано в умові Коли в
калориметр кинули лід вода в ньому
почала охолоджуватися Теплота яка
виділиться при охолодженні
калориметра
( )011 ttCQ minus=
де Ct deg= 00 - температура кристалізації
води або плавлення льоду
Теплота необхідна для нагрівання льоду
до температури плавлення Ct deg= 00
( )202 ttтсQ minus=
Теплотанеобхідна для плавлення льоду
mQ λ=3
Підставимо числові значення ( ) ДжQ 3340002016701 =minus=
( )( ) ДжQ 168080101012 32 =minusminussdotsdotsdot=
ДжQ 33000101033 53 =sdotsdot=
Дано
КДжС 1670=
Ct deg= 201
Сt degminus= 82
кггт 101001 ==
кгДж51033 sdot=λ
КкгДжс sdotsdot= 31012
Ct deg= 00
minust
18
Проаналізуємо отримані результати 21 QQ gt - це означає що лід
нагріється до Cdeg0 але 321 QQQ +lt (33400lt34680 Дж) - це означає
що не весь лід розтане Тому кінцева температура буде
Cdeg0
Відповідь t= Cdeg0
Приклад 11 Треба стиснути повітря від обrsquoєму 32101 мminussdot до
обrsquoєму 33102 мminussdot Як вигідніше його стискувати адіабатно чи
ізотермічно
Розвrsquoязання
Порівняємо роботу при заданих процесах У
випадку адіабатного процесу
TRi
Аад ∆minus=2
ν
де ν ndash кількість речовини i ndash число ступенів
вільності молекули R ndash універсальна газова стала
T∆ ndash приріст температури ( )12 TTT minus=∆
Скористаємося рівнянням Пуассона
const1 =minusγTV
і виразимо зміну температури через зміну обrsquoєму 1
221
11minusminus = γγ
VTVT
або
1
2
112
minus
=
γ
V
VTT або
minus
=∆
minus
1
1
2
11
γ
V
VTT
Врахуємо що показник адіабати i
i 2+=γ
тобто i21 =minusγ Тоді
minus
minus=
minus1
2
11 11
γ
γ
ν
V
VRTАад
У випадку ізотермічного процесу 1
21 ln
V
VRTАіз ν=
Дано 32
1 101 мVminussdot=
332 102 мV
minussdot=
із
ад
А
А
19
Тепер
1
2
1
2
1
ln
1
1
1
V
V
V
V
А
А
із
ад
minus
minus
minus=
γ
γ
Підставимо числові значення для повітря 41=γ
41
101
102ln
102
1011
141
1
3
2
141
3
2
=
sdot
sdot
sdot
sdotminus
minus=
minus
minus
minus
minus
minus
із
ад
А
А
Відповідь вигідніше стискувати ізотермічно
Приклад 12 В циліндрі під поршнем знаходиться водень масою
002 кг при температурі 300 К Водень спочатку розширився
адіабатно збільшивши свій обrsquoєм у 5 разів а потім був стиснутий
ізотермічно до попереднього обrsquoєму Знайти температуру в кінці
адіабатного процесу і роботу виконану газом під час цих процесів
Зобразити процеси графічно
Розвrsquoязання
Температура і обrsquoєм газу в адіабатному
процесі повrsquoязані рівнянням адіабати 1
2
1
1
2
minus
=
γ
V
V
Т
Т (1)
де i
i 2+=γ ndash показник адіабати
Для водню показник адіабати дорівнює
415
25=
+=γ
Згідно формули (1) γminus
=
1
1
212
V
VТТ
Роботу в адіабатному та ізотермічному
процесах знайдемо скориставшись відповідними формулами
Дано
М = 002 кг
micro = 2middot10ndash3
молькг
і = 5
V2 = 5V1
V3 = V1
Т1 = 300 К
КмольДжR sdot= 318
Т2 А1ndash2 А2ndash3
р
V V1 V2
1
Адіабата
Ізотерма 2
3
20
( ) ( )22
211221 ТТRіM
ТТRіM
А minussdot=minussdotminus=minusmicromicro
2
12
2
3232 lnln
V
VRT
M
V
VRT
MА
micromicro==minus
1585300 402 =sdot= minusТ К
4
321 10982)157300(3182
5
102
020sdot=minussdotsdotsdot
sdot=
minusminusА Дж
4
332 10125
1ln157318
102
020sdotminus=sdotsdot
sdot=
minusminusА Дж
Відповідь Т = 158 К А1-2 = 298middot104 Дж А2-3 = ndash21middot10
4 Дж Графік
процесів показано на малюнку
Приклад 13 Нагрівник теплової машини що працює за циклом
Карно має температуру Ct deg= 2001 Визначити температуру 2T
холодильника якщо при надходженні від нагрівника кількості
теплоти ДжQ 011 = машина виконує роботу ДжA 400=
Розвrsquoязання
За означенням ККД теплової машини
1Q
A=η
а для циклу Карно 1
21
T
TT minus=η
Прирівнявши праві частини виписаних співвідношень
Маємо 1
21
1 T
TT
Q
A minus=
Звідки
minus=
112 1
Q
ATT
Підставимо числові значення KT 4731 =
КT 28001
40014732 =
minus=
Дано
Ct deg= 2001 ДжQ 011 =
ДжA 400=
2T
21
Відповідь KT 2802 =
Приклад 14 Знайти витрату бензину автомобіля на S=1 км шляху
при швидкості годкм 60=υ Потужність двигуна 17 кВт ККД
двигуна 30=η питома теплота згоряння бензину q=45middot106 Джкг
Розвrsquoязання
При згорянні палива виділяється теплота
mqQ sdot=
ККД двигуна Q
Aкор=η Отже
qmQAкор ηη == З другої сторони з
врахуванням потужності υ
SNtNА sdot=sdot=
Прирівнявши ці два вирази отримаємо
q
NSm
ηυ=
Підставимо числові значення
кгт 08045middot1071630
1010176
33
asympsdotsdot
sdotsdot=
Відповідь m = 008 кг
Приклад 15 Ідеальний двоатомний газ здійснює цикл який
складається з двох ізотерм і двох ізохор При цьому найбільша
температура газу 500 К найменша ndash 300 К найбільший обrsquoєм 12 л
найменший ndash 3 л Знайти ККД циклу
Розвrsquoязання
Дано
мкмS3101 ==
смгодкм 71660 ==υ
ВтN31017 sdot=
3030 == ηη
кгДжq 1045 6sdot=
minusт
Дано
5=і
КТ 5001 =
КТ 3002 =
22
p 1
4
T1
T2
2
3
V1 V2 V
ККД циклу Q
А=η
де A - робота виконана газом Q - теплота
отримана газом Розглянемо ізопроцеси При
ізотермічних процесах 0=∆U оскільки
температура не змінюється З першого закону
термодинаміки ( AUQ +∆= ) випливає що в
цьому випадку вся отримана газом теплота
йде на виконання роботи AQ =
Для процесу 1rarr2 маємо
01
211121
2
1
2
1
gt==== intintrarrV
VnRT
m
V
dVRT
mpdVAQ
V
V
V
V
lmicromicro
де тиск V
RTт
р1
1 sdot=micro
Для процесу 3rarr4 маємо
01
222243
2
1
1
2
ltminus=minus=== intintrarrV
VnRT
m
V
dVRT
mpdVAQ
V
V
V
V
lmicromicro
- газ віддає
теплоту
Для ізохорних процесів обrsquoєм не змінюється тому 0=А З першого
закону термодинаміки TRmi
UQ ∆=∆=micro2
Для процесу 2rarr3 маємо
( ) ( ) 022
211232 ltminusminus=minus=rarr TTRmi
TTRmi
Qmicromicro
- газ віддає теплоту
Для процесу 4rarr1 маємо ( ) 02
2114 gtminus=rarr TTRmi
Qmicro
Отже газ виконав роботу ( )211
221 TT
V
VnR
mAAA minus=+= l
micro
Газ отримав теплоту ( )
minus+=+= rarrrarr 21
1
211421
2TT
i
V
VnTR
mQQQ l
micro
Тоді ККД цикла
331 1033 млV
minussdot==
332 101212 млV
minussdot==
minusη
23
( )
( )
( )
( )211
21
211
2
211
21
211
2
22TT
i
V
VnT
TTV
Vn
TTi
V
VnTR
m
TTV
VnR
m
Q
А
minus+
minus
=
minus+
minus
==
l
l
l
l
micro
microη
( )
( )23230
3005002
5
103
1012500
300500103
1012
3
3
3
3
=rArr=
minus+sdot
sdotsdot
minussdot
sdot
=
minus
minus
minus
minus
ηη
n
n
l
l
( 386169302224 =sdot== nn ll )
Відповідь 23=η
Приклад 16 Знайти приріст ентропії при перетворенні 1 г води з
температурою 0degС в пару при 100degС
Розвrsquoязання
Зміна ентропії у випадку оборотного
термодинамічного процесу
int=∆B
AT
QS
δ
де Qδ ndash елементарна кількість теплоти T ndash абсолютна
температура A та B ndash формальні позначення
вихідного і кінцевого стану системи
Розібrsquoємо інтеграл у правій частині виписаної формули на два
доданки що відповідають двом процесам заданим в умові
intint +equiv∆+∆=∆B
C
C
AT
Q
T
QSSS
δδ21
де 1S∆ ndash приріст ентропії при нагріванні води від температури 1T до
температури 2T 2S∆ ndash приріст ентропії при випаровуванні ( 2T за
умовою задачі ndash температура кипіння води)
У першому доданку
cmdTQ =δ
де c ndash питома теплоємність води У другому доданку const2 =T а
Дано
гm 1=
OH2 Ct deg= 01
Ct deg= 1002 S∆
24
rmQQ
B
C
==intδ
де r ndash питома теплота пароутворення Маємо
+=+=∆ intint
21
2
2
ln12
1T
r
T
TcmQ
TT
dTcmS
B
C
T
T
δ
КкгДжс sdotsdot= 310194 кгДжr510622 sdot= кгm
3101 minussdot=
КT 2731 = КT 3732 =
КДжS 47373
10622
273
373ln10194101
533 =
sdot+sdotsdot=∆ minus
Відповідь КДжS 47=∆
Приклад 17 105 г азоту ізотермічно розширюються від обrsquoєму
лV 21 = до обrsquoєму лV 52 = Знайти приріст ентропії при цьому
процесі
Розвrsquoязання
При ізотермічному процесі Т=const
отже зміна внутрішньої енергії 0=dU
Тоді з першого закону термодинаміки
маємо AQ δδ =
Елементарна робота з врахуванням виразу
для тиску р з рівняння Менделєєва-
Клапейрона V
dVRT
mрdVА
microδ ==
Зміна ентропії в оборотному термодинамічному процесі int=∆B
AT
QS
δ
В нашому випадку 1
22
1
V
VnR
m
TV
TdVR
m
T
АS
V
V
B
A
lmicromicro
δ===∆ intint
молькг 1028 3minussdot=micro - молярна маса азота
Підставимо числові значення
Дано
кггт 310510510 minussdot==
лV 21 =
лV 52 =
constТ =
minus∆S
25
КДжnS 922
5318
1028
10510
3
3
=sdotsdotsdot
sdot=∆
minus
minus
l
Відповідь КДжS 92=∆
Приклад 18 Два кіломолі триатомного газу адіабатно
розширюються в пустоту від 31 1мV = до 3
2 5мV = Температура газу
при цьому зменшується на 15 К Знайти за цими даними постійну laquoаraquo
з рівняння Ван-дер-Ваальса
Розвrsquoязання
Перше начало термодинаміки для адіабатного
процесу має вигляд dUA minus=δ де А ndash робота газу
проти зовнішніх сил U ndash внутрішня енергія За
умовою задачі зовнішнього тиску немає
(розширення в пустоту)
тому 0== dVpAδ
В підсумку маємо що 0=dU
Зміна внутрішньої енергії має дві складові
dTCVν що не залежить від зміни обrsquoєму та
( )VdU що залежить від обrsquoєму Остання складова
рівна роботі сили міжмолекулярного притягання
котра спричинює додатковий внутрішній тиск
2
20
V
aP ν=
( ) dVV
adVPVdU
2
20 ν==
Повна зміна внутрішньої енергії газу
02
2 =+ dVV
adTCV νν
Дано
моль3102 sdot=ν
6=i 0=Qδ
Паp 0=
31 1 мV =
32 5 мV =
KT 15minus=∆
a
26
Звідки dVCV
adT
V2
νminus=
Проінтегруємо останнє співвідношення
int int
minus=minus=
2
1
2
1
122
11T
T
V
V VV VVC
a
V
dV
C
adT νν
тобто
minus=∆
12
112
VViR
aT ν
оскільки молярна теплоємність при постійному обrsquoємі Ri
CV2
=
(і ndash число ступенів вільності R ndash універсальна газова стала)
Тепер маємо
( )21
21
2 VV
VTViRa
minus
∆=
ν
( )
( ) 2
4
3230
511022
51153186
моль
мНa
sdot=
minussdotsdot
sdotsdotminussdotsdot=
Відповідь 2
4
230моль
мН sdot=α
3 Задачі для самостійного розвrsquoязування
Вказівки до розвrsquoязування задач
1 В задачах на теплоту складають рівняння теплового балансу сума
теплоти що виділяється при певних процесах дорівнює сумі теплоти
що поглинається при інших процесах
2 В задачах про лід потрібно спочатку зrsquoясувати (кількісними
підрахунками) чи розтане весь лід якщо про це не сказано в умові
Якщо розтане не весь лід то кінцева температура дорівнюватиме 0ordmС
31 Молекулярна фізика
27
Рівняння стану ідеального газу
1 Балон місткістю 12 л заповнений азотом при тиску 81МПа і
температурі 17degС Знайти масу азоту (113 кг)
2 Яким може бути найменший обrsquoєм балона що містить 64 кг
кисню якщо його стінка при температурі 20degС витримує тиск
160 кгссм2 (32middot10
1 м
3)
3 До якої температури потрібно нагріти ідеальний газ щоб його
густина зменшилася у два рази порівняно з густиною цього газу
при Ct deg= 00 (Т=2Т0=546 К)
4 5 г азоту що знаходиться в закритій посудині місткістю 4 л при
температурі 20degС нагрівають до температури 40degС Знайти тиск
газу до і після нагрівання (р1=108middot105Па р2=116middot10
5Па)
5 Знайти густину водню при температурі 15degС і тиску 730 мм ртст
( 30810 мкг=ρ )
6 Густина деякого газу при температурі 10degС і тиску 2sdot105Па
дорівнює 034 3мкг Чому дорівнює маса одного кіломоля цього
газу ( молькг3104
minussdot=micro )
7 10 г кисню знаходяться під тиском 3 атм при температурі 10degС
Після розширення внаслідок нагрівання при постійному тиску
кисень зайняв обrsquoєм 10 л Знайти 1) обrsquoєм газу до розширення 2)
густину газу до розширення 3) температуру газу після
розширення 4) густину газу після розширення
( 331 1042)1 мV
minussdot= 2) 31 144 мкг=ρ 3) Т2=1170 К 4) 3
2 1 мкг=ρ )
8 6 г вуглекислого газу ( )2CO і 5 г закису азоту ( )ON2 заповнюють
посудину місткістю 2 дм3 Який загальний тиск у посудині при
температурі 127degС (415middot105Па)
9 Яка кількість речовини є в газовому балоні обrsquoємом 2 л при тиску
1013 МПа і температурі 10degС (86 моль)
10 Балон для газового зварювання місткістю 20 л був заповнений
киснем при температурі 15degС Коли частину кисню витратили
тиск у балоні знизився на 5065 кПа Скільки кисню було
витрачено ( кгm 1350=∆ )
11 Температура повітря в посудині обrsquoємом 5 л становить 27degС його
тиск 2026 МПа Визначити масу повітря яке потрібно випустити з
посудини щоб тиск у ній знизився до 1013 МПа ( кгm 0590=∆ )
28
12 Визначити густину повітря в камері шин автомобіля ВАЗ 2110
якщо тиск у камері 018 МПа (надлишковий) а температура 20degС
( 3353 кгм=ρ )
13 Знайти густину суміші 10-2 кг вуглекислого газу і 15sdot10
- 2 кг азоту
при температурі 300 К і тиску 015 МПа ( 3981 кгм=ρ )
14 Знайти молярну масу суміші що утворилася з 38sdot10-3 кг кисню і
22sdot10-2 кг вуглекислого газу ( кгмоль2104 minussdot=micro )
15 Накреслити графіки ізотермічного ізобарного та ізохорного
процесів в ідеальному газі у системах координат р V p T V T
Порівняти ці графіки
16 На рис1 зображено графік зміни стану ідеального газу в
координатах V T Виразити ці процеси графічно в координатах p V
та p T Назвати ці процеси
17 Зміна стану ідеального газу сталої маси зображена на рис2 В т1
температура газу Т0 Визначити температуру газу в т234
(Т2=3Т0 Т3=6Т0 Т4=2Т0)
18 Який обrsquoєм займає суміш газів ndash азоту масою кгm 11 = і гелію
масою кгm 12 = ndash при нормальних умовах (64 м3)
19 Скільки молекул міститься в 1 г водяної пари (33sdot1022
)
20 Скільки молекул буде знаходитися в 1 см3 посудини при 10degС
якщо посудину підкачано до ртстммp11101 minussdot= (34sdot10
5)
21 У балоні місткістю лV 3= знаходиться кисень масою 4 г
Визначити кількість речовини ν газу і концентрацію n його
молекул (ν =0125 моль n=251sdot1025м
-3)
Рис 1 Рис 2
29
22 У балоні було 10 кг газу при тиску 10 МПа Знайти яку масу газу
взяли з балона якщо тиск став рівним 25 МПа Температуру
вважати постійною (75 кг)
23 Балони місткістю лV 201 = і лV 442 = заповнені газом Тиск у
першому балоні МПаp 421 = у другому ndash МПаp 612 =
Визначити загальний тиск p після сполучення балонів якщо
температура газу залишилася попередньою (076 МПа)
24 Газ в кількості m=16 г при тиску р=106 Нм
2 і температурі t=112degС
займає обrsquoєм V=1600 см3 Визначити який це газ (кисень)
25 При якому тиску р густина ρ газоподібного азоту що має
температуру t= - 73degС складає 04 густини води кімнатної
температури 33
010 кгмρ = ( 271042 Нмр sdot= )
26 Відкрита посудина нагріта до температури t2=450degС Яка частина
маси повітря залишилась в ній в порівнянні з тією кількістю яка
була при t1=27degС Розширенням посудини знехтувати
(m2m1=0415)
27 10 г кисню знаходяться під тиском 0303 мкПа при температурі
10degС Після розширення внаслідок нагрівання при постійному
тиску кисень зайняв обrsquoєм 10 л Знайти обrsquoєм газу до розширення і
температуру газу після розширення (V1=24sdot10-3 м
3 Т2=118sdot10
3 К)
28 Скільки молекул повітря буде знаходитись в 1 см3 посудині при
10degС якщо повітря в посудині відкачане до тиску 133 мкПа
(34sdot108)
29 У 1 кг сухого повітря знаходиться m1=232 г кисню і m2=768 г
азоту Знайти відносну молярну масу повітря (microсм=288 кгмоль
microвідн=288 кгмоль)
30 У скільки разів вага повітря взимку (7 0
С) більша за його вагу
влітку (37 0 С) Тиск однаковий (11 рази)
31 У відкритій посудині при Ct0
1 20= є повітря гm 1501 = На яку
величину m∆ зменшиться маса повітря в посудині при нагріванні
її до Ct0
1 100= Зміною розмірів посудини при нагріванні
знехтувати ( m∆ =322 г)
32 У посудині знаходиться суміш 10 г вуглекислого газу і 15 г азоту
Знайти густину цієї суміші при температурі 27 0
С і тиску
15sdot10 5 Па ( 3981 мкг=ρ )
33 Знайти масу атома 1)водню 2) гелію
30
( )(10656)(10671 2727 геліюкгmводнюкгmminusminus sdot=sdot= )
34 Визначити концентрацію n молекул ідеального газу при
температурі Т= 300 К і тиску р =1 МПа ( n=224sdot10 17 м
-3)
Основне рівняння молекулярно-кінетичної теорії газів
швидкості молекул
35 Тиск p газу дорівнює 1 мПа концентрація n його молекул рівна
310101 minussdot см Визначити 1) температуру Т газу 2) середню
кінетичну енергію ( )1кЕ поступального руху молекули
( 1) Т=725 кК 2) ( )1кЕ =15sdot10
-19 Дж)
36 Молекула кисню при нормальних умовах рухається зі швидкістю
425 мс Визначити кінетичну енергію молекули
( ( )1кЕ =48sdot10
-21Дж)
37 Визначити кінетичну енергію поступального руху молекули
аміаку а також повну кінетичну енергію молекул одного моля
аміаку при температурі 373 К ( ( )1кЕ =773sdot10
-21Дж Еk=932 Дж)
38 Визначити сумарну кінетичну енергію теплового руху всіх
молекул кисню (О2) що займають обrsquoєм V=55sdot10-3 м
3 при тиску
р=2026 кПа (Еk=279 кДж)
39 Густина деякого газу 3060 мкгρ = середня квадратична
швидкість його молекул смкв 500=υ Знайти тиск газу на стінки
посудини (5 кПа)
40 Газ займає обrsquoєм лV 1= під тиском атмр 2= Визначити
кінетичну енергію kE поступального руху всіх молекул в даному
обrsquoємі (03 кДж)
41 Кількість речовини деякого газу моль51=ν температура
КТ 120= Визначити кінетичну енергію kE поступального руху
всіх молекул цього газу (73 кДж)
31
42 При якій температурі середня кінетична енергія ( )1кЕ
поступального руху молекули газу рівна Дж2110144 minussdot
(200 К)
43 Посудина зі внутрішнім обrsquoємом лV 4= містить гm 60=
деякого газу під тиском атмр 2= Визначити середню
квадратичну швидкість молекул газу (2 103
см )
43 Середня квадратична швидкість руху молекул деякого газу що
перебуває під тиском 50 кПа дорівнює 449 мс Визначити
густину газу при цих умовах ( 37440 мкг=ρ )
44 При якій температурі середня квадратична швидкість молекул
кисню дорівнює швидкості молекул азоту при температурі 373 К
(Т = 426 К)
46 Знайти середню арифметичну швидкість молекул газу коли
відомо що середня квадратична швидкість 400 мс
( см370=υ )
47 Знайти найбільш імовірну та середню арифметичну швидкості
молекул газу густина якого при тиску 40 кПа дорівнює 03 кгм3
( імυ = 5164 мс υ = 6324 мс)
48 Знайти середню квадратичну швидкість молекул повітря при
температурі 17deg С Повітря вважати однорідним газом з молярною
масою 29sdot10-3 кгмоль ( 500=квυ мс)
49 Визначити середню квадратичну швидкість квυ молекул газу
масою гm 30= що знаходиться в посудині місткістю лV 2= під
тиском кПаp 200= (2sdot10 3 мс)
50 Знайти відношення середніх квадратичних швидкостей молекул
гелію та азоту при однакових температурах (265)
51 Знайти середню квадратичну квυ середню арифметичну υ та
найімовірнішу імυ швидкості молекул водню Обчислення
виконати для трьох значень температури 1) КТ 20=
2) КТ 300= 3) КТ 5000= ( 1) 500 мс 462мс 407 мс
2) 194 кмс 179 кмс 158 кмс 3) 790 кмс 730 кмс 648 кмс)
52 При якій температурі Т середня квадратична швидкість атомів
гелію буде дорівнювати другій космічній швидкості
скм2112 =υ (201 кК)
32
53 Знайти середню арифметичну швидкість υ молекул газу якщо їх
середня квадратична швидкість скмкв 1=υ (092 кмс)
54 Кінетична енергія поступального руху молекул азоту що
знаходиться в обrsquoємі 20 дм3 дорівнює 5 кДж а середня
квадратична швидкість його молекул рівна 2 кмс Знайти 1) масу
азоту в балоні 2) тиск під яким знаходиться азот
( 1) т=25sdot103 кг 2) р=167sdot10
5 Па)
55 Посудина що містить деяку масу одноатомного газу рухається зі
швидкістю u На скільки збільшиться середній квадрат швидкості
теплового руху молекул при зупинці посудини Теплоємність
теплопровідність і маса стінок посудини зникаюче малі
56 Обчислити кількість теплоти що необхідна для нагрівання повітря
від Т1= 273 К до Т2= 303 К при сталому тиску якщо спочатку воно
перебувало при нормальному тиску р1 і мало обrsquoєм V1=50 м3
(∆Q=1948 кДж)
57 Яка кількість теплоти необхідна для нагрівання одного моля
одноатомного газу на 1 К при сталому обrsquoємі (∆Q=124 кДж)
58 Балон місткістю 2sdot10-2
м3 з киснем що має тиск 1013 МПа і
температуру 280 К нагрівають до 300 К Яку кількість теплоти
дістає при цьому газ (∆Q=35 кДж)
59 Визначити кількість теплоти (∆Q) що необхідна для нагрівання
повітря від Т1= 273 К до Т2=298 К при сталому обrsquoємі V1=30 м3
якщо початковий тиск повітря р1 був нормальний
(∆Q=6957 кДж)
32 Термодинаміка Реальні гази
Внутрішня енергія робота розширення газу
перше начало термодинаміки
60 Чому дорівнює енергія теплового руху молекул двоатомного газу
що знаходиться в посудині місткістю 2 л під тиском 015 МПа
(U=750 Дж)
61 10 г кисню знаходяться під тиском 03 МПа при температурі 10degС
Після нагрівання при постійному тиску газ зайняв обrsquoєм 10 л
Знайти 1) кількість теплоти одержаної газом 2) зміну
33
внутрішньої енергії газу 3) роботу виконану газом при
розширенні ( 1) 792sdot103Дж 2) 5660 Дж 3) 226sdot10
3 Дж)
62 2 кмолі вуглекислого газу нагріваються при постійному тиску на
50degС Знайти 1) зміну його внутрішньої енергії 2) роботу
розширення 3) кількість теплоти наданої газу
( 1) 2500 Дж 2) 830 кДж 3) 3300 кДж)
63 Газ що займав обrsquoєм 5 л і знаходився під тиском 02 МПа при
температурі 17degС було нагріто внаслідок чого він ізобарно
розширився Робота розширення газу при цьому виявилася рівною
196 Дж Наскільки нагріто газ (57 К)
64 При ізотермічному розширенні 10 г азоту що знаходиться при
температурі 17degС було виконано роботу 860 Дж У скільки разів
змінився тиск азоту при розширенні (272)
65 1л гелію котрий знаходиться при нормальних умовах ізотермічно
розширюється за рахунок одержаної ззовні теплоти до обrsquoєму 2 л
Знайти 1) роботу виконану газом при розширенні 2) кількість
наданої газу теплоти ( 1) 70 Дж 2) 70 Дж )
66 1 кг двоатомного газу знаходиться під тиском 80 кПа і має
густину 34 мкг=ρ Знайти енергію теплового руху молекул газу
при цих умовах (5sdot104Дж)
67 У посудину в котрій міститься 28 л води при температурі 20degС
вкинули нагрітий до 460degС кусок сталі що має масу 3кг Від цього
вода в посудині нагрілася до 60degС а частина її перетворилася в
пару Визначити масу води котра випарувалася Теплоємністю
посудини знехтувати
68 Знайти для кисню відношення питомої теплоємності при сталому
тиску до питомої теплоємності при постійному обrsquoємі (14)
69 1 кмоль азоту який знаходився при нормальних умовах
розширюється адіабатно від обrsquoєму 1V до обrsquoєму 12 5VV =
Знайти1) зміну внутрішньої енергії газу 2) роботу виконану при
розширенні ( 1) 269 sdot10 6 Дж 2) 269 sdot10
6 Дж)
70 Повітря що при нормальному атмосферному тиску зайняло обrsquoєм
2sdot10-2
м3 адіабатно стискується до обrsquoєму 2sdot10
-3 м
3 Визначити
тиск повітря після стискання (р=254 МПа)
71 Знайти питомі теплоємності азоту та їхні відношення при сталому
обrsquoємі та сталому тиску ( КкДжкгcV sdot= 7420
КкгкДжcp sdot= 041 )
34
72 Знаючи молярну масу газу ( кгмольmicro 31044 minussdot= ) і відношення
питомих теплоємностей (γ=133) обчислити молярні теплоємності
Ср і СV ( СV=0566 кДжкгsdotК Ср=0754 кДжкгsdotК)
Теплоємність адіабатний процес
73 Різниця питомих теплоємностей Vp cc minus деякого двоатомного газу
дорівнює 260 Джкг К Знайти молярну масу micro газу і його питомі
теплоємності pc та cV
( micro=0032 молькг cV=650 ДжкгmiddotК pc =910 ДжкгmiddotК)
74 Молярна маса деякого газу мольг30=micro відношення
41=Vp cc Знайти питомі теплоємності pc і сV цього газу
( сV=693 ДжкгmiddotК pc =910 ДжкгsdotК )
75 До якої температури охолодиться повітря що знаходиться при
температурі 0degС якщо воно розширюється адіабатно від обrsquoєму 1V
до обrsquoєму 12 2VV = (207 К)
76 Газ розширюється адіабатно при цьому обrsquoєм його збільшується
вдвічі а температура падає в 132 рази Яке число ступенів
вільності мають молекули цього газу (5)
77 Чому дорівнюють питомі теплоємності pc і сV деякого
двоатомного газу якщо густина цього газу при нормальних
умовах дорівнює 143 кгм3 (сV=650 ДжкгmiddotК pc =910 ДжкгmiddotК)
78 Двоатомний газ займає обrsquoєм лV 501 = при тиску атмp 501 =
Газ стискується адіабатно до деякого обrsquoєму 2V і тиску 2p а
потім при постійному обrsquoємі 2V охолоджується до початкової
температури При цьому тиск його стає рівним атмp 10 =
Зобразити описаний процес графічно знайти обrsquoєм 2V і тиск 2p
(025 л 132 атм)
79 Газ розширюється адіабатно так що його тиск спадає від 2 атм
до 1 атм Потім він нагрівається при постійному обrsquoємі до
початкової температури причому його тиск зростає до 122 атм
35
Зобразити описаний процес графічно і визначити відношення
Vp cc газу (14)
Цикл Карно ентропія
80 Ідеальна теплова машина що працює за циклом Карно отримує за
кожний цикл від нагрівника 600 кал теплоти Температура
нагрівника 400 К температура холодильника 300 К Знайти
роботу що виконує машина за один цикл і кількість теплоти
котра віддається холодильнику за один цикл
( А=630 Дж Q2=1880 Дж)
81 Ідеальна теплова машина що працює за циклом Карно 23
теплоти одержаної від нагрівника передає холодильнику з
температурою 10degС Визначити температуру нагрівника (4245 К)
82 Ідеальна теплова машина працює за циклом Карно При цьому
80 теплоти одержаної від нагрівника передається
холодильнику Від нагрівника надходить за цикл 15 ккал теплоти
Знайти 1) ККД циклу 2) роботу виконану за цикл
( 1) 20 2) 126sdot103Дж)
83 Ідеальна теплова машина що працює за циклом Карно виконує
за один цикл роботу 735sdot 10 4 Дж Температура нагрівника 100
0 С
температура холодильника 00 С Знайти1) ККД машини
2) кількість теплоти одержаної машиною за один цикл від
нагрівника 3) кількість теплоти яка віддається за один цикл
холодильнику ( 1) 268 2) 274 sdot10 4 Дж 3) 126 sdot10
4 Дж)
84 Ідеальна теплова машина отримує від нагрівника температура
якого 500 К за один цикл 3360 Дж теплоти Знайти кількість
теплоти що передається за один цикл холодильнику температура
якого 400 К Знайти роботу машини за один цикл
(Q2= 2688 Дж А= 672 Дж)
85 Ідеальна теплова машина що працює за циклом Карно має
температуру нагрівника 600 К а холодильника 500 К У скільки
разів потрібно збільшити абсолютну температуру нагрівника щоб
ККД машини збільшився вдвічі (в 125)
86 Визначити ККД циклу і температуру нагрівника теплової
машини яка працює за циклом Карно якщо за рахунок 2 кДж
теплоти одержаної від нагрівника вона виконує роботу 400 Дж
Температура холодильника 480 К (20 600 К)
36
87 Знайти зміну ентропії при ізотермічному розширенні 6 г водню зі
зменшенням тиску від 01 МПа до 50 кПа (173 ДжК)
88 105 г азоту ізотермічно розширюються від обrsquoєму лV 21 = до
обrsquoєму лV 52 = Знайти приріст ентропії в цьому процесі
(29 ДжК)
89 10 г кисню нагріваються від Ct deg= 501 до Ct deg= 1502 Знайти зміну
ентропії якщо нагрівання відбувається 1) ізохорно 2) ізобарно
( 1) 176 ДжК 2) 246 ДжК )
90 У циклі Карно робочим тілом є двоатомний газ Визначити ККД
циклу якщо при адіабатичному розширенні обrsquoєм газу збільшився
від 80 до 102 дм3 (01 або 10)
91 05 кг розплавленого свинцю при температурі плавлення влили в
лід при 0degС Частина льоду розплавилася Знайти зміну ентропії
(50 ДжК)
Реальні гази явища перенесення
92 Знайти критичний молярний обrsquoєм азоту
93 Розрахувати густину кисню у критичному стані
94 Знайти середню довжину вільного пробігу атомів гелію в умовах
коли густина гелію 321 мг=ρ (18sdot10-6 м)
95 Знайти середню довжину вільного пробігу атомів азоту при
температурі 17 0 С і тиску 10
4 Па ( м610 minus=λ )
96 Знайти залежність середнього числа зіткнень молекул z ідеального
газу від тиску р в наступних процесах 1) ізохорному
2)ізотермічному Зобразити ці залежності на графіках
( pzpz asympasymp )2)1 )
97 У посудині знаходиться вуглекислий газ густина якого 321012 мкгminussdot=ρ середня довжина вільного пробігу його
молекул при цих умовах дорівнює см61097 minussdot=λ Знайти
діаметр молекул вуглекислого газу ( d =35sdot 10 -10
м )
37
98 Знайти діаметр молекули кисню якщо відомо що для кисню
коефіцієнт внутрішнього тертя при 0ordm С дорівнює
сПа sdotsdot= minus610818η ( d = 3middot10
-10 м)
99 Знайти динамічну вrsquoязкість азоту при нормальних умовах якщо
коефіцієнт дифузії для нього при цих умовах дорівнює
сcм21420 (η = 178sdot10-5 Паsdotс)
100 Знайти коефіцієнт теплопровідності водню якщо його
динамічна вrsquoязкість при таких самих умовах рівна смкПа sdot68
(0090 ВтмmiddotК)
101 Коефіцієнт дифузії і динамічної вrsquoязкість кисню дорівнюють
см2510221
minussdot та сПа sdotsdot= minus510951η відповідно Знайти при
цих умовах 1) густину кисню 2) середню довжину вільного
пробігу його молекул і 3) середню арифметичну швидкість його
молекул ( 1) 16 кгм3 2) 835sdot10
-8 м 3) 440 мс)
102 Знайти залежність коефіцієнта теплопровідності κ газу від
температури Т в умовах ізобарного та ізохорного процесів
Зобразити ці залежності графічно (1 κ~ Т 2 κ~ Т )
103 Зайти коефіцієнт дифузії при нормальних умовах 1)гелію
2)кисню ( 1) сcм2720 2) сcм2180 )
104 Коефіцієнт дифузії D кисню при температурі t=0ordmС дорівнює
019 см2с Визначити середню довжину вільного пробігу λ
молекул кисню ( λ =135 нм)
105 Визначити залежність коефіцієнта дифузії D ідеального газу від
температури при наступних процесах 1)ізобарному
2)ізохорному ( 1) D~ 3Т 2) D~ Т )
106 Визначити залежність динамічної вrsquoязкості η від температури Т
при наступних процесах 1)ізобарному 2) ізохорному Зобразити
ці залежності на графіках ( 1) η ~ Т 2) η ~ Т )
107 Знайти коефіцієнт дифузії та коефіцієнт внутрішнього тертя
повітря при тиску 760 мм рт ст і температурі 10ordmС Діаметр
молекули повітря прийняти 3middot10-1 м
(148middot10-5 м
2с 185middot10
- 5 Паsdotс)
108 У скільки разів коефіцієнт внутрішнього тертя кисню більший за
коефіцієнт внутрішнього тертя азоту Температура газів
однакова (107)
38
109 Знайти коефіцієнт теплопровідності повітря при температурі
10ordmС і тиску 105 Па Діаметр молекули повітря прийняти рівним
3middot10-8 см (132middot10
-3 ВтмmiddotК)
110 Знайти залежність коефіцієнта теплопровідностіκ від тиску р
при наступних процесах 1)ізотермічному 2)ізохоричному
Зобразити ці залежності на графіках
( 1) Не залежить 2) κ ~ р )
Таблиця для самостійної роботи
Варіанти
завдань
Номери задач
1 1 11 35 45 60 73 85 97
2 2 12 36 46 61 74 86 98
3 3 13 37 47 62 75 87 99
4 4 14 38 48 63 76 88 100
5 5 15 39 49 64 77 89 103
6 6 16 40 50 65 80 92 104
7 7 17 41 51 66 81 93 105
8 8 18 42 52 67 82 94 106
9 9 19 43 53 68 83 95 107
10 10 20 44 54 69 84 96 108
Задачі для усного розвrsquoязування
111 Під час накачування повітря в гумову камеру одночасно
збільшується його обrsquoєм і тиск Чи не суперечить це закону Бойля -
Маріотта
112 Чому влітку шини коліс автомобілів накачують повітрям до
меншого тиску ніж взимку
113 Якої форми необхідно взяти посудину щоб сила тиску на дно
дорівнювала вазі рідини Була більша Менша ваги рідини
39
114 У посудині наповненій до краю водою плаває кусок льоду Чи
виллється вода з посудини коли лід розтане
115 Дві кульки ndash мідна та алюмінієва зрівноважені на пружинних
терезах Чи порушиться рівновага терезів якщо кульки упустити у
воду
116 Чи можна перелити воду з однієї склянки в іншу знаходячись в
кабіні штучного супутника Землі
117 Повітря складається з азоту кисню та інших газів Чи однакова
кінетична енергія поступального руху молекул цих газів при даній
температурі
118 Якими способами можна змінити внутрішню енергію тіла
119 В якому випадку зміна тиску газу буде більшою при адіабатній
чи ізотермічній зміні обrsquoєму
120 Чому ізотермічне розширення газу відбувається тільки внаслідок
підведення до нього деякої кількості теплоти
121 Чому в дизелі нема потреби запалювати пальну суміш
електричною іскрою як це робиться в інших двигунах
122 Під час роботи пневматичний молот що працює за рахунок
енергії стиснутого повітря зовні обмерзає Яка причина охолодження
123 Після сильного шторму вода в морі стає теплішою Чому
124 Деяку масу ідеального газу нагрівають на однакову кількість
градусів один раз при сталому тиску а другий раз при сталому обrsquoємі
В якому випадку потрібна більша кількість теплоти Чому
125 Чому вода на дні океану залишається холодною в той час як по
мірі просування в глибину Землі на кожні 100 м температура
збільшується приблизно на 3deg
40
126 Чи може теплова машина мати ККД=100 якщо працюватиме за
ідеальним циклом
127 Чи можна створити умови за яких внутрішня енергія переходила
б від тіл з нижчою температурою до тіл з вищою температурою
128 Чи охолоне повітря в кімнаті якщо відчинити двері домашнього
холодильника ввімкнутого в мережу
129 Чому температура пари яка надходить у парову турбіну нижча
за температуру пари що виходить з неї
130 Накреслити криві ізобарного ізохорного ізотермічного процесів
на діаграмах залежності V T P T P V
131 Як пояснити утворення роси і туману
132 Коли і чому на дроті лінії електропередач зrsquoявляється іній
133 Обrsquoєм посудини в якій міститься насичена пара ізотермічно
збільшили в 5 разів Що сталося з тиском пари
134 Чому туман зrsquoявляється в вечірній час а зранку зникає
135 Чому після дощу стає холодніше Пояснити це явище
4 Довідкові дані
Фундаментальні фізичні сталі
Гравітаційна стала 221110676 кгмНG sdotsdot= minus
Прискорення вільного падіння 2см819=g
Стала Авогадро 12310026 minussdot= мольN A
Стала Больцмана КДжk2310381 minussdot=
Стала Лошмідта 3250 10692 minussdot= мn
Газова стала КмольДжR sdot= 3148
41
Молярний обrsquoєм ідеального газу
при ну мольмV
330 1041322 minussdot=
Густина деяких речовин
Речов
ина ρsdot10
3 (кгм
3) Речовина ρsdot10
3
(кгм3)
мідь 86 вода 100
залізо 79 гліцерин 126
свине
ць
113 касторове
масло
089
ртуть 136 повітря 000129
Молярні маси деяких речовин
Речовин
а
Молекул
а
micro10- 3
кгмоль Речовина
Молекул
а
micro10-3
кгмоль
Азот N2 28 Гелій Hе 4
Аргон Ar 40 Кисень О2 32
Неон Ne 20 Повітря - 29
Вода H2O 18 Ртуть Hg 201
Водень H2 2 Кухонна
сіль NaCl 58
Вуглекг CO2 44
Нормальні умови
КT 2730 = атмстртммПаp 176010011 50 ==sdot=
Питомі теплоємності для деяких речовин
Сталь КкгДжc sdot= 460
Свинець КкгДжс sdot= 126
Питома теплота плавлення свинцю КкгДж sdotsdot= 410262λ
42
Символи і відносні атомні маси деяких хімічних елементів
H He C N O Cu K Li Na
1 4 12 14 16 64 39 6 23
Деякі параметри води
питома теплота пароутворення при 100degС ndash кгМДжr 262=
питома теплоємність ndash КкгкДжс sdot= 194
питома теплота плавлення при 0degС ndash кгДж510353 sdot=λ
43
Критичні параметри
Елемент КкрT
МПакрp
азот 12
6
34
кисень 15
4
507
Ефективні діаметри молекул
Елем
ент
нмσ
азот 03
0
гелій 02
0
Префікси для утворення кратних одиниць
Префікс Позначення Числове
значення Префікс Позначення
Числове
значення
тера Т T 1012
піко п p 10-12
гіга Г G 109 нано н n 10
-9
мега М M 106 мікро мк micro 10
-6
кіло к k 103 мілі м m 10
-3
Одиниці довжини обrsquoєму тиску концентрації кількості
теплоти коефіцієнта дифузії використані в задачах (в СІ) 333 10111 мдмл minussdot== Нкгс 891 = Джкал 1941 =
мдм 1101 minus= мсм 2101 minus= 363 101 мсм minus= 363 101 мсм =minus
Памкгс 891 2 = ПаабомНсмкгс 242 10891 sdot=
Паммкгс 62 10891 sdot= Паатм 5100111 sdot= (фізична атмосфера)
44
Паат 5109801 sdot= (технічна атмосфера) смссм 101 242 minus=
45
Одиниці в яких вимірюються деякі фізичні величини (в СІ)
Робота енергія ЕА Дж
Кількість теплоти Q Дж
Потужність P або N Джс=Вт
Тиск р Па=Нм2
Молярна маса micro кгмоль
Концентрація п м-3
Теплоємність питома с ДжкгmiddotК
Теплоємність молярна С ДжмольmiddotК
Поверхневий натяг α Нм
Динамічна вrsquoязкість η Паmiddotс=Нmiddotсм2=кгмmiddotс
Коефіцієнт дифузії D м2с
Коефіцієнт теплопровідності κ ВтмmiddotК
Приріст ентропії S∆ ДжК
Сталі Ван-дер-Ваальса а та b Нmiddotм4моль
2 та м
3моль
5Література
1 Загальна фізика за редакцією Ковалець МО Орленка ВФ
Частина1 Інтерактивний комплекс навчально-методичного
забезпечення Рівне 2009
2 Волькенштейн ВС Сборник задач по общему курсу физики- М
ldquoНаукаrdquo1985-1989
3 Иродов ИЕ Задачи по общей физике-МrdquoНаукаrdquo 1982
4 Савельев ИВ Сборник вопросов и задач по общей физике-
МldquoНаукаrdquo1982
5 Чертов АГВоробьев АА Федоров МВ Задачник по физике -М
ldquoВысшая школаrdquo1988
6 Х Кухлинг Справочник по физике-М ldquoМирrdquo1985
6
bull Число ступенів вільності молекул
3=i для одноатомних молекул
5=i для двоатомних молекул
6=i для три і багато атомних молекул
bull Середня кінетична енергія молекули
( )kT
iEк
2
1 =
де і- число ступенів вільності молекули
bull Внутрішня енергія ідеального газу
RTi
U2
ν=
bull Перше начало (закон) термодинаміки (інтегральна форма)
UAQ ∆+=
де Q ndash кількість наданої системі теплоти A ndash робота системи проти
зовнішніх сил U∆ ndash приріст внутрішньої енергії системи
bull Диференціальна форма запису першого закону
термодинаміки
dUAQ += δδ
bull Звязок молярної теплоємності ( )C з питомою
теплоємністю (с) речовини
microsdot= cC
bull Молярна теплоємність ідеального газу при сталому обrsquoємі
Ri
CV2
=
bull Молярна теплоємність ідеального газу при сталому тиску
Rі
С р2
2+=
bull Рівняння Майєра
RCC Vp +=
bull Рівняння адіабати ідеального газу
const=γPV або const1 =minusγ
TV або const1 =minusγγPT
де γ - показник адіабати (коефіцієнт Пуассона)
7
i
i
C
C
V
p 2+==γ
bull Робота газу при адіабатному процесі
TCUA V ∆sdotminus=∆minus= ν
bull Коефіцієнт корисної дії теплової машини
1Q
A=η
де A ndash робота виконана робочим тілом за цикл 21 QQA minus= 1Q
ndash кількість теплоти одержаної тілом за цикл від нагрівника 2Q ndash
кількість теплоти відданої тілом за цикл холодильнику
bull Коефіцієнт корисної дії циклу Карно
1
21
T
TT minus=η
де 1T ndash температура нагрівника 2T ndash температура холодильника
bull Приріст ентропії у випадку оборотного термодинамічного
процесу
int=minus=∆B
A
ABT
QSSS
δ
де SA та SB ndash значення ентропії що відповідає початковому і кінцевому
стану системи Qδ ndash елементарна кількість теплоти T
Qδ ndashзведена
теплота
bull Середня довжина вільного пробігу молекули
nz 2
2
1
σπ
υλ == υσπ nz
22=
де υ ndash середня арифметична швидкість теплового руху частинки
z ndash середнє число зіткнень за одиницю часу σ ndash ефективний діаметр
молекули n- концентрація молекул
bull Характеристики речовини у процесах перенесення
коефіцієнт дифузії λυ3
1=D
коефіцієнт внутрішнього тертя (динамічна вrsquoязкість)
8
λυρη3
1=
коефіцієнт теплопровідності λυρκ Vc3
1=
де ρ ndash густина Vс - питома теплоємність газу при сталому обrsquoємі
bull Звязок критичних параметрів речовини з поправками Ван-
дер-Ваальса laquoаraquo та laquobraquo
критичний тиск 227b
apкр =
молярний критичний обrsquoєм bV кр 3=micro
критична температура bR
aTкр
27
8=
bull Нормальні умови
KT 2730 = атмртстммПаp 176010011 50 ==sdot=
2 Приклади розвrsquoязування задач
Приклад 1 Скільки молекул є в 1 м3 води Яка маса молекули
води Вважаючи що молекули мають форму кульок що дотикаються
між собою знайти діаметр молекули
Розвrsquoязання
Використаємо формулу для розрахунку кількості
речовини (через масу і через число молекул)
AN
Nm=
micro
micro ndash молярна маса AN ndash стала Авогадро Число
молекул micro
AmNN =
Розділимо тепер праву і ліву частину одержаної рівності на
обrsquoєм ( )V і врахуємо що nVN = а ρ=Vm ndash густина Отримаємо
шукану концентрацію молекул micro
ρ ANn =
Дано
OH2
V=1 м3
кульки
n 0m d
9
З таблиць 3310001 мкгsdot=ρ 12310026 minussdot= мольN A
молькг31018 minussdot=micro Тому
328
3
233
103431018
1002610001 minusminus
sdot=sdot
sdotsdotsdot= мn
Масу однієї молекули можна розрахувати використовуючи
співвідношення ANm0=micro
ANm
micro=0
кгm26
23
3
0 1099210026
1018 minusminus
sdot=sdot
sdot=
Нехай на ділянці довжиною 1 м тісно вкладається ряд із z молекул
Тоді в обrsquoємі 1 м3 будуть розміщені 3
z молекул тобто 2810343 sdot
молекули (див вище розраховану концентрацію) Тому
193 28 1022310343 minussdot=sdot= мz
Відповідно діаметр однієї молекули z
d1
=
тобто мd10
910113
10223
1 minussdot=sdot
=
Відповідь 32810343 minussdot= мn кгm26
0 10992 minussdot= мd1010113 minussdot=
Приклад 2 Чому дорівнює густина повітря в посудині якщо вона
відкачана до найвищого розрідження якого можна досягнути
сучасними лабораторними методами 10 11 стртммр minus=
Температура повітря 15ordmС
Розвrsquoязання
Рівняння стану ідеального газу
(Менделєєва-Клапейрона)
RTpV ν=
де micro
νт
= - кількість молей повітря в
посудині
Дано
Па
стртммр
11
11
103133
10
minus
minus
sdot=
==
КTCt 28815 =rArrdeg=
молькгпов
31029 minussdot=micro
КмольДжR sdot= 318
minusρ
10
Домножимо рівняння стану на V
1
Отримаємо для тиску micro
ρRTр =
звідки RT
рmicroρ =
314311
1061288318
1029103133мкгminus
minusminus
sdot=sdot
sdotsdotsdot=ρ
Відповідь 3141061 мкгminussdot=ρ
Приклад 3 Скільки молекул повітря виходить з кімнати обrsquoємом 3120 мV = при підвищенні температури від Ct deg= 151 до Ct deg= 252
Атмосферний тиск нормальний Пар 510011 sdot=
Розвrsquoязання
Вважаємо газ ідеальним Рівняння
Менделєєва-Клапейрона для двох станів
матиме вигляд
=
=
22
11
RTm
pV
RTm
pV
micro
micro
Для кількості молей повітря у двох станах
micro1m
та micro
2m будемо відповідно мати
=
=
2
2
1
1
RT
pVm
RT
pVm
micro
micro
Віднімемо від першого рівняння друге
Тоді кількість молекул AA NTTR
pVN
mmN sdot
minus=sdot
minus=
21
21 11
micromicro
Дано 3120мV =
КTCt 288151 =rArrdeg=
КTCt 298252 =rArrdeg=
молькгпов31029 minussdot=micro
КмольДжR sdot= 318
12310026 minussdot= мольNA
Пар 510011 sdot=
minusN
11
Після перетворення маємо ( )
21
12
TRT
TTpVNN A minus
=
( ) 26235
10298288318
2882981002612010011asymp
sdotsdot
minussdotsdotsdotsdot=N молекул
Відповідь з кімнати вийшло N=1026
молекул
Приклад 4 В балоні обrsquoємом лV 10= знаходиться гелій під
тиском МПаp 011 = при температурі Ct deg= 271 Після того як з
балона було взято гm 10=∆ гелію температура в балоні зменшилася
до Cto172 = Визначити тиск 2p гелію що залишився
Розвrsquoязання
Застосуємо рівняння Менделєєва-Клапейрона до
початкового і кінцевого станів газу
11
1 RTm
Vpmicro
= 22
2 RTm
Vpmicro
=
де 1m та 2m ndash маси газу в обох станах micro ndash молярна
маса Т ndash абсолютна температура R ndash універсальна
газова стала З цих рівнянь маємо
1
11
RT
Vpm
micro=
2
22
RT
Vpm
micro= або
2
2
1
121
RT
Vp
RT
Vpmm
micromicrominus=minus За умовою задачі mmm ∆=minus 21
тому
∆minus=
V
Rm
T
pTp
micro1
122
KT 3001 = KT 2902 = Паp6
1 1001 sdot= кгm21001 minussdot=∆
КмольДжR sdot= 318 молькг31004 minussdot=micro 321001 мVminussdot=
Паp5
23
26
2 106310011004
3181001
300
1001290 sdot=
sdotsdotsdot
sdotsdotminus
sdot=
minusminus
minus
Відповідь p2= Па51063 sdot
Дано
лV 10= He
МПаp 011 =
Ct deg= 271 гm 10=∆
Ct deg=172 2p
12
Приклад 5 Якою має бути кінетична енергія поступального руху
двох кіломолів кисню щоб його молекули могли покинути Землю
Яка при цьому має бути температура Знайти тиск газу за цих умов
якщо його обrsquoєм 10 м3 Газ вважати ідеальним
Розвrsquoязання
Молекула газу може покинути Землю якщо її
швидкість 2υυ ge 2υ ndash друга космічна швидкість
Отже має виконуватися нерівність
( )2
2201 υm
Ек ge (1)
а для заданої кількості газу кінетична енергія
поступального руху молекул 2
22υm
Eк ge
де ( )1кE ndash кінетична енергія поступального руху однієї молекули 0m
ndash маса однієї молекули m ndash маса всього газу Масу газу виразимо
через кількість речовини νmicro=m
Мінімальна кінетична енергія 2
2
2υνmicro=кE
молькг31032 minussdot=micro моль3102 sdot=ν см32 10211 sdot=υ
( )ДжEк
9
2333
10042
102111021032sdot=
sdotsdotsdotsdotsdot=
minus
Температуру газу знайдемо підставивши в (1) вираз ( )kTЕк
2
31 = і
застосувавши звязок молярної маси з масою однієї молекули
ANm0=micro та означення сталої Больцмана AN
Rk = R ndash універсальна
газова стала AN ndash стала Авогадро
Маємо 22
3 22υmicro
ANkT = або
RT
3
22microυ
=
( )КT
5
233
106113183
102111032sdot=
sdot
sdotsdot=
minus
Тиск розрахуємо виходячи з основного рівняння мкт газів
Дано 310мV =
2О кмоль2=ν
2υυ ge
Ек р Т
13
кEpV3
2=
V
Ep к
3
2=
Паp8
9
1072103
10042sdot=
sdot
sdotsdot=
Відповідь ДжEк91004 sdot= КT
510611 sdot= Пар 81072 sdot=
Приклад 6 Визначити густину суміші що містить гm 41 = водню
та гm 322 = кисню при температурі КT 280= і тиску кПаp 93=
Який обrsquoєм займає газ
Розвrsquoязання
Густина газу RT
pcmicroρ =
де cmicro ndash молярна маса R ndash універсальна газова
стала
Молярна маса суміші
sum=
i i
i
cc m
m
micro
micro
де cm ndash маса суміші ( )21 mmmc += im та imicro ndash маса і молярна
маса і-тої компоненти Тепер густина суміші
( )TRmm
pmm 1
2
2
1
1
21
micromicro
ρ+
+=
кгm3
1 104 minussdot= кгm3
2 1032 minussdot= молькг31 102 minussdot=micro
молькг32 1032 minussdot=micro Паp
41039 sdot=
( ) 3
3
3
3
3
433
480280318
1
1032
1032
102
104
10391032104мкг=
sdot
sdot
sdot+
sdot
sdot
sdotsdotsdot+sdot=
minus
minus
minus
minus
minusminus
ρ
Обrsquoєм газу знайдемо виходячи з означення густини
( )ρρ 21 mmmV c +==
( ) 333 01704801032104 мV =sdotsdot+sdot= minusminus
Відповідь 3480 мкг=ρ 30170 мV =
Дано
( )21 H4 гm =
( )22 32 Oгm =
КT 280=
кПаp 93=
ρ V
14
Приклад 7 Знайти середню довжину вільного пробігу молекул
водню при тиску 133 мПа якщо середня арифметична швидкість
молекул υ =103middot103
см
Розвrsquoязання
Середня довжина вільного пробігу
молекул знаходиться за формулою
n2
2
1
πσλ =
З рівняння стану ідеального газуkT
pn =
де AN
Rk = ndash стала Больцмана
Отже p
Тk22πσ
λsdot
=
(1)
де Т ndash температура k ndash стала Больцмана σ - ефективний діаметр
молекули Для знаходження температури врахуємо що середня
арифметична швидкість руху молекул microπ
υRT8
=
Температура R
T8
2υπmicro=
Підставляючи у формулу (1) вираз для температури отримаємо
pNpR
k
A2
2
2
2
2828 σ
υmicro
σ
υmicroλ ==
( )( )
2
21023
233
104413301032100264118
10031102 minus
minus
minus
sdot=sdotsdotsdotsdotsdotsdot
sdotsdotsdot=λ м
Відповідь =λ 44middot10ndash2
м
Приклад 8 Розрахувати молярну теплоємність ідеального газу за
умови що тиск прямо пропорційний до обrsquoєму
Дано
micro = 2middot10ndash3
молькг
р = 133 мПа = 0133
Па
σ = 23middot10ndash10
м
υ = 103middot103 см
NA =602middot1023
мольndash1
КмольДжR sdot= 318
λ
Дано
Vp ~
15
Розвrsquoязання
За означенням dT
QC
ν
δ=
де Qδ ndash елементарна кількість теплоти dT ndash елементарний приріст
температури ν ndash кількість речовини
Перше начало термодинаміки
dUAQ += δδ
де Aδ ndash елементарна робота газу проти зовнішніх сил
dU - елементарний приріст внутрішньої енергії системи
dTRi
dU2
ν=
де i ndash число ступенів вільності молекул R ndash універсальна газова
стала
pdVA =δ
За умовою задачі Vp α= де α ndash деяка стала величина Тиск
запишемо виходячи з рівняння Менделєєва-Клапейрона
V
RTp
ν=
Прирівняємо праві частини останніх двох рівнянь
RTV να =2
і продиференціюємо цю рівність
RdTVdV να =2 або RdTpdV ν=2
Тепер уже можна записати вираз для елементарної роботи
RdTA νδ2
1=
і розрахувати теплоємність
VCRiRR
dT
RdTi
RdT
C +=+=+
=222
22
1
ν
νν
де VC ndash молярна теплоємність при сталому обrsquoємі
Відповідь 2
RCC V +=
C
16
Приклад 9 В циліндрі під поршнем котрий може вільно
переміщуватися знаходиться 10г азоту Яка кількість теплоти 1Q
необхідна для нагрівання азоту від температури KT 2831 = до
температури KT 2982 = Порівняйте цю теплоту з необхідною
теплотою 2Q для нагрівання такої ж кількості газу в тому ж
температурному інтервалі при постійному обrsquoємі а також визначте
зміну внутрішньої енергії і роботу розширення
Розвrsquoязання
Будемо вважати що газ ідеальний У першому
випадку маємо справу з ізобарним процесом тому
TCm
Q p∆=micro
1
де micro ndash молярна маса pC - молярна теплоємність
при сталому тиску 12 TTT minus=∆
У процесі ізохорного нагрівання (другий
випадок)
TCm
Q V ∆=micro
2
Молярні теплоємності
Ri
CV2
= Ri
RCC Vp2
2+=+=
тому
i
i
C
C
V
p 2+=
i
i
Q
Q 2
2
1 +=
Зміну внутрішньої енергії розраховують за формулою
TRim
U ∆=∆2micro
а роботу розширення газу ndash на основі першого закону термодинаміки
( ) Ui
TTRm
TRim
TRim
UQA ∆=minus=∆minus∆+
=∆minus=2
22
2121
micromicromicro
або безпосередньо за формулою
TRm
A ∆=micro
Дано
гm 10=
N2
KT 2831 =
KT 2982 =
а) const=p
б) const=V
2
1
Q
Q U∆ A
17
кгm31010 minussdot= 5=i (двоатомний газ) молькг31028 minussdot=micro
КмольДжR sdot= 318
415
25
2
1 =+
=Q
Q ( ) ДжU 111283298318
2
5
1028
1010
3
3
=minussdotsdot
sdot=∆
minus
minus
ДжА 4441115
2=sdot=
Відповідь 4121 =QQ ДжU 111=∆ ДжА 444=
Приклад 10 В калориметр з водою з загальною
теплоємністю С=1670 ДжК при температурі Ct deg= 201 поклали
гm 1001 = льоду температура якого Ct degminus= 82 Яка встановиться
температура Питома теплота плавлення льоду кгДж 10353 5sdot=λ
питома теплоємність льоду КкгДжс sdotsdot= 31012
Розвrsquoязання В задачах про лід потрібно спочатку
зrsquoясувати чи розтане весь лід якщо про
це не сказано в умові Коли в
калориметр кинули лід вода в ньому
почала охолоджуватися Теплота яка
виділиться при охолодженні
калориметра
( )011 ttCQ minus=
де Ct deg= 00 - температура кристалізації
води або плавлення льоду
Теплота необхідна для нагрівання льоду
до температури плавлення Ct deg= 00
( )202 ttтсQ minus=
Теплотанеобхідна для плавлення льоду
mQ λ=3
Підставимо числові значення ( ) ДжQ 3340002016701 =minus=
( )( ) ДжQ 168080101012 32 =minusminussdotsdotsdot=
ДжQ 33000101033 53 =sdotsdot=
Дано
КДжС 1670=
Ct deg= 201
Сt degminus= 82
кггт 101001 ==
кгДж51033 sdot=λ
КкгДжс sdotsdot= 31012
Ct deg= 00
minust
18
Проаналізуємо отримані результати 21 QQ gt - це означає що лід
нагріється до Cdeg0 але 321 QQQ +lt (33400lt34680 Дж) - це означає
що не весь лід розтане Тому кінцева температура буде
Cdeg0
Відповідь t= Cdeg0
Приклад 11 Треба стиснути повітря від обrsquoєму 32101 мminussdot до
обrsquoєму 33102 мminussdot Як вигідніше його стискувати адіабатно чи
ізотермічно
Розвrsquoязання
Порівняємо роботу при заданих процесах У
випадку адіабатного процесу
TRi
Аад ∆minus=2
ν
де ν ndash кількість речовини i ndash число ступенів
вільності молекули R ndash універсальна газова стала
T∆ ndash приріст температури ( )12 TTT minus=∆
Скористаємося рівнянням Пуассона
const1 =minusγTV
і виразимо зміну температури через зміну обrsquoєму 1
221
11minusminus = γγ
VTVT
або
1
2
112
minus
=
γ
V
VTT або
minus
=∆
minus
1
1
2
11
γ
V
VTT
Врахуємо що показник адіабати i
i 2+=γ
тобто i21 =minusγ Тоді
minus
minus=
minus1
2
11 11
γ
γ
ν
V
VRTАад
У випадку ізотермічного процесу 1
21 ln
V
VRTАіз ν=
Дано 32
1 101 мVminussdot=
332 102 мV
minussdot=
із
ад
А
А
19
Тепер
1
2
1
2
1
ln
1
1
1
V
V
V
V
А
А
із
ад
minus
minus
minus=
γ
γ
Підставимо числові значення для повітря 41=γ
41
101
102ln
102
1011
141
1
3
2
141
3
2
=
sdot
sdot
sdot
sdotminus
minus=
minus
minus
minus
minus
minus
із
ад
А
А
Відповідь вигідніше стискувати ізотермічно
Приклад 12 В циліндрі під поршнем знаходиться водень масою
002 кг при температурі 300 К Водень спочатку розширився
адіабатно збільшивши свій обrsquoєм у 5 разів а потім був стиснутий
ізотермічно до попереднього обrsquoєму Знайти температуру в кінці
адіабатного процесу і роботу виконану газом під час цих процесів
Зобразити процеси графічно
Розвrsquoязання
Температура і обrsquoєм газу в адіабатному
процесі повrsquoязані рівнянням адіабати 1
2
1
1
2
minus
=
γ
V
V
Т
Т (1)
де i
i 2+=γ ndash показник адіабати
Для водню показник адіабати дорівнює
415
25=
+=γ
Згідно формули (1) γminus
=
1
1
212
V
VТТ
Роботу в адіабатному та ізотермічному
процесах знайдемо скориставшись відповідними формулами
Дано
М = 002 кг
micro = 2middot10ndash3
молькг
і = 5
V2 = 5V1
V3 = V1
Т1 = 300 К
КмольДжR sdot= 318
Т2 А1ndash2 А2ndash3
р
V V1 V2
1
Адіабата
Ізотерма 2
3
20
( ) ( )22
211221 ТТRіM
ТТRіM
А minussdot=minussdotminus=minusmicromicro
2
12
2
3232 lnln
V
VRT
M
V
VRT
MА
micromicro==minus
1585300 402 =sdot= minusТ К
4
321 10982)157300(3182
5
102
020sdot=minussdotsdotsdot
sdot=
minusminusА Дж
4
332 10125
1ln157318
102
020sdotminus=sdotsdot
sdot=
minusminusА Дж
Відповідь Т = 158 К А1-2 = 298middot104 Дж А2-3 = ndash21middot10
4 Дж Графік
процесів показано на малюнку
Приклад 13 Нагрівник теплової машини що працює за циклом
Карно має температуру Ct deg= 2001 Визначити температуру 2T
холодильника якщо при надходженні від нагрівника кількості
теплоти ДжQ 011 = машина виконує роботу ДжA 400=
Розвrsquoязання
За означенням ККД теплової машини
1Q
A=η
а для циклу Карно 1
21
T
TT minus=η
Прирівнявши праві частини виписаних співвідношень
Маємо 1
21
1 T
TT
Q
A minus=
Звідки
minus=
112 1
Q
ATT
Підставимо числові значення KT 4731 =
КT 28001
40014732 =
minus=
Дано
Ct deg= 2001 ДжQ 011 =
ДжA 400=
2T
21
Відповідь KT 2802 =
Приклад 14 Знайти витрату бензину автомобіля на S=1 км шляху
при швидкості годкм 60=υ Потужність двигуна 17 кВт ККД
двигуна 30=η питома теплота згоряння бензину q=45middot106 Джкг
Розвrsquoязання
При згорянні палива виділяється теплота
mqQ sdot=
ККД двигуна Q
Aкор=η Отже
qmQAкор ηη == З другої сторони з
врахуванням потужності υ
SNtNА sdot=sdot=
Прирівнявши ці два вирази отримаємо
q
NSm
ηυ=
Підставимо числові значення
кгт 08045middot1071630
1010176
33
asympsdotsdot
sdotsdot=
Відповідь m = 008 кг
Приклад 15 Ідеальний двоатомний газ здійснює цикл який
складається з двох ізотерм і двох ізохор При цьому найбільша
температура газу 500 К найменша ndash 300 К найбільший обrsquoєм 12 л
найменший ndash 3 л Знайти ККД циклу
Розвrsquoязання
Дано
мкмS3101 ==
смгодкм 71660 ==υ
ВтN31017 sdot=
3030 == ηη
кгДжq 1045 6sdot=
minusт
Дано
5=і
КТ 5001 =
КТ 3002 =
22
p 1
4
T1
T2
2
3
V1 V2 V
ККД циклу Q
А=η
де A - робота виконана газом Q - теплота
отримана газом Розглянемо ізопроцеси При
ізотермічних процесах 0=∆U оскільки
температура не змінюється З першого закону
термодинаміки ( AUQ +∆= ) випливає що в
цьому випадку вся отримана газом теплота
йде на виконання роботи AQ =
Для процесу 1rarr2 маємо
01
211121
2
1
2
1
gt==== intintrarrV
VnRT
m
V
dVRT
mpdVAQ
V
V
V
V
lmicromicro
де тиск V
RTт
р1
1 sdot=micro
Для процесу 3rarr4 маємо
01
222243
2
1
1
2
ltminus=minus=== intintrarrV
VnRT
m
V
dVRT
mpdVAQ
V
V
V
V
lmicromicro
- газ віддає
теплоту
Для ізохорних процесів обrsquoєм не змінюється тому 0=А З першого
закону термодинаміки TRmi
UQ ∆=∆=micro2
Для процесу 2rarr3 маємо
( ) ( ) 022
211232 ltminusminus=minus=rarr TTRmi
TTRmi
Qmicromicro
- газ віддає теплоту
Для процесу 4rarr1 маємо ( ) 02
2114 gtminus=rarr TTRmi
Qmicro
Отже газ виконав роботу ( )211
221 TT
V
VnR
mAAA minus=+= l
micro
Газ отримав теплоту ( )
minus+=+= rarrrarr 21
1
211421
2TT
i
V
VnTR
mQQQ l
micro
Тоді ККД цикла
331 1033 млV
minussdot==
332 101212 млV
minussdot==
minusη
23
( )
( )
( )
( )211
21
211
2
211
21
211
2
22TT
i
V
VnT
TTV
Vn
TTi
V
VnTR
m
TTV
VnR
m
Q
А
minus+
minus
=
minus+
minus
==
l
l
l
l
micro
microη
( )
( )23230
3005002
5
103
1012500
300500103
1012
3
3
3
3
=rArr=
minus+sdot
sdotsdot
minussdot
sdot
=
minus
minus
minus
minus
ηη
n
n
l
l
( 386169302224 =sdot== nn ll )
Відповідь 23=η
Приклад 16 Знайти приріст ентропії при перетворенні 1 г води з
температурою 0degС в пару при 100degС
Розвrsquoязання
Зміна ентропії у випадку оборотного
термодинамічного процесу
int=∆B
AT
QS
δ
де Qδ ndash елементарна кількість теплоти T ndash абсолютна
температура A та B ndash формальні позначення
вихідного і кінцевого стану системи
Розібrsquoємо інтеграл у правій частині виписаної формули на два
доданки що відповідають двом процесам заданим в умові
intint +equiv∆+∆=∆B
C
C
AT
Q
T
QSSS
δδ21
де 1S∆ ndash приріст ентропії при нагріванні води від температури 1T до
температури 2T 2S∆ ndash приріст ентропії при випаровуванні ( 2T за
умовою задачі ndash температура кипіння води)
У першому доданку
cmdTQ =δ
де c ndash питома теплоємність води У другому доданку const2 =T а
Дано
гm 1=
OH2 Ct deg= 01
Ct deg= 1002 S∆
24
rmQQ
B
C
==intδ
де r ndash питома теплота пароутворення Маємо
+=+=∆ intint
21
2
2
ln12
1T
r
T
TcmQ
TT
dTcmS
B
C
T
T
δ
КкгДжс sdotsdot= 310194 кгДжr510622 sdot= кгm
3101 minussdot=
КT 2731 = КT 3732 =
КДжS 47373
10622
273
373ln10194101
533 =
sdot+sdotsdot=∆ minus
Відповідь КДжS 47=∆
Приклад 17 105 г азоту ізотермічно розширюються від обrsquoєму
лV 21 = до обrsquoєму лV 52 = Знайти приріст ентропії при цьому
процесі
Розвrsquoязання
При ізотермічному процесі Т=const
отже зміна внутрішньої енергії 0=dU
Тоді з першого закону термодинаміки
маємо AQ δδ =
Елементарна робота з врахуванням виразу
для тиску р з рівняння Менделєєва-
Клапейрона V
dVRT
mрdVА
microδ ==
Зміна ентропії в оборотному термодинамічному процесі int=∆B
AT
QS
δ
В нашому випадку 1
22
1
V
VnR
m
TV
TdVR
m
T
АS
V
V
B
A
lmicromicro
δ===∆ intint
молькг 1028 3minussdot=micro - молярна маса азота
Підставимо числові значення
Дано
кггт 310510510 minussdot==
лV 21 =
лV 52 =
constТ =
minus∆S
25
КДжnS 922
5318
1028
10510
3
3
=sdotsdotsdot
sdot=∆
minus
minus
l
Відповідь КДжS 92=∆
Приклад 18 Два кіломолі триатомного газу адіабатно
розширюються в пустоту від 31 1мV = до 3
2 5мV = Температура газу
при цьому зменшується на 15 К Знайти за цими даними постійну laquoаraquo
з рівняння Ван-дер-Ваальса
Розвrsquoязання
Перше начало термодинаміки для адіабатного
процесу має вигляд dUA minus=δ де А ndash робота газу
проти зовнішніх сил U ndash внутрішня енергія За
умовою задачі зовнішнього тиску немає
(розширення в пустоту)
тому 0== dVpAδ
В підсумку маємо що 0=dU
Зміна внутрішньої енергії має дві складові
dTCVν що не залежить від зміни обrsquoєму та
( )VdU що залежить від обrsquoєму Остання складова
рівна роботі сили міжмолекулярного притягання
котра спричинює додатковий внутрішній тиск
2
20
V
aP ν=
( ) dVV
adVPVdU
2
20 ν==
Повна зміна внутрішньої енергії газу
02
2 =+ dVV
adTCV νν
Дано
моль3102 sdot=ν
6=i 0=Qδ
Паp 0=
31 1 мV =
32 5 мV =
KT 15minus=∆
a
26
Звідки dVCV
adT
V2
νminus=
Проінтегруємо останнє співвідношення
int int
minus=minus=
2
1
2
1
122
11T
T
V
V VV VVC
a
V
dV
C
adT νν
тобто
minus=∆
12
112
VViR
aT ν
оскільки молярна теплоємність при постійному обrsquoємі Ri
CV2
=
(і ndash число ступенів вільності R ndash універсальна газова стала)
Тепер маємо
( )21
21
2 VV
VTViRa
minus
∆=
ν
( )
( ) 2
4
3230
511022
51153186
моль
мНa
sdot=
minussdotsdot
sdotsdotminussdotsdot=
Відповідь 2
4
230моль
мН sdot=α
3 Задачі для самостійного розвrsquoязування
Вказівки до розвrsquoязування задач
1 В задачах на теплоту складають рівняння теплового балансу сума
теплоти що виділяється при певних процесах дорівнює сумі теплоти
що поглинається при інших процесах
2 В задачах про лід потрібно спочатку зrsquoясувати (кількісними
підрахунками) чи розтане весь лід якщо про це не сказано в умові
Якщо розтане не весь лід то кінцева температура дорівнюватиме 0ordmС
31 Молекулярна фізика
27
Рівняння стану ідеального газу
1 Балон місткістю 12 л заповнений азотом при тиску 81МПа і
температурі 17degС Знайти масу азоту (113 кг)
2 Яким може бути найменший обrsquoєм балона що містить 64 кг
кисню якщо його стінка при температурі 20degС витримує тиск
160 кгссм2 (32middot10
1 м
3)
3 До якої температури потрібно нагріти ідеальний газ щоб його
густина зменшилася у два рази порівняно з густиною цього газу
при Ct deg= 00 (Т=2Т0=546 К)
4 5 г азоту що знаходиться в закритій посудині місткістю 4 л при
температурі 20degС нагрівають до температури 40degС Знайти тиск
газу до і після нагрівання (р1=108middot105Па р2=116middot10
5Па)
5 Знайти густину водню при температурі 15degС і тиску 730 мм ртст
( 30810 мкг=ρ )
6 Густина деякого газу при температурі 10degС і тиску 2sdot105Па
дорівнює 034 3мкг Чому дорівнює маса одного кіломоля цього
газу ( молькг3104
minussdot=micro )
7 10 г кисню знаходяться під тиском 3 атм при температурі 10degС
Після розширення внаслідок нагрівання при постійному тиску
кисень зайняв обrsquoєм 10 л Знайти 1) обrsquoєм газу до розширення 2)
густину газу до розширення 3) температуру газу після
розширення 4) густину газу після розширення
( 331 1042)1 мV
minussdot= 2) 31 144 мкг=ρ 3) Т2=1170 К 4) 3
2 1 мкг=ρ )
8 6 г вуглекислого газу ( )2CO і 5 г закису азоту ( )ON2 заповнюють
посудину місткістю 2 дм3 Який загальний тиск у посудині при
температурі 127degС (415middot105Па)
9 Яка кількість речовини є в газовому балоні обrsquoємом 2 л при тиску
1013 МПа і температурі 10degС (86 моль)
10 Балон для газового зварювання місткістю 20 л був заповнений
киснем при температурі 15degС Коли частину кисню витратили
тиск у балоні знизився на 5065 кПа Скільки кисню було
витрачено ( кгm 1350=∆ )
11 Температура повітря в посудині обrsquoємом 5 л становить 27degС його
тиск 2026 МПа Визначити масу повітря яке потрібно випустити з
посудини щоб тиск у ній знизився до 1013 МПа ( кгm 0590=∆ )
28
12 Визначити густину повітря в камері шин автомобіля ВАЗ 2110
якщо тиск у камері 018 МПа (надлишковий) а температура 20degС
( 3353 кгм=ρ )
13 Знайти густину суміші 10-2 кг вуглекислого газу і 15sdot10
- 2 кг азоту
при температурі 300 К і тиску 015 МПа ( 3981 кгм=ρ )
14 Знайти молярну масу суміші що утворилася з 38sdot10-3 кг кисню і
22sdot10-2 кг вуглекислого газу ( кгмоль2104 minussdot=micro )
15 Накреслити графіки ізотермічного ізобарного та ізохорного
процесів в ідеальному газі у системах координат р V p T V T
Порівняти ці графіки
16 На рис1 зображено графік зміни стану ідеального газу в
координатах V T Виразити ці процеси графічно в координатах p V
та p T Назвати ці процеси
17 Зміна стану ідеального газу сталої маси зображена на рис2 В т1
температура газу Т0 Визначити температуру газу в т234
(Т2=3Т0 Т3=6Т0 Т4=2Т0)
18 Який обrsquoєм займає суміш газів ndash азоту масою кгm 11 = і гелію
масою кгm 12 = ndash при нормальних умовах (64 м3)
19 Скільки молекул міститься в 1 г водяної пари (33sdot1022
)
20 Скільки молекул буде знаходитися в 1 см3 посудини при 10degС
якщо посудину підкачано до ртстммp11101 minussdot= (34sdot10
5)
21 У балоні місткістю лV 3= знаходиться кисень масою 4 г
Визначити кількість речовини ν газу і концентрацію n його
молекул (ν =0125 моль n=251sdot1025м
-3)
Рис 1 Рис 2
29
22 У балоні було 10 кг газу при тиску 10 МПа Знайти яку масу газу
взяли з балона якщо тиск став рівним 25 МПа Температуру
вважати постійною (75 кг)
23 Балони місткістю лV 201 = і лV 442 = заповнені газом Тиск у
першому балоні МПаp 421 = у другому ndash МПаp 612 =
Визначити загальний тиск p після сполучення балонів якщо
температура газу залишилася попередньою (076 МПа)
24 Газ в кількості m=16 г при тиску р=106 Нм
2 і температурі t=112degС
займає обrsquoєм V=1600 см3 Визначити який це газ (кисень)
25 При якому тиску р густина ρ газоподібного азоту що має
температуру t= - 73degС складає 04 густини води кімнатної
температури 33
010 кгмρ = ( 271042 Нмр sdot= )
26 Відкрита посудина нагріта до температури t2=450degС Яка частина
маси повітря залишилась в ній в порівнянні з тією кількістю яка
була при t1=27degС Розширенням посудини знехтувати
(m2m1=0415)
27 10 г кисню знаходяться під тиском 0303 мкПа при температурі
10degС Після розширення внаслідок нагрівання при постійному
тиску кисень зайняв обrsquoєм 10 л Знайти обrsquoєм газу до розширення і
температуру газу після розширення (V1=24sdot10-3 м
3 Т2=118sdot10
3 К)
28 Скільки молекул повітря буде знаходитись в 1 см3 посудині при
10degС якщо повітря в посудині відкачане до тиску 133 мкПа
(34sdot108)
29 У 1 кг сухого повітря знаходиться m1=232 г кисню і m2=768 г
азоту Знайти відносну молярну масу повітря (microсм=288 кгмоль
microвідн=288 кгмоль)
30 У скільки разів вага повітря взимку (7 0
С) більша за його вагу
влітку (37 0 С) Тиск однаковий (11 рази)
31 У відкритій посудині при Ct0
1 20= є повітря гm 1501 = На яку
величину m∆ зменшиться маса повітря в посудині при нагріванні
її до Ct0
1 100= Зміною розмірів посудини при нагріванні
знехтувати ( m∆ =322 г)
32 У посудині знаходиться суміш 10 г вуглекислого газу і 15 г азоту
Знайти густину цієї суміші при температурі 27 0
С і тиску
15sdot10 5 Па ( 3981 мкг=ρ )
33 Знайти масу атома 1)водню 2) гелію
30
( )(10656)(10671 2727 геліюкгmводнюкгmminusminus sdot=sdot= )
34 Визначити концентрацію n молекул ідеального газу при
температурі Т= 300 К і тиску р =1 МПа ( n=224sdot10 17 м
-3)
Основне рівняння молекулярно-кінетичної теорії газів
швидкості молекул
35 Тиск p газу дорівнює 1 мПа концентрація n його молекул рівна
310101 minussdot см Визначити 1) температуру Т газу 2) середню
кінетичну енергію ( )1кЕ поступального руху молекули
( 1) Т=725 кК 2) ( )1кЕ =15sdot10
-19 Дж)
36 Молекула кисню при нормальних умовах рухається зі швидкістю
425 мс Визначити кінетичну енергію молекули
( ( )1кЕ =48sdot10
-21Дж)
37 Визначити кінетичну енергію поступального руху молекули
аміаку а також повну кінетичну енергію молекул одного моля
аміаку при температурі 373 К ( ( )1кЕ =773sdot10
-21Дж Еk=932 Дж)
38 Визначити сумарну кінетичну енергію теплового руху всіх
молекул кисню (О2) що займають обrsquoєм V=55sdot10-3 м
3 при тиску
р=2026 кПа (Еk=279 кДж)
39 Густина деякого газу 3060 мкгρ = середня квадратична
швидкість його молекул смкв 500=υ Знайти тиск газу на стінки
посудини (5 кПа)
40 Газ займає обrsquoєм лV 1= під тиском атмр 2= Визначити
кінетичну енергію kE поступального руху всіх молекул в даному
обrsquoємі (03 кДж)
41 Кількість речовини деякого газу моль51=ν температура
КТ 120= Визначити кінетичну енергію kE поступального руху
всіх молекул цього газу (73 кДж)
31
42 При якій температурі середня кінетична енергія ( )1кЕ
поступального руху молекули газу рівна Дж2110144 minussdot
(200 К)
43 Посудина зі внутрішнім обrsquoємом лV 4= містить гm 60=
деякого газу під тиском атмр 2= Визначити середню
квадратичну швидкість молекул газу (2 103
см )
43 Середня квадратична швидкість руху молекул деякого газу що
перебуває під тиском 50 кПа дорівнює 449 мс Визначити
густину газу при цих умовах ( 37440 мкг=ρ )
44 При якій температурі середня квадратична швидкість молекул
кисню дорівнює швидкості молекул азоту при температурі 373 К
(Т = 426 К)
46 Знайти середню арифметичну швидкість молекул газу коли
відомо що середня квадратична швидкість 400 мс
( см370=υ )
47 Знайти найбільш імовірну та середню арифметичну швидкості
молекул газу густина якого при тиску 40 кПа дорівнює 03 кгм3
( імυ = 5164 мс υ = 6324 мс)
48 Знайти середню квадратичну швидкість молекул повітря при
температурі 17deg С Повітря вважати однорідним газом з молярною
масою 29sdot10-3 кгмоль ( 500=квυ мс)
49 Визначити середню квадратичну швидкість квυ молекул газу
масою гm 30= що знаходиться в посудині місткістю лV 2= під
тиском кПаp 200= (2sdot10 3 мс)
50 Знайти відношення середніх квадратичних швидкостей молекул
гелію та азоту при однакових температурах (265)
51 Знайти середню квадратичну квυ середню арифметичну υ та
найімовірнішу імυ швидкості молекул водню Обчислення
виконати для трьох значень температури 1) КТ 20=
2) КТ 300= 3) КТ 5000= ( 1) 500 мс 462мс 407 мс
2) 194 кмс 179 кмс 158 кмс 3) 790 кмс 730 кмс 648 кмс)
52 При якій температурі Т середня квадратична швидкість атомів
гелію буде дорівнювати другій космічній швидкості
скм2112 =υ (201 кК)
32
53 Знайти середню арифметичну швидкість υ молекул газу якщо їх
середня квадратична швидкість скмкв 1=υ (092 кмс)
54 Кінетична енергія поступального руху молекул азоту що
знаходиться в обrsquoємі 20 дм3 дорівнює 5 кДж а середня
квадратична швидкість його молекул рівна 2 кмс Знайти 1) масу
азоту в балоні 2) тиск під яким знаходиться азот
( 1) т=25sdot103 кг 2) р=167sdot10
5 Па)
55 Посудина що містить деяку масу одноатомного газу рухається зі
швидкістю u На скільки збільшиться середній квадрат швидкості
теплового руху молекул при зупинці посудини Теплоємність
теплопровідність і маса стінок посудини зникаюче малі
56 Обчислити кількість теплоти що необхідна для нагрівання повітря
від Т1= 273 К до Т2= 303 К при сталому тиску якщо спочатку воно
перебувало при нормальному тиску р1 і мало обrsquoєм V1=50 м3
(∆Q=1948 кДж)
57 Яка кількість теплоти необхідна для нагрівання одного моля
одноатомного газу на 1 К при сталому обrsquoємі (∆Q=124 кДж)
58 Балон місткістю 2sdot10-2
м3 з киснем що має тиск 1013 МПа і
температуру 280 К нагрівають до 300 К Яку кількість теплоти
дістає при цьому газ (∆Q=35 кДж)
59 Визначити кількість теплоти (∆Q) що необхідна для нагрівання
повітря від Т1= 273 К до Т2=298 К при сталому обrsquoємі V1=30 м3
якщо початковий тиск повітря р1 був нормальний
(∆Q=6957 кДж)
32 Термодинаміка Реальні гази
Внутрішня енергія робота розширення газу
перше начало термодинаміки
60 Чому дорівнює енергія теплового руху молекул двоатомного газу
що знаходиться в посудині місткістю 2 л під тиском 015 МПа
(U=750 Дж)
61 10 г кисню знаходяться під тиском 03 МПа при температурі 10degС
Після нагрівання при постійному тиску газ зайняв обrsquoєм 10 л
Знайти 1) кількість теплоти одержаної газом 2) зміну
33
внутрішньої енергії газу 3) роботу виконану газом при
розширенні ( 1) 792sdot103Дж 2) 5660 Дж 3) 226sdot10
3 Дж)
62 2 кмолі вуглекислого газу нагріваються при постійному тиску на
50degС Знайти 1) зміну його внутрішньої енергії 2) роботу
розширення 3) кількість теплоти наданої газу
( 1) 2500 Дж 2) 830 кДж 3) 3300 кДж)
63 Газ що займав обrsquoєм 5 л і знаходився під тиском 02 МПа при
температурі 17degС було нагріто внаслідок чого він ізобарно
розширився Робота розширення газу при цьому виявилася рівною
196 Дж Наскільки нагріто газ (57 К)
64 При ізотермічному розширенні 10 г азоту що знаходиться при
температурі 17degС було виконано роботу 860 Дж У скільки разів
змінився тиск азоту при розширенні (272)
65 1л гелію котрий знаходиться при нормальних умовах ізотермічно
розширюється за рахунок одержаної ззовні теплоти до обrsquoєму 2 л
Знайти 1) роботу виконану газом при розширенні 2) кількість
наданої газу теплоти ( 1) 70 Дж 2) 70 Дж )
66 1 кг двоатомного газу знаходиться під тиском 80 кПа і має
густину 34 мкг=ρ Знайти енергію теплового руху молекул газу
при цих умовах (5sdot104Дж)
67 У посудину в котрій міститься 28 л води при температурі 20degС
вкинули нагрітий до 460degС кусок сталі що має масу 3кг Від цього
вода в посудині нагрілася до 60degС а частина її перетворилася в
пару Визначити масу води котра випарувалася Теплоємністю
посудини знехтувати
68 Знайти для кисню відношення питомої теплоємності при сталому
тиску до питомої теплоємності при постійному обrsquoємі (14)
69 1 кмоль азоту який знаходився при нормальних умовах
розширюється адіабатно від обrsquoєму 1V до обrsquoєму 12 5VV =
Знайти1) зміну внутрішньої енергії газу 2) роботу виконану при
розширенні ( 1) 269 sdot10 6 Дж 2) 269 sdot10
6 Дж)
70 Повітря що при нормальному атмосферному тиску зайняло обrsquoєм
2sdot10-2
м3 адіабатно стискується до обrsquoєму 2sdot10
-3 м
3 Визначити
тиск повітря після стискання (р=254 МПа)
71 Знайти питомі теплоємності азоту та їхні відношення при сталому
обrsquoємі та сталому тиску ( КкДжкгcV sdot= 7420
КкгкДжcp sdot= 041 )
34
72 Знаючи молярну масу газу ( кгмольmicro 31044 minussdot= ) і відношення
питомих теплоємностей (γ=133) обчислити молярні теплоємності
Ср і СV ( СV=0566 кДжкгsdotК Ср=0754 кДжкгsdotК)
Теплоємність адіабатний процес
73 Різниця питомих теплоємностей Vp cc minus деякого двоатомного газу
дорівнює 260 Джкг К Знайти молярну масу micro газу і його питомі
теплоємності pc та cV
( micro=0032 молькг cV=650 ДжкгmiddotК pc =910 ДжкгmiddotК)
74 Молярна маса деякого газу мольг30=micro відношення
41=Vp cc Знайти питомі теплоємності pc і сV цього газу
( сV=693 ДжкгmiddotК pc =910 ДжкгsdotК )
75 До якої температури охолодиться повітря що знаходиться при
температурі 0degС якщо воно розширюється адіабатно від обrsquoєму 1V
до обrsquoєму 12 2VV = (207 К)
76 Газ розширюється адіабатно при цьому обrsquoєм його збільшується
вдвічі а температура падає в 132 рази Яке число ступенів
вільності мають молекули цього газу (5)
77 Чому дорівнюють питомі теплоємності pc і сV деякого
двоатомного газу якщо густина цього газу при нормальних
умовах дорівнює 143 кгм3 (сV=650 ДжкгmiddotК pc =910 ДжкгmiddotК)
78 Двоатомний газ займає обrsquoєм лV 501 = при тиску атмp 501 =
Газ стискується адіабатно до деякого обrsquoєму 2V і тиску 2p а
потім при постійному обrsquoємі 2V охолоджується до початкової
температури При цьому тиск його стає рівним атмp 10 =
Зобразити описаний процес графічно знайти обrsquoєм 2V і тиск 2p
(025 л 132 атм)
79 Газ розширюється адіабатно так що його тиск спадає від 2 атм
до 1 атм Потім він нагрівається при постійному обrsquoємі до
початкової температури причому його тиск зростає до 122 атм
35
Зобразити описаний процес графічно і визначити відношення
Vp cc газу (14)
Цикл Карно ентропія
80 Ідеальна теплова машина що працює за циклом Карно отримує за
кожний цикл від нагрівника 600 кал теплоти Температура
нагрівника 400 К температура холодильника 300 К Знайти
роботу що виконує машина за один цикл і кількість теплоти
котра віддається холодильнику за один цикл
( А=630 Дж Q2=1880 Дж)
81 Ідеальна теплова машина що працює за циклом Карно 23
теплоти одержаної від нагрівника передає холодильнику з
температурою 10degС Визначити температуру нагрівника (4245 К)
82 Ідеальна теплова машина працює за циклом Карно При цьому
80 теплоти одержаної від нагрівника передається
холодильнику Від нагрівника надходить за цикл 15 ккал теплоти
Знайти 1) ККД циклу 2) роботу виконану за цикл
( 1) 20 2) 126sdot103Дж)
83 Ідеальна теплова машина що працює за циклом Карно виконує
за один цикл роботу 735sdot 10 4 Дж Температура нагрівника 100
0 С
температура холодильника 00 С Знайти1) ККД машини
2) кількість теплоти одержаної машиною за один цикл від
нагрівника 3) кількість теплоти яка віддається за один цикл
холодильнику ( 1) 268 2) 274 sdot10 4 Дж 3) 126 sdot10
4 Дж)
84 Ідеальна теплова машина отримує від нагрівника температура
якого 500 К за один цикл 3360 Дж теплоти Знайти кількість
теплоти що передається за один цикл холодильнику температура
якого 400 К Знайти роботу машини за один цикл
(Q2= 2688 Дж А= 672 Дж)
85 Ідеальна теплова машина що працює за циклом Карно має
температуру нагрівника 600 К а холодильника 500 К У скільки
разів потрібно збільшити абсолютну температуру нагрівника щоб
ККД машини збільшився вдвічі (в 125)
86 Визначити ККД циклу і температуру нагрівника теплової
машини яка працює за циклом Карно якщо за рахунок 2 кДж
теплоти одержаної від нагрівника вона виконує роботу 400 Дж
Температура холодильника 480 К (20 600 К)
36
87 Знайти зміну ентропії при ізотермічному розширенні 6 г водню зі
зменшенням тиску від 01 МПа до 50 кПа (173 ДжК)
88 105 г азоту ізотермічно розширюються від обrsquoєму лV 21 = до
обrsquoєму лV 52 = Знайти приріст ентропії в цьому процесі
(29 ДжК)
89 10 г кисню нагріваються від Ct deg= 501 до Ct deg= 1502 Знайти зміну
ентропії якщо нагрівання відбувається 1) ізохорно 2) ізобарно
( 1) 176 ДжК 2) 246 ДжК )
90 У циклі Карно робочим тілом є двоатомний газ Визначити ККД
циклу якщо при адіабатичному розширенні обrsquoєм газу збільшився
від 80 до 102 дм3 (01 або 10)
91 05 кг розплавленого свинцю при температурі плавлення влили в
лід при 0degС Частина льоду розплавилася Знайти зміну ентропії
(50 ДжК)
Реальні гази явища перенесення
92 Знайти критичний молярний обrsquoєм азоту
93 Розрахувати густину кисню у критичному стані
94 Знайти середню довжину вільного пробігу атомів гелію в умовах
коли густина гелію 321 мг=ρ (18sdot10-6 м)
95 Знайти середню довжину вільного пробігу атомів азоту при
температурі 17 0 С і тиску 10
4 Па ( м610 minus=λ )
96 Знайти залежність середнього числа зіткнень молекул z ідеального
газу від тиску р в наступних процесах 1) ізохорному
2)ізотермічному Зобразити ці залежності на графіках
( pzpz asympasymp )2)1 )
97 У посудині знаходиться вуглекислий газ густина якого 321012 мкгminussdot=ρ середня довжина вільного пробігу його
молекул при цих умовах дорівнює см61097 minussdot=λ Знайти
діаметр молекул вуглекислого газу ( d =35sdot 10 -10
м )
37
98 Знайти діаметр молекули кисню якщо відомо що для кисню
коефіцієнт внутрішнього тертя при 0ordm С дорівнює
сПа sdotsdot= minus610818η ( d = 3middot10
-10 м)
99 Знайти динамічну вrsquoязкість азоту при нормальних умовах якщо
коефіцієнт дифузії для нього при цих умовах дорівнює
сcм21420 (η = 178sdot10-5 Паsdotс)
100 Знайти коефіцієнт теплопровідності водню якщо його
динамічна вrsquoязкість при таких самих умовах рівна смкПа sdot68
(0090 ВтмmiddotК)
101 Коефіцієнт дифузії і динамічної вrsquoязкість кисню дорівнюють
см2510221
minussdot та сПа sdotsdot= minus510951η відповідно Знайти при
цих умовах 1) густину кисню 2) середню довжину вільного
пробігу його молекул і 3) середню арифметичну швидкість його
молекул ( 1) 16 кгм3 2) 835sdot10
-8 м 3) 440 мс)
102 Знайти залежність коефіцієнта теплопровідності κ газу від
температури Т в умовах ізобарного та ізохорного процесів
Зобразити ці залежності графічно (1 κ~ Т 2 κ~ Т )
103 Зайти коефіцієнт дифузії при нормальних умовах 1)гелію
2)кисню ( 1) сcм2720 2) сcм2180 )
104 Коефіцієнт дифузії D кисню при температурі t=0ordmС дорівнює
019 см2с Визначити середню довжину вільного пробігу λ
молекул кисню ( λ =135 нм)
105 Визначити залежність коефіцієнта дифузії D ідеального газу від
температури при наступних процесах 1)ізобарному
2)ізохорному ( 1) D~ 3Т 2) D~ Т )
106 Визначити залежність динамічної вrsquoязкості η від температури Т
при наступних процесах 1)ізобарному 2) ізохорному Зобразити
ці залежності на графіках ( 1) η ~ Т 2) η ~ Т )
107 Знайти коефіцієнт дифузії та коефіцієнт внутрішнього тертя
повітря при тиску 760 мм рт ст і температурі 10ordmС Діаметр
молекули повітря прийняти 3middot10-1 м
(148middot10-5 м
2с 185middot10
- 5 Паsdotс)
108 У скільки разів коефіцієнт внутрішнього тертя кисню більший за
коефіцієнт внутрішнього тертя азоту Температура газів
однакова (107)
38
109 Знайти коефіцієнт теплопровідності повітря при температурі
10ordmС і тиску 105 Па Діаметр молекули повітря прийняти рівним
3middot10-8 см (132middot10
-3 ВтмmiddotК)
110 Знайти залежність коефіцієнта теплопровідностіκ від тиску р
при наступних процесах 1)ізотермічному 2)ізохоричному
Зобразити ці залежності на графіках
( 1) Не залежить 2) κ ~ р )
Таблиця для самостійної роботи
Варіанти
завдань
Номери задач
1 1 11 35 45 60 73 85 97
2 2 12 36 46 61 74 86 98
3 3 13 37 47 62 75 87 99
4 4 14 38 48 63 76 88 100
5 5 15 39 49 64 77 89 103
6 6 16 40 50 65 80 92 104
7 7 17 41 51 66 81 93 105
8 8 18 42 52 67 82 94 106
9 9 19 43 53 68 83 95 107
10 10 20 44 54 69 84 96 108
Задачі для усного розвrsquoязування
111 Під час накачування повітря в гумову камеру одночасно
збільшується його обrsquoєм і тиск Чи не суперечить це закону Бойля -
Маріотта
112 Чому влітку шини коліс автомобілів накачують повітрям до
меншого тиску ніж взимку
113 Якої форми необхідно взяти посудину щоб сила тиску на дно
дорівнювала вазі рідини Була більша Менша ваги рідини
39
114 У посудині наповненій до краю водою плаває кусок льоду Чи
виллється вода з посудини коли лід розтане
115 Дві кульки ndash мідна та алюмінієва зрівноважені на пружинних
терезах Чи порушиться рівновага терезів якщо кульки упустити у
воду
116 Чи можна перелити воду з однієї склянки в іншу знаходячись в
кабіні штучного супутника Землі
117 Повітря складається з азоту кисню та інших газів Чи однакова
кінетична енергія поступального руху молекул цих газів при даній
температурі
118 Якими способами можна змінити внутрішню енергію тіла
119 В якому випадку зміна тиску газу буде більшою при адіабатній
чи ізотермічній зміні обrsquoєму
120 Чому ізотермічне розширення газу відбувається тільки внаслідок
підведення до нього деякої кількості теплоти
121 Чому в дизелі нема потреби запалювати пальну суміш
електричною іскрою як це робиться в інших двигунах
122 Під час роботи пневматичний молот що працює за рахунок
енергії стиснутого повітря зовні обмерзає Яка причина охолодження
123 Після сильного шторму вода в морі стає теплішою Чому
124 Деяку масу ідеального газу нагрівають на однакову кількість
градусів один раз при сталому тиску а другий раз при сталому обrsquoємі
В якому випадку потрібна більша кількість теплоти Чому
125 Чому вода на дні океану залишається холодною в той час як по
мірі просування в глибину Землі на кожні 100 м температура
збільшується приблизно на 3deg
40
126 Чи може теплова машина мати ККД=100 якщо працюватиме за
ідеальним циклом
127 Чи можна створити умови за яких внутрішня енергія переходила
б від тіл з нижчою температурою до тіл з вищою температурою
128 Чи охолоне повітря в кімнаті якщо відчинити двері домашнього
холодильника ввімкнутого в мережу
129 Чому температура пари яка надходить у парову турбіну нижча
за температуру пари що виходить з неї
130 Накреслити криві ізобарного ізохорного ізотермічного процесів
на діаграмах залежності V T P T P V
131 Як пояснити утворення роси і туману
132 Коли і чому на дроті лінії електропередач зrsquoявляється іній
133 Обrsquoєм посудини в якій міститься насичена пара ізотермічно
збільшили в 5 разів Що сталося з тиском пари
134 Чому туман зrsquoявляється в вечірній час а зранку зникає
135 Чому після дощу стає холодніше Пояснити це явище
4 Довідкові дані
Фундаментальні фізичні сталі
Гравітаційна стала 221110676 кгмНG sdotsdot= minus
Прискорення вільного падіння 2см819=g
Стала Авогадро 12310026 minussdot= мольN A
Стала Больцмана КДжk2310381 minussdot=
Стала Лошмідта 3250 10692 minussdot= мn
Газова стала КмольДжR sdot= 3148
41
Молярний обrsquoєм ідеального газу
при ну мольмV
330 1041322 minussdot=
Густина деяких речовин
Речов
ина ρsdot10
3 (кгм
3) Речовина ρsdot10
3
(кгм3)
мідь 86 вода 100
залізо 79 гліцерин 126
свине
ць
113 касторове
масло
089
ртуть 136 повітря 000129
Молярні маси деяких речовин
Речовин
а
Молекул
а
micro10- 3
кгмоль Речовина
Молекул
а
micro10-3
кгмоль
Азот N2 28 Гелій Hе 4
Аргон Ar 40 Кисень О2 32
Неон Ne 20 Повітря - 29
Вода H2O 18 Ртуть Hg 201
Водень H2 2 Кухонна
сіль NaCl 58
Вуглекг CO2 44
Нормальні умови
КT 2730 = атмстртммПаp 176010011 50 ==sdot=
Питомі теплоємності для деяких речовин
Сталь КкгДжc sdot= 460
Свинець КкгДжс sdot= 126
Питома теплота плавлення свинцю КкгДж sdotsdot= 410262λ
42
Символи і відносні атомні маси деяких хімічних елементів
H He C N O Cu K Li Na
1 4 12 14 16 64 39 6 23
Деякі параметри води
питома теплота пароутворення при 100degС ndash кгМДжr 262=
питома теплоємність ndash КкгкДжс sdot= 194
питома теплота плавлення при 0degС ndash кгДж510353 sdot=λ
43
Критичні параметри
Елемент КкрT
МПакрp
азот 12
6
34
кисень 15
4
507
Ефективні діаметри молекул
Елем
ент
нмσ
азот 03
0
гелій 02
0
Префікси для утворення кратних одиниць
Префікс Позначення Числове
значення Префікс Позначення
Числове
значення
тера Т T 1012
піко п p 10-12
гіга Г G 109 нано н n 10
-9
мега М M 106 мікро мк micro 10
-6
кіло к k 103 мілі м m 10
-3
Одиниці довжини обrsquoєму тиску концентрації кількості
теплоти коефіцієнта дифузії використані в задачах (в СІ) 333 10111 мдмл minussdot== Нкгс 891 = Джкал 1941 =
мдм 1101 minus= мсм 2101 minus= 363 101 мсм minus= 363 101 мсм =minus
Памкгс 891 2 = ПаабомНсмкгс 242 10891 sdot=
Паммкгс 62 10891 sdot= Паатм 5100111 sdot= (фізична атмосфера)
44
Паат 5109801 sdot= (технічна атмосфера) смссм 101 242 minus=
45
Одиниці в яких вимірюються деякі фізичні величини (в СІ)
Робота енергія ЕА Дж
Кількість теплоти Q Дж
Потужність P або N Джс=Вт
Тиск р Па=Нм2
Молярна маса micro кгмоль
Концентрація п м-3
Теплоємність питома с ДжкгmiddotК
Теплоємність молярна С ДжмольmiddotК
Поверхневий натяг α Нм
Динамічна вrsquoязкість η Паmiddotс=Нmiddotсм2=кгмmiddotс
Коефіцієнт дифузії D м2с
Коефіцієнт теплопровідності κ ВтмmiddotК
Приріст ентропії S∆ ДжК
Сталі Ван-дер-Ваальса а та b Нmiddotм4моль
2 та м
3моль
5Література
1 Загальна фізика за редакцією Ковалець МО Орленка ВФ
Частина1 Інтерактивний комплекс навчально-методичного
забезпечення Рівне 2009
2 Волькенштейн ВС Сборник задач по общему курсу физики- М
ldquoНаукаrdquo1985-1989
3 Иродов ИЕ Задачи по общей физике-МrdquoНаукаrdquo 1982
4 Савельев ИВ Сборник вопросов и задач по общей физике-
МldquoНаукаrdquo1982
5 Чертов АГВоробьев АА Федоров МВ Задачник по физике -М
ldquoВысшая школаrdquo1988
6 Х Кухлинг Справочник по физике-М ldquoМирrdquo1985
7
i
i
C
C
V
p 2+==γ
bull Робота газу при адіабатному процесі
TCUA V ∆sdotminus=∆minus= ν
bull Коефіцієнт корисної дії теплової машини
1Q
A=η
де A ndash робота виконана робочим тілом за цикл 21 QQA minus= 1Q
ndash кількість теплоти одержаної тілом за цикл від нагрівника 2Q ndash
кількість теплоти відданої тілом за цикл холодильнику
bull Коефіцієнт корисної дії циклу Карно
1
21
T
TT minus=η
де 1T ndash температура нагрівника 2T ndash температура холодильника
bull Приріст ентропії у випадку оборотного термодинамічного
процесу
int=minus=∆B
A
ABT
QSSS
δ
де SA та SB ndash значення ентропії що відповідає початковому і кінцевому
стану системи Qδ ndash елементарна кількість теплоти T
Qδ ndashзведена
теплота
bull Середня довжина вільного пробігу молекули
nz 2
2
1
σπ
υλ == υσπ nz
22=
де υ ndash середня арифметична швидкість теплового руху частинки
z ndash середнє число зіткнень за одиницю часу σ ndash ефективний діаметр
молекули n- концентрація молекул
bull Характеристики речовини у процесах перенесення
коефіцієнт дифузії λυ3
1=D
коефіцієнт внутрішнього тертя (динамічна вrsquoязкість)
8
λυρη3
1=
коефіцієнт теплопровідності λυρκ Vc3
1=
де ρ ndash густина Vс - питома теплоємність газу при сталому обrsquoємі
bull Звязок критичних параметрів речовини з поправками Ван-
дер-Ваальса laquoаraquo та laquobraquo
критичний тиск 227b
apкр =
молярний критичний обrsquoєм bV кр 3=micro
критична температура bR
aTкр
27
8=
bull Нормальні умови
KT 2730 = атмртстммПаp 176010011 50 ==sdot=
2 Приклади розвrsquoязування задач
Приклад 1 Скільки молекул є в 1 м3 води Яка маса молекули
води Вважаючи що молекули мають форму кульок що дотикаються
між собою знайти діаметр молекули
Розвrsquoязання
Використаємо формулу для розрахунку кількості
речовини (через масу і через число молекул)
AN
Nm=
micro
micro ndash молярна маса AN ndash стала Авогадро Число
молекул micro
AmNN =
Розділимо тепер праву і ліву частину одержаної рівності на
обrsquoєм ( )V і врахуємо що nVN = а ρ=Vm ndash густина Отримаємо
шукану концентрацію молекул micro
ρ ANn =
Дано
OH2
V=1 м3
кульки
n 0m d
9
З таблиць 3310001 мкгsdot=ρ 12310026 minussdot= мольN A
молькг31018 minussdot=micro Тому
328
3
233
103431018
1002610001 minusminus
sdot=sdot
sdotsdotsdot= мn
Масу однієї молекули можна розрахувати використовуючи
співвідношення ANm0=micro
ANm
micro=0
кгm26
23
3
0 1099210026
1018 minusminus
sdot=sdot
sdot=
Нехай на ділянці довжиною 1 м тісно вкладається ряд із z молекул
Тоді в обrsquoємі 1 м3 будуть розміщені 3
z молекул тобто 2810343 sdot
молекули (див вище розраховану концентрацію) Тому
193 28 1022310343 minussdot=sdot= мz
Відповідно діаметр однієї молекули z
d1
=
тобто мd10
910113
10223
1 minussdot=sdot
=
Відповідь 32810343 minussdot= мn кгm26
0 10992 minussdot= мd1010113 minussdot=
Приклад 2 Чому дорівнює густина повітря в посудині якщо вона
відкачана до найвищого розрідження якого можна досягнути
сучасними лабораторними методами 10 11 стртммр minus=
Температура повітря 15ordmС
Розвrsquoязання
Рівняння стану ідеального газу
(Менделєєва-Клапейрона)
RTpV ν=
де micro
νт
= - кількість молей повітря в
посудині
Дано
Па
стртммр
11
11
103133
10
minus
minus
sdot=
==
КTCt 28815 =rArrdeg=
молькгпов
31029 minussdot=micro
КмольДжR sdot= 318
minusρ
10
Домножимо рівняння стану на V
1
Отримаємо для тиску micro
ρRTр =
звідки RT
рmicroρ =
314311
1061288318
1029103133мкгminus
minusminus
sdot=sdot
sdotsdotsdot=ρ
Відповідь 3141061 мкгminussdot=ρ
Приклад 3 Скільки молекул повітря виходить з кімнати обrsquoємом 3120 мV = при підвищенні температури від Ct deg= 151 до Ct deg= 252
Атмосферний тиск нормальний Пар 510011 sdot=
Розвrsquoязання
Вважаємо газ ідеальним Рівняння
Менделєєва-Клапейрона для двох станів
матиме вигляд
=
=
22
11
RTm
pV
RTm
pV
micro
micro
Для кількості молей повітря у двох станах
micro1m
та micro
2m будемо відповідно мати
=
=
2
2
1
1
RT
pVm
RT
pVm
micro
micro
Віднімемо від першого рівняння друге
Тоді кількість молекул AA NTTR
pVN
mmN sdot
minus=sdot
minus=
21
21 11
micromicro
Дано 3120мV =
КTCt 288151 =rArrdeg=
КTCt 298252 =rArrdeg=
молькгпов31029 minussdot=micro
КмольДжR sdot= 318
12310026 minussdot= мольNA
Пар 510011 sdot=
minusN
11
Після перетворення маємо ( )
21
12
TRT
TTpVNN A minus
=
( ) 26235
10298288318
2882981002612010011asymp
sdotsdot
minussdotsdotsdotsdot=N молекул
Відповідь з кімнати вийшло N=1026
молекул
Приклад 4 В балоні обrsquoємом лV 10= знаходиться гелій під
тиском МПаp 011 = при температурі Ct deg= 271 Після того як з
балона було взято гm 10=∆ гелію температура в балоні зменшилася
до Cto172 = Визначити тиск 2p гелію що залишився
Розвrsquoязання
Застосуємо рівняння Менделєєва-Клапейрона до
початкового і кінцевого станів газу
11
1 RTm
Vpmicro
= 22
2 RTm
Vpmicro
=
де 1m та 2m ndash маси газу в обох станах micro ndash молярна
маса Т ndash абсолютна температура R ndash універсальна
газова стала З цих рівнянь маємо
1
11
RT
Vpm
micro=
2
22
RT
Vpm
micro= або
2
2
1
121
RT
Vp
RT
Vpmm
micromicrominus=minus За умовою задачі mmm ∆=minus 21
тому
∆minus=
V
Rm
T
pTp
micro1
122
KT 3001 = KT 2902 = Паp6
1 1001 sdot= кгm21001 minussdot=∆
КмольДжR sdot= 318 молькг31004 minussdot=micro 321001 мVminussdot=
Паp5
23
26
2 106310011004
3181001
300
1001290 sdot=
sdotsdotsdot
sdotsdotminus
sdot=
minusminus
minus
Відповідь p2= Па51063 sdot
Дано
лV 10= He
МПаp 011 =
Ct deg= 271 гm 10=∆
Ct deg=172 2p
12
Приклад 5 Якою має бути кінетична енергія поступального руху
двох кіломолів кисню щоб його молекули могли покинути Землю
Яка при цьому має бути температура Знайти тиск газу за цих умов
якщо його обrsquoєм 10 м3 Газ вважати ідеальним
Розвrsquoязання
Молекула газу може покинути Землю якщо її
швидкість 2υυ ge 2υ ndash друга космічна швидкість
Отже має виконуватися нерівність
( )2
2201 υm
Ек ge (1)
а для заданої кількості газу кінетична енергія
поступального руху молекул 2
22υm
Eк ge
де ( )1кE ndash кінетична енергія поступального руху однієї молекули 0m
ndash маса однієї молекули m ndash маса всього газу Масу газу виразимо
через кількість речовини νmicro=m
Мінімальна кінетична енергія 2
2
2υνmicro=кE
молькг31032 minussdot=micro моль3102 sdot=ν см32 10211 sdot=υ
( )ДжEк
9
2333
10042
102111021032sdot=
sdotsdotsdotsdotsdot=
minus
Температуру газу знайдемо підставивши в (1) вираз ( )kTЕк
2
31 = і
застосувавши звязок молярної маси з масою однієї молекули
ANm0=micro та означення сталої Больцмана AN
Rk = R ndash універсальна
газова стала AN ndash стала Авогадро
Маємо 22
3 22υmicro
ANkT = або
RT
3
22microυ
=
( )КT
5
233
106113183
102111032sdot=
sdot
sdotsdot=
minus
Тиск розрахуємо виходячи з основного рівняння мкт газів
Дано 310мV =
2О кмоль2=ν
2υυ ge
Ек р Т
13
кEpV3
2=
V
Ep к
3
2=
Паp8
9
1072103
10042sdot=
sdot
sdotsdot=
Відповідь ДжEк91004 sdot= КT
510611 sdot= Пар 81072 sdot=
Приклад 6 Визначити густину суміші що містить гm 41 = водню
та гm 322 = кисню при температурі КT 280= і тиску кПаp 93=
Який обrsquoєм займає газ
Розвrsquoязання
Густина газу RT
pcmicroρ =
де cmicro ndash молярна маса R ndash універсальна газова
стала
Молярна маса суміші
sum=
i i
i
cc m
m
micro
micro
де cm ndash маса суміші ( )21 mmmc += im та imicro ndash маса і молярна
маса і-тої компоненти Тепер густина суміші
( )TRmm
pmm 1
2
2
1
1
21
micromicro
ρ+
+=
кгm3
1 104 minussdot= кгm3
2 1032 minussdot= молькг31 102 minussdot=micro
молькг32 1032 minussdot=micro Паp
41039 sdot=
( ) 3
3
3
3
3
433
480280318
1
1032
1032
102
104
10391032104мкг=
sdot
sdot
sdot+
sdot
sdot
sdotsdotsdot+sdot=
minus
minus
minus
minus
minusminus
ρ
Обrsquoєм газу знайдемо виходячи з означення густини
( )ρρ 21 mmmV c +==
( ) 333 01704801032104 мV =sdotsdot+sdot= minusminus
Відповідь 3480 мкг=ρ 30170 мV =
Дано
( )21 H4 гm =
( )22 32 Oгm =
КT 280=
кПаp 93=
ρ V
14
Приклад 7 Знайти середню довжину вільного пробігу молекул
водню при тиску 133 мПа якщо середня арифметична швидкість
молекул υ =103middot103
см
Розвrsquoязання
Середня довжина вільного пробігу
молекул знаходиться за формулою
n2
2
1
πσλ =
З рівняння стану ідеального газуkT
pn =
де AN
Rk = ndash стала Больцмана
Отже p
Тk22πσ
λsdot
=
(1)
де Т ndash температура k ndash стала Больцмана σ - ефективний діаметр
молекули Для знаходження температури врахуємо що середня
арифметична швидкість руху молекул microπ
υRT8
=
Температура R
T8
2υπmicro=
Підставляючи у формулу (1) вираз для температури отримаємо
pNpR
k
A2
2
2
2
2828 σ
υmicro
σ
υmicroλ ==
( )( )
2
21023
233
104413301032100264118
10031102 minus
minus
minus
sdot=sdotsdotsdotsdotsdotsdot
sdotsdotsdot=λ м
Відповідь =λ 44middot10ndash2
м
Приклад 8 Розрахувати молярну теплоємність ідеального газу за
умови що тиск прямо пропорційний до обrsquoєму
Дано
micro = 2middot10ndash3
молькг
р = 133 мПа = 0133
Па
σ = 23middot10ndash10
м
υ = 103middot103 см
NA =602middot1023
мольndash1
КмольДжR sdot= 318
λ
Дано
Vp ~
15
Розвrsquoязання
За означенням dT
QC
ν
δ=
де Qδ ndash елементарна кількість теплоти dT ndash елементарний приріст
температури ν ndash кількість речовини
Перше начало термодинаміки
dUAQ += δδ
де Aδ ndash елементарна робота газу проти зовнішніх сил
dU - елементарний приріст внутрішньої енергії системи
dTRi
dU2
ν=
де i ndash число ступенів вільності молекул R ndash універсальна газова
стала
pdVA =δ
За умовою задачі Vp α= де α ndash деяка стала величина Тиск
запишемо виходячи з рівняння Менделєєва-Клапейрона
V
RTp
ν=
Прирівняємо праві частини останніх двох рівнянь
RTV να =2
і продиференціюємо цю рівність
RdTVdV να =2 або RdTpdV ν=2
Тепер уже можна записати вираз для елементарної роботи
RdTA νδ2
1=
і розрахувати теплоємність
VCRiRR
dT
RdTi
RdT
C +=+=+
=222
22
1
ν
νν
де VC ndash молярна теплоємність при сталому обrsquoємі
Відповідь 2
RCC V +=
C
16
Приклад 9 В циліндрі під поршнем котрий може вільно
переміщуватися знаходиться 10г азоту Яка кількість теплоти 1Q
необхідна для нагрівання азоту від температури KT 2831 = до
температури KT 2982 = Порівняйте цю теплоту з необхідною
теплотою 2Q для нагрівання такої ж кількості газу в тому ж
температурному інтервалі при постійному обrsquoємі а також визначте
зміну внутрішньої енергії і роботу розширення
Розвrsquoязання
Будемо вважати що газ ідеальний У першому
випадку маємо справу з ізобарним процесом тому
TCm
Q p∆=micro
1
де micro ndash молярна маса pC - молярна теплоємність
при сталому тиску 12 TTT minus=∆
У процесі ізохорного нагрівання (другий
випадок)
TCm
Q V ∆=micro
2
Молярні теплоємності
Ri
CV2
= Ri
RCC Vp2
2+=+=
тому
i
i
C
C
V
p 2+=
i
i
Q
Q 2
2
1 +=
Зміну внутрішньої енергії розраховують за формулою
TRim
U ∆=∆2micro
а роботу розширення газу ndash на основі першого закону термодинаміки
( ) Ui
TTRm
TRim
TRim
UQA ∆=minus=∆minus∆+
=∆minus=2
22
2121
micromicromicro
або безпосередньо за формулою
TRm
A ∆=micro
Дано
гm 10=
N2
KT 2831 =
KT 2982 =
а) const=p
б) const=V
2
1
Q
Q U∆ A
17
кгm31010 minussdot= 5=i (двоатомний газ) молькг31028 minussdot=micro
КмольДжR sdot= 318
415
25
2
1 =+
=Q
Q ( ) ДжU 111283298318
2
5
1028
1010
3
3
=minussdotsdot
sdot=∆
minus
minus
ДжА 4441115
2=sdot=
Відповідь 4121 =QQ ДжU 111=∆ ДжА 444=
Приклад 10 В калориметр з водою з загальною
теплоємністю С=1670 ДжК при температурі Ct deg= 201 поклали
гm 1001 = льоду температура якого Ct degminus= 82 Яка встановиться
температура Питома теплота плавлення льоду кгДж 10353 5sdot=λ
питома теплоємність льоду КкгДжс sdotsdot= 31012
Розвrsquoязання В задачах про лід потрібно спочатку
зrsquoясувати чи розтане весь лід якщо про
це не сказано в умові Коли в
калориметр кинули лід вода в ньому
почала охолоджуватися Теплота яка
виділиться при охолодженні
калориметра
( )011 ttCQ minus=
де Ct deg= 00 - температура кристалізації
води або плавлення льоду
Теплота необхідна для нагрівання льоду
до температури плавлення Ct deg= 00
( )202 ttтсQ minus=
Теплотанеобхідна для плавлення льоду
mQ λ=3
Підставимо числові значення ( ) ДжQ 3340002016701 =minus=
( )( ) ДжQ 168080101012 32 =minusminussdotsdotsdot=
ДжQ 33000101033 53 =sdotsdot=
Дано
КДжС 1670=
Ct deg= 201
Сt degminus= 82
кггт 101001 ==
кгДж51033 sdot=λ
КкгДжс sdotsdot= 31012
Ct deg= 00
minust
18
Проаналізуємо отримані результати 21 QQ gt - це означає що лід
нагріється до Cdeg0 але 321 QQQ +lt (33400lt34680 Дж) - це означає
що не весь лід розтане Тому кінцева температура буде
Cdeg0
Відповідь t= Cdeg0
Приклад 11 Треба стиснути повітря від обrsquoєму 32101 мminussdot до
обrsquoєму 33102 мminussdot Як вигідніше його стискувати адіабатно чи
ізотермічно
Розвrsquoязання
Порівняємо роботу при заданих процесах У
випадку адіабатного процесу
TRi
Аад ∆minus=2
ν
де ν ndash кількість речовини i ndash число ступенів
вільності молекули R ndash універсальна газова стала
T∆ ndash приріст температури ( )12 TTT minus=∆
Скористаємося рівнянням Пуассона
const1 =minusγTV
і виразимо зміну температури через зміну обrsquoєму 1
221
11minusminus = γγ
VTVT
або
1
2
112
minus
=
γ
V
VTT або
minus
=∆
minus
1
1
2
11
γ
V
VTT
Врахуємо що показник адіабати i
i 2+=γ
тобто i21 =minusγ Тоді
minus
minus=
minus1
2
11 11
γ
γ
ν
V
VRTАад
У випадку ізотермічного процесу 1
21 ln
V
VRTАіз ν=
Дано 32
1 101 мVminussdot=
332 102 мV
minussdot=
із
ад
А
А
19
Тепер
1
2
1
2
1
ln
1
1
1
V
V
V
V
А
А
із
ад
minus
minus
minus=
γ
γ
Підставимо числові значення для повітря 41=γ
41
101
102ln
102
1011
141
1
3
2
141
3
2
=
sdot
sdot
sdot
sdotminus
minus=
minus
minus
minus
minus
minus
із
ад
А
А
Відповідь вигідніше стискувати ізотермічно
Приклад 12 В циліндрі під поршнем знаходиться водень масою
002 кг при температурі 300 К Водень спочатку розширився
адіабатно збільшивши свій обrsquoєм у 5 разів а потім був стиснутий
ізотермічно до попереднього обrsquoєму Знайти температуру в кінці
адіабатного процесу і роботу виконану газом під час цих процесів
Зобразити процеси графічно
Розвrsquoязання
Температура і обrsquoєм газу в адіабатному
процесі повrsquoязані рівнянням адіабати 1
2
1
1
2
minus
=
γ
V
V
Т
Т (1)
де i
i 2+=γ ndash показник адіабати
Для водню показник адіабати дорівнює
415
25=
+=γ
Згідно формули (1) γminus
=
1
1
212
V
VТТ
Роботу в адіабатному та ізотермічному
процесах знайдемо скориставшись відповідними формулами
Дано
М = 002 кг
micro = 2middot10ndash3
молькг
і = 5
V2 = 5V1
V3 = V1
Т1 = 300 К
КмольДжR sdot= 318
Т2 А1ndash2 А2ndash3
р
V V1 V2
1
Адіабата
Ізотерма 2
3
20
( ) ( )22
211221 ТТRіM
ТТRіM
А minussdot=minussdotminus=minusmicromicro
2
12
2
3232 lnln
V
VRT
M
V
VRT
MА
micromicro==minus
1585300 402 =sdot= minusТ К
4
321 10982)157300(3182
5
102
020sdot=minussdotsdotsdot
sdot=
minusminusА Дж
4
332 10125
1ln157318
102
020sdotminus=sdotsdot
sdot=
minusminusА Дж
Відповідь Т = 158 К А1-2 = 298middot104 Дж А2-3 = ndash21middot10
4 Дж Графік
процесів показано на малюнку
Приклад 13 Нагрівник теплової машини що працює за циклом
Карно має температуру Ct deg= 2001 Визначити температуру 2T
холодильника якщо при надходженні від нагрівника кількості
теплоти ДжQ 011 = машина виконує роботу ДжA 400=
Розвrsquoязання
За означенням ККД теплової машини
1Q
A=η
а для циклу Карно 1
21
T
TT minus=η
Прирівнявши праві частини виписаних співвідношень
Маємо 1
21
1 T
TT
Q
A minus=
Звідки
minus=
112 1
Q
ATT
Підставимо числові значення KT 4731 =
КT 28001
40014732 =
minus=
Дано
Ct deg= 2001 ДжQ 011 =
ДжA 400=
2T
21
Відповідь KT 2802 =
Приклад 14 Знайти витрату бензину автомобіля на S=1 км шляху
при швидкості годкм 60=υ Потужність двигуна 17 кВт ККД
двигуна 30=η питома теплота згоряння бензину q=45middot106 Джкг
Розвrsquoязання
При згорянні палива виділяється теплота
mqQ sdot=
ККД двигуна Q
Aкор=η Отже
qmQAкор ηη == З другої сторони з
врахуванням потужності υ
SNtNА sdot=sdot=
Прирівнявши ці два вирази отримаємо
q
NSm
ηυ=
Підставимо числові значення
кгт 08045middot1071630
1010176
33
asympsdotsdot
sdotsdot=
Відповідь m = 008 кг
Приклад 15 Ідеальний двоатомний газ здійснює цикл який
складається з двох ізотерм і двох ізохор При цьому найбільша
температура газу 500 К найменша ndash 300 К найбільший обrsquoєм 12 л
найменший ndash 3 л Знайти ККД циклу
Розвrsquoязання
Дано
мкмS3101 ==
смгодкм 71660 ==υ
ВтN31017 sdot=
3030 == ηη
кгДжq 1045 6sdot=
minusт
Дано
5=і
КТ 5001 =
КТ 3002 =
22
p 1
4
T1
T2
2
3
V1 V2 V
ККД циклу Q
А=η
де A - робота виконана газом Q - теплота
отримана газом Розглянемо ізопроцеси При
ізотермічних процесах 0=∆U оскільки
температура не змінюється З першого закону
термодинаміки ( AUQ +∆= ) випливає що в
цьому випадку вся отримана газом теплота
йде на виконання роботи AQ =
Для процесу 1rarr2 маємо
01
211121
2
1
2
1
gt==== intintrarrV
VnRT
m
V
dVRT
mpdVAQ
V
V
V
V
lmicromicro
де тиск V
RTт
р1
1 sdot=micro
Для процесу 3rarr4 маємо
01
222243
2
1
1
2
ltminus=minus=== intintrarrV
VnRT
m
V
dVRT
mpdVAQ
V
V
V
V
lmicromicro
- газ віддає
теплоту
Для ізохорних процесів обrsquoєм не змінюється тому 0=А З першого
закону термодинаміки TRmi
UQ ∆=∆=micro2
Для процесу 2rarr3 маємо
( ) ( ) 022
211232 ltminusminus=minus=rarr TTRmi
TTRmi
Qmicromicro
- газ віддає теплоту
Для процесу 4rarr1 маємо ( ) 02
2114 gtminus=rarr TTRmi
Qmicro
Отже газ виконав роботу ( )211
221 TT
V
VnR
mAAA minus=+= l
micro
Газ отримав теплоту ( )
minus+=+= rarrrarr 21
1
211421
2TT
i
V
VnTR
mQQQ l
micro
Тоді ККД цикла
331 1033 млV
minussdot==
332 101212 млV
minussdot==
minusη
23
( )
( )
( )
( )211
21
211
2
211
21
211
2
22TT
i
V
VnT
TTV
Vn
TTi
V
VnTR
m
TTV
VnR
m
Q
А
minus+
minus
=
minus+
minus
==
l
l
l
l
micro
microη
( )
( )23230
3005002
5
103
1012500
300500103
1012
3
3
3
3
=rArr=
minus+sdot
sdotsdot
minussdot
sdot
=
minus
minus
minus
minus
ηη
n
n
l
l
( 386169302224 =sdot== nn ll )
Відповідь 23=η
Приклад 16 Знайти приріст ентропії при перетворенні 1 г води з
температурою 0degС в пару при 100degС
Розвrsquoязання
Зміна ентропії у випадку оборотного
термодинамічного процесу
int=∆B
AT
QS
δ
де Qδ ndash елементарна кількість теплоти T ndash абсолютна
температура A та B ndash формальні позначення
вихідного і кінцевого стану системи
Розібrsquoємо інтеграл у правій частині виписаної формули на два
доданки що відповідають двом процесам заданим в умові
intint +equiv∆+∆=∆B
C
C
AT
Q
T
QSSS
δδ21
де 1S∆ ndash приріст ентропії при нагріванні води від температури 1T до
температури 2T 2S∆ ndash приріст ентропії при випаровуванні ( 2T за
умовою задачі ndash температура кипіння води)
У першому доданку
cmdTQ =δ
де c ndash питома теплоємність води У другому доданку const2 =T а
Дано
гm 1=
OH2 Ct deg= 01
Ct deg= 1002 S∆
24
rmQQ
B
C
==intδ
де r ndash питома теплота пароутворення Маємо
+=+=∆ intint
21
2
2
ln12
1T
r
T
TcmQ
TT
dTcmS
B
C
T
T
δ
КкгДжс sdotsdot= 310194 кгДжr510622 sdot= кгm
3101 minussdot=
КT 2731 = КT 3732 =
КДжS 47373
10622
273
373ln10194101
533 =
sdot+sdotsdot=∆ minus
Відповідь КДжS 47=∆
Приклад 17 105 г азоту ізотермічно розширюються від обrsquoєму
лV 21 = до обrsquoєму лV 52 = Знайти приріст ентропії при цьому
процесі
Розвrsquoязання
При ізотермічному процесі Т=const
отже зміна внутрішньої енергії 0=dU
Тоді з першого закону термодинаміки
маємо AQ δδ =
Елементарна робота з врахуванням виразу
для тиску р з рівняння Менделєєва-
Клапейрона V
dVRT
mрdVА
microδ ==
Зміна ентропії в оборотному термодинамічному процесі int=∆B
AT
QS
δ
В нашому випадку 1
22
1
V
VnR
m
TV
TdVR
m
T
АS
V
V
B
A
lmicromicro
δ===∆ intint
молькг 1028 3minussdot=micro - молярна маса азота
Підставимо числові значення
Дано
кггт 310510510 minussdot==
лV 21 =
лV 52 =
constТ =
minus∆S
25
КДжnS 922
5318
1028
10510
3
3
=sdotsdotsdot
sdot=∆
minus
minus
l
Відповідь КДжS 92=∆
Приклад 18 Два кіломолі триатомного газу адіабатно
розширюються в пустоту від 31 1мV = до 3
2 5мV = Температура газу
при цьому зменшується на 15 К Знайти за цими даними постійну laquoаraquo
з рівняння Ван-дер-Ваальса
Розвrsquoязання
Перше начало термодинаміки для адіабатного
процесу має вигляд dUA minus=δ де А ndash робота газу
проти зовнішніх сил U ndash внутрішня енергія За
умовою задачі зовнішнього тиску немає
(розширення в пустоту)
тому 0== dVpAδ
В підсумку маємо що 0=dU
Зміна внутрішньої енергії має дві складові
dTCVν що не залежить від зміни обrsquoєму та
( )VdU що залежить від обrsquoєму Остання складова
рівна роботі сили міжмолекулярного притягання
котра спричинює додатковий внутрішній тиск
2
20
V
aP ν=
( ) dVV
adVPVdU
2
20 ν==
Повна зміна внутрішньої енергії газу
02
2 =+ dVV
adTCV νν
Дано
моль3102 sdot=ν
6=i 0=Qδ
Паp 0=
31 1 мV =
32 5 мV =
KT 15minus=∆
a
26
Звідки dVCV
adT
V2
νminus=
Проінтегруємо останнє співвідношення
int int
minus=minus=
2
1
2
1
122
11T
T
V
V VV VVC
a
V
dV
C
adT νν
тобто
minus=∆
12
112
VViR
aT ν
оскільки молярна теплоємність при постійному обrsquoємі Ri
CV2
=
(і ndash число ступенів вільності R ndash універсальна газова стала)
Тепер маємо
( )21
21
2 VV
VTViRa
minus
∆=
ν
( )
( ) 2
4
3230
511022
51153186
моль
мНa
sdot=
minussdotsdot
sdotsdotminussdotsdot=
Відповідь 2
4
230моль
мН sdot=α
3 Задачі для самостійного розвrsquoязування
Вказівки до розвrsquoязування задач
1 В задачах на теплоту складають рівняння теплового балансу сума
теплоти що виділяється при певних процесах дорівнює сумі теплоти
що поглинається при інших процесах
2 В задачах про лід потрібно спочатку зrsquoясувати (кількісними
підрахунками) чи розтане весь лід якщо про це не сказано в умові
Якщо розтане не весь лід то кінцева температура дорівнюватиме 0ordmС
31 Молекулярна фізика
27
Рівняння стану ідеального газу
1 Балон місткістю 12 л заповнений азотом при тиску 81МПа і
температурі 17degС Знайти масу азоту (113 кг)
2 Яким може бути найменший обrsquoєм балона що містить 64 кг
кисню якщо його стінка при температурі 20degС витримує тиск
160 кгссм2 (32middot10
1 м
3)
3 До якої температури потрібно нагріти ідеальний газ щоб його
густина зменшилася у два рази порівняно з густиною цього газу
при Ct deg= 00 (Т=2Т0=546 К)
4 5 г азоту що знаходиться в закритій посудині місткістю 4 л при
температурі 20degС нагрівають до температури 40degС Знайти тиск
газу до і після нагрівання (р1=108middot105Па р2=116middot10
5Па)
5 Знайти густину водню при температурі 15degС і тиску 730 мм ртст
( 30810 мкг=ρ )
6 Густина деякого газу при температурі 10degС і тиску 2sdot105Па
дорівнює 034 3мкг Чому дорівнює маса одного кіломоля цього
газу ( молькг3104
minussdot=micro )
7 10 г кисню знаходяться під тиском 3 атм при температурі 10degС
Після розширення внаслідок нагрівання при постійному тиску
кисень зайняв обrsquoєм 10 л Знайти 1) обrsquoєм газу до розширення 2)
густину газу до розширення 3) температуру газу після
розширення 4) густину газу після розширення
( 331 1042)1 мV
minussdot= 2) 31 144 мкг=ρ 3) Т2=1170 К 4) 3
2 1 мкг=ρ )
8 6 г вуглекислого газу ( )2CO і 5 г закису азоту ( )ON2 заповнюють
посудину місткістю 2 дм3 Який загальний тиск у посудині при
температурі 127degС (415middot105Па)
9 Яка кількість речовини є в газовому балоні обrsquoємом 2 л при тиску
1013 МПа і температурі 10degС (86 моль)
10 Балон для газового зварювання місткістю 20 л був заповнений
киснем при температурі 15degС Коли частину кисню витратили
тиск у балоні знизився на 5065 кПа Скільки кисню було
витрачено ( кгm 1350=∆ )
11 Температура повітря в посудині обrsquoємом 5 л становить 27degС його
тиск 2026 МПа Визначити масу повітря яке потрібно випустити з
посудини щоб тиск у ній знизився до 1013 МПа ( кгm 0590=∆ )
28
12 Визначити густину повітря в камері шин автомобіля ВАЗ 2110
якщо тиск у камері 018 МПа (надлишковий) а температура 20degС
( 3353 кгм=ρ )
13 Знайти густину суміші 10-2 кг вуглекислого газу і 15sdot10
- 2 кг азоту
при температурі 300 К і тиску 015 МПа ( 3981 кгм=ρ )
14 Знайти молярну масу суміші що утворилася з 38sdot10-3 кг кисню і
22sdot10-2 кг вуглекислого газу ( кгмоль2104 minussdot=micro )
15 Накреслити графіки ізотермічного ізобарного та ізохорного
процесів в ідеальному газі у системах координат р V p T V T
Порівняти ці графіки
16 На рис1 зображено графік зміни стану ідеального газу в
координатах V T Виразити ці процеси графічно в координатах p V
та p T Назвати ці процеси
17 Зміна стану ідеального газу сталої маси зображена на рис2 В т1
температура газу Т0 Визначити температуру газу в т234
(Т2=3Т0 Т3=6Т0 Т4=2Т0)
18 Який обrsquoєм займає суміш газів ndash азоту масою кгm 11 = і гелію
масою кгm 12 = ndash при нормальних умовах (64 м3)
19 Скільки молекул міститься в 1 г водяної пари (33sdot1022
)
20 Скільки молекул буде знаходитися в 1 см3 посудини при 10degС
якщо посудину підкачано до ртстммp11101 minussdot= (34sdot10
5)
21 У балоні місткістю лV 3= знаходиться кисень масою 4 г
Визначити кількість речовини ν газу і концентрацію n його
молекул (ν =0125 моль n=251sdot1025м
-3)
Рис 1 Рис 2
29
22 У балоні було 10 кг газу при тиску 10 МПа Знайти яку масу газу
взяли з балона якщо тиск став рівним 25 МПа Температуру
вважати постійною (75 кг)
23 Балони місткістю лV 201 = і лV 442 = заповнені газом Тиск у
першому балоні МПаp 421 = у другому ndash МПаp 612 =
Визначити загальний тиск p після сполучення балонів якщо
температура газу залишилася попередньою (076 МПа)
24 Газ в кількості m=16 г при тиску р=106 Нм
2 і температурі t=112degС
займає обrsquoєм V=1600 см3 Визначити який це газ (кисень)
25 При якому тиску р густина ρ газоподібного азоту що має
температуру t= - 73degС складає 04 густини води кімнатної
температури 33
010 кгмρ = ( 271042 Нмр sdot= )
26 Відкрита посудина нагріта до температури t2=450degС Яка частина
маси повітря залишилась в ній в порівнянні з тією кількістю яка
була при t1=27degС Розширенням посудини знехтувати
(m2m1=0415)
27 10 г кисню знаходяться під тиском 0303 мкПа при температурі
10degС Після розширення внаслідок нагрівання при постійному
тиску кисень зайняв обrsquoєм 10 л Знайти обrsquoєм газу до розширення і
температуру газу після розширення (V1=24sdot10-3 м
3 Т2=118sdot10
3 К)
28 Скільки молекул повітря буде знаходитись в 1 см3 посудині при
10degС якщо повітря в посудині відкачане до тиску 133 мкПа
(34sdot108)
29 У 1 кг сухого повітря знаходиться m1=232 г кисню і m2=768 г
азоту Знайти відносну молярну масу повітря (microсм=288 кгмоль
microвідн=288 кгмоль)
30 У скільки разів вага повітря взимку (7 0
С) більша за його вагу
влітку (37 0 С) Тиск однаковий (11 рази)
31 У відкритій посудині при Ct0
1 20= є повітря гm 1501 = На яку
величину m∆ зменшиться маса повітря в посудині при нагріванні
її до Ct0
1 100= Зміною розмірів посудини при нагріванні
знехтувати ( m∆ =322 г)
32 У посудині знаходиться суміш 10 г вуглекислого газу і 15 г азоту
Знайти густину цієї суміші при температурі 27 0
С і тиску
15sdot10 5 Па ( 3981 мкг=ρ )
33 Знайти масу атома 1)водню 2) гелію
30
( )(10656)(10671 2727 геліюкгmводнюкгmminusminus sdot=sdot= )
34 Визначити концентрацію n молекул ідеального газу при
температурі Т= 300 К і тиску р =1 МПа ( n=224sdot10 17 м
-3)
Основне рівняння молекулярно-кінетичної теорії газів
швидкості молекул
35 Тиск p газу дорівнює 1 мПа концентрація n його молекул рівна
310101 minussdot см Визначити 1) температуру Т газу 2) середню
кінетичну енергію ( )1кЕ поступального руху молекули
( 1) Т=725 кК 2) ( )1кЕ =15sdot10
-19 Дж)
36 Молекула кисню при нормальних умовах рухається зі швидкістю
425 мс Визначити кінетичну енергію молекули
( ( )1кЕ =48sdot10
-21Дж)
37 Визначити кінетичну енергію поступального руху молекули
аміаку а також повну кінетичну енергію молекул одного моля
аміаку при температурі 373 К ( ( )1кЕ =773sdot10
-21Дж Еk=932 Дж)
38 Визначити сумарну кінетичну енергію теплового руху всіх
молекул кисню (О2) що займають обrsquoєм V=55sdot10-3 м
3 при тиску
р=2026 кПа (Еk=279 кДж)
39 Густина деякого газу 3060 мкгρ = середня квадратична
швидкість його молекул смкв 500=υ Знайти тиск газу на стінки
посудини (5 кПа)
40 Газ займає обrsquoєм лV 1= під тиском атмр 2= Визначити
кінетичну енергію kE поступального руху всіх молекул в даному
обrsquoємі (03 кДж)
41 Кількість речовини деякого газу моль51=ν температура
КТ 120= Визначити кінетичну енергію kE поступального руху
всіх молекул цього газу (73 кДж)
31
42 При якій температурі середня кінетична енергія ( )1кЕ
поступального руху молекули газу рівна Дж2110144 minussdot
(200 К)
43 Посудина зі внутрішнім обrsquoємом лV 4= містить гm 60=
деякого газу під тиском атмр 2= Визначити середню
квадратичну швидкість молекул газу (2 103
см )
43 Середня квадратична швидкість руху молекул деякого газу що
перебуває під тиском 50 кПа дорівнює 449 мс Визначити
густину газу при цих умовах ( 37440 мкг=ρ )
44 При якій температурі середня квадратична швидкість молекул
кисню дорівнює швидкості молекул азоту при температурі 373 К
(Т = 426 К)
46 Знайти середню арифметичну швидкість молекул газу коли
відомо що середня квадратична швидкість 400 мс
( см370=υ )
47 Знайти найбільш імовірну та середню арифметичну швидкості
молекул газу густина якого при тиску 40 кПа дорівнює 03 кгм3
( імυ = 5164 мс υ = 6324 мс)
48 Знайти середню квадратичну швидкість молекул повітря при
температурі 17deg С Повітря вважати однорідним газом з молярною
масою 29sdot10-3 кгмоль ( 500=квυ мс)
49 Визначити середню квадратичну швидкість квυ молекул газу
масою гm 30= що знаходиться в посудині місткістю лV 2= під
тиском кПаp 200= (2sdot10 3 мс)
50 Знайти відношення середніх квадратичних швидкостей молекул
гелію та азоту при однакових температурах (265)
51 Знайти середню квадратичну квυ середню арифметичну υ та
найімовірнішу імυ швидкості молекул водню Обчислення
виконати для трьох значень температури 1) КТ 20=
2) КТ 300= 3) КТ 5000= ( 1) 500 мс 462мс 407 мс
2) 194 кмс 179 кмс 158 кмс 3) 790 кмс 730 кмс 648 кмс)
52 При якій температурі Т середня квадратична швидкість атомів
гелію буде дорівнювати другій космічній швидкості
скм2112 =υ (201 кК)
32
53 Знайти середню арифметичну швидкість υ молекул газу якщо їх
середня квадратична швидкість скмкв 1=υ (092 кмс)
54 Кінетична енергія поступального руху молекул азоту що
знаходиться в обrsquoємі 20 дм3 дорівнює 5 кДж а середня
квадратична швидкість його молекул рівна 2 кмс Знайти 1) масу
азоту в балоні 2) тиск під яким знаходиться азот
( 1) т=25sdot103 кг 2) р=167sdot10
5 Па)
55 Посудина що містить деяку масу одноатомного газу рухається зі
швидкістю u На скільки збільшиться середній квадрат швидкості
теплового руху молекул при зупинці посудини Теплоємність
теплопровідність і маса стінок посудини зникаюче малі
56 Обчислити кількість теплоти що необхідна для нагрівання повітря
від Т1= 273 К до Т2= 303 К при сталому тиску якщо спочатку воно
перебувало при нормальному тиску р1 і мало обrsquoєм V1=50 м3
(∆Q=1948 кДж)
57 Яка кількість теплоти необхідна для нагрівання одного моля
одноатомного газу на 1 К при сталому обrsquoємі (∆Q=124 кДж)
58 Балон місткістю 2sdot10-2
м3 з киснем що має тиск 1013 МПа і
температуру 280 К нагрівають до 300 К Яку кількість теплоти
дістає при цьому газ (∆Q=35 кДж)
59 Визначити кількість теплоти (∆Q) що необхідна для нагрівання
повітря від Т1= 273 К до Т2=298 К при сталому обrsquoємі V1=30 м3
якщо початковий тиск повітря р1 був нормальний
(∆Q=6957 кДж)
32 Термодинаміка Реальні гази
Внутрішня енергія робота розширення газу
перше начало термодинаміки
60 Чому дорівнює енергія теплового руху молекул двоатомного газу
що знаходиться в посудині місткістю 2 л під тиском 015 МПа
(U=750 Дж)
61 10 г кисню знаходяться під тиском 03 МПа при температурі 10degС
Після нагрівання при постійному тиску газ зайняв обrsquoєм 10 л
Знайти 1) кількість теплоти одержаної газом 2) зміну
33
внутрішньої енергії газу 3) роботу виконану газом при
розширенні ( 1) 792sdot103Дж 2) 5660 Дж 3) 226sdot10
3 Дж)
62 2 кмолі вуглекислого газу нагріваються при постійному тиску на
50degС Знайти 1) зміну його внутрішньої енергії 2) роботу
розширення 3) кількість теплоти наданої газу
( 1) 2500 Дж 2) 830 кДж 3) 3300 кДж)
63 Газ що займав обrsquoєм 5 л і знаходився під тиском 02 МПа при
температурі 17degС було нагріто внаслідок чого він ізобарно
розширився Робота розширення газу при цьому виявилася рівною
196 Дж Наскільки нагріто газ (57 К)
64 При ізотермічному розширенні 10 г азоту що знаходиться при
температурі 17degС було виконано роботу 860 Дж У скільки разів
змінився тиск азоту при розширенні (272)
65 1л гелію котрий знаходиться при нормальних умовах ізотермічно
розширюється за рахунок одержаної ззовні теплоти до обrsquoєму 2 л
Знайти 1) роботу виконану газом при розширенні 2) кількість
наданої газу теплоти ( 1) 70 Дж 2) 70 Дж )
66 1 кг двоатомного газу знаходиться під тиском 80 кПа і має
густину 34 мкг=ρ Знайти енергію теплового руху молекул газу
при цих умовах (5sdot104Дж)
67 У посудину в котрій міститься 28 л води при температурі 20degС
вкинули нагрітий до 460degС кусок сталі що має масу 3кг Від цього
вода в посудині нагрілася до 60degС а частина її перетворилася в
пару Визначити масу води котра випарувалася Теплоємністю
посудини знехтувати
68 Знайти для кисню відношення питомої теплоємності при сталому
тиску до питомої теплоємності при постійному обrsquoємі (14)
69 1 кмоль азоту який знаходився при нормальних умовах
розширюється адіабатно від обrsquoєму 1V до обrsquoєму 12 5VV =
Знайти1) зміну внутрішньої енергії газу 2) роботу виконану при
розширенні ( 1) 269 sdot10 6 Дж 2) 269 sdot10
6 Дж)
70 Повітря що при нормальному атмосферному тиску зайняло обrsquoєм
2sdot10-2
м3 адіабатно стискується до обrsquoєму 2sdot10
-3 м
3 Визначити
тиск повітря після стискання (р=254 МПа)
71 Знайти питомі теплоємності азоту та їхні відношення при сталому
обrsquoємі та сталому тиску ( КкДжкгcV sdot= 7420
КкгкДжcp sdot= 041 )
34
72 Знаючи молярну масу газу ( кгмольmicro 31044 minussdot= ) і відношення
питомих теплоємностей (γ=133) обчислити молярні теплоємності
Ср і СV ( СV=0566 кДжкгsdotК Ср=0754 кДжкгsdotК)
Теплоємність адіабатний процес
73 Різниця питомих теплоємностей Vp cc minus деякого двоатомного газу
дорівнює 260 Джкг К Знайти молярну масу micro газу і його питомі
теплоємності pc та cV
( micro=0032 молькг cV=650 ДжкгmiddotК pc =910 ДжкгmiddotК)
74 Молярна маса деякого газу мольг30=micro відношення
41=Vp cc Знайти питомі теплоємності pc і сV цього газу
( сV=693 ДжкгmiddotК pc =910 ДжкгsdotК )
75 До якої температури охолодиться повітря що знаходиться при
температурі 0degС якщо воно розширюється адіабатно від обrsquoєму 1V
до обrsquoєму 12 2VV = (207 К)
76 Газ розширюється адіабатно при цьому обrsquoєм його збільшується
вдвічі а температура падає в 132 рази Яке число ступенів
вільності мають молекули цього газу (5)
77 Чому дорівнюють питомі теплоємності pc і сV деякого
двоатомного газу якщо густина цього газу при нормальних
умовах дорівнює 143 кгм3 (сV=650 ДжкгmiddotК pc =910 ДжкгmiddotК)
78 Двоатомний газ займає обrsquoєм лV 501 = при тиску атмp 501 =
Газ стискується адіабатно до деякого обrsquoєму 2V і тиску 2p а
потім при постійному обrsquoємі 2V охолоджується до початкової
температури При цьому тиск його стає рівним атмp 10 =
Зобразити описаний процес графічно знайти обrsquoєм 2V і тиск 2p
(025 л 132 атм)
79 Газ розширюється адіабатно так що його тиск спадає від 2 атм
до 1 атм Потім він нагрівається при постійному обrsquoємі до
початкової температури причому його тиск зростає до 122 атм
35
Зобразити описаний процес графічно і визначити відношення
Vp cc газу (14)
Цикл Карно ентропія
80 Ідеальна теплова машина що працює за циклом Карно отримує за
кожний цикл від нагрівника 600 кал теплоти Температура
нагрівника 400 К температура холодильника 300 К Знайти
роботу що виконує машина за один цикл і кількість теплоти
котра віддається холодильнику за один цикл
( А=630 Дж Q2=1880 Дж)
81 Ідеальна теплова машина що працює за циклом Карно 23
теплоти одержаної від нагрівника передає холодильнику з
температурою 10degС Визначити температуру нагрівника (4245 К)
82 Ідеальна теплова машина працює за циклом Карно При цьому
80 теплоти одержаної від нагрівника передається
холодильнику Від нагрівника надходить за цикл 15 ккал теплоти
Знайти 1) ККД циклу 2) роботу виконану за цикл
( 1) 20 2) 126sdot103Дж)
83 Ідеальна теплова машина що працює за циклом Карно виконує
за один цикл роботу 735sdot 10 4 Дж Температура нагрівника 100
0 С
температура холодильника 00 С Знайти1) ККД машини
2) кількість теплоти одержаної машиною за один цикл від
нагрівника 3) кількість теплоти яка віддається за один цикл
холодильнику ( 1) 268 2) 274 sdot10 4 Дж 3) 126 sdot10
4 Дж)
84 Ідеальна теплова машина отримує від нагрівника температура
якого 500 К за один цикл 3360 Дж теплоти Знайти кількість
теплоти що передається за один цикл холодильнику температура
якого 400 К Знайти роботу машини за один цикл
(Q2= 2688 Дж А= 672 Дж)
85 Ідеальна теплова машина що працює за циклом Карно має
температуру нагрівника 600 К а холодильника 500 К У скільки
разів потрібно збільшити абсолютну температуру нагрівника щоб
ККД машини збільшився вдвічі (в 125)
86 Визначити ККД циклу і температуру нагрівника теплової
машини яка працює за циклом Карно якщо за рахунок 2 кДж
теплоти одержаної від нагрівника вона виконує роботу 400 Дж
Температура холодильника 480 К (20 600 К)
36
87 Знайти зміну ентропії при ізотермічному розширенні 6 г водню зі
зменшенням тиску від 01 МПа до 50 кПа (173 ДжК)
88 105 г азоту ізотермічно розширюються від обrsquoєму лV 21 = до
обrsquoєму лV 52 = Знайти приріст ентропії в цьому процесі
(29 ДжК)
89 10 г кисню нагріваються від Ct deg= 501 до Ct deg= 1502 Знайти зміну
ентропії якщо нагрівання відбувається 1) ізохорно 2) ізобарно
( 1) 176 ДжК 2) 246 ДжК )
90 У циклі Карно робочим тілом є двоатомний газ Визначити ККД
циклу якщо при адіабатичному розширенні обrsquoєм газу збільшився
від 80 до 102 дм3 (01 або 10)
91 05 кг розплавленого свинцю при температурі плавлення влили в
лід при 0degС Частина льоду розплавилася Знайти зміну ентропії
(50 ДжК)
Реальні гази явища перенесення
92 Знайти критичний молярний обrsquoєм азоту
93 Розрахувати густину кисню у критичному стані
94 Знайти середню довжину вільного пробігу атомів гелію в умовах
коли густина гелію 321 мг=ρ (18sdot10-6 м)
95 Знайти середню довжину вільного пробігу атомів азоту при
температурі 17 0 С і тиску 10
4 Па ( м610 minus=λ )
96 Знайти залежність середнього числа зіткнень молекул z ідеального
газу від тиску р в наступних процесах 1) ізохорному
2)ізотермічному Зобразити ці залежності на графіках
( pzpz asympasymp )2)1 )
97 У посудині знаходиться вуглекислий газ густина якого 321012 мкгminussdot=ρ середня довжина вільного пробігу його
молекул при цих умовах дорівнює см61097 minussdot=λ Знайти
діаметр молекул вуглекислого газу ( d =35sdot 10 -10
м )
37
98 Знайти діаметр молекули кисню якщо відомо що для кисню
коефіцієнт внутрішнього тертя при 0ordm С дорівнює
сПа sdotsdot= minus610818η ( d = 3middot10
-10 м)
99 Знайти динамічну вrsquoязкість азоту при нормальних умовах якщо
коефіцієнт дифузії для нього при цих умовах дорівнює
сcм21420 (η = 178sdot10-5 Паsdotс)
100 Знайти коефіцієнт теплопровідності водню якщо його
динамічна вrsquoязкість при таких самих умовах рівна смкПа sdot68
(0090 ВтмmiddotК)
101 Коефіцієнт дифузії і динамічної вrsquoязкість кисню дорівнюють
см2510221
minussdot та сПа sdotsdot= minus510951η відповідно Знайти при
цих умовах 1) густину кисню 2) середню довжину вільного
пробігу його молекул і 3) середню арифметичну швидкість його
молекул ( 1) 16 кгм3 2) 835sdot10
-8 м 3) 440 мс)
102 Знайти залежність коефіцієнта теплопровідності κ газу від
температури Т в умовах ізобарного та ізохорного процесів
Зобразити ці залежності графічно (1 κ~ Т 2 κ~ Т )
103 Зайти коефіцієнт дифузії при нормальних умовах 1)гелію
2)кисню ( 1) сcм2720 2) сcм2180 )
104 Коефіцієнт дифузії D кисню при температурі t=0ordmС дорівнює
019 см2с Визначити середню довжину вільного пробігу λ
молекул кисню ( λ =135 нм)
105 Визначити залежність коефіцієнта дифузії D ідеального газу від
температури при наступних процесах 1)ізобарному
2)ізохорному ( 1) D~ 3Т 2) D~ Т )
106 Визначити залежність динамічної вrsquoязкості η від температури Т
при наступних процесах 1)ізобарному 2) ізохорному Зобразити
ці залежності на графіках ( 1) η ~ Т 2) η ~ Т )
107 Знайти коефіцієнт дифузії та коефіцієнт внутрішнього тертя
повітря при тиску 760 мм рт ст і температурі 10ordmС Діаметр
молекули повітря прийняти 3middot10-1 м
(148middot10-5 м
2с 185middot10
- 5 Паsdotс)
108 У скільки разів коефіцієнт внутрішнього тертя кисню більший за
коефіцієнт внутрішнього тертя азоту Температура газів
однакова (107)
38
109 Знайти коефіцієнт теплопровідності повітря при температурі
10ordmС і тиску 105 Па Діаметр молекули повітря прийняти рівним
3middot10-8 см (132middot10
-3 ВтмmiddotК)
110 Знайти залежність коефіцієнта теплопровідностіκ від тиску р
при наступних процесах 1)ізотермічному 2)ізохоричному
Зобразити ці залежності на графіках
( 1) Не залежить 2) κ ~ р )
Таблиця для самостійної роботи
Варіанти
завдань
Номери задач
1 1 11 35 45 60 73 85 97
2 2 12 36 46 61 74 86 98
3 3 13 37 47 62 75 87 99
4 4 14 38 48 63 76 88 100
5 5 15 39 49 64 77 89 103
6 6 16 40 50 65 80 92 104
7 7 17 41 51 66 81 93 105
8 8 18 42 52 67 82 94 106
9 9 19 43 53 68 83 95 107
10 10 20 44 54 69 84 96 108
Задачі для усного розвrsquoязування
111 Під час накачування повітря в гумову камеру одночасно
збільшується його обrsquoєм і тиск Чи не суперечить це закону Бойля -
Маріотта
112 Чому влітку шини коліс автомобілів накачують повітрям до
меншого тиску ніж взимку
113 Якої форми необхідно взяти посудину щоб сила тиску на дно
дорівнювала вазі рідини Була більша Менша ваги рідини
39
114 У посудині наповненій до краю водою плаває кусок льоду Чи
виллється вода з посудини коли лід розтане
115 Дві кульки ndash мідна та алюмінієва зрівноважені на пружинних
терезах Чи порушиться рівновага терезів якщо кульки упустити у
воду
116 Чи можна перелити воду з однієї склянки в іншу знаходячись в
кабіні штучного супутника Землі
117 Повітря складається з азоту кисню та інших газів Чи однакова
кінетична енергія поступального руху молекул цих газів при даній
температурі
118 Якими способами можна змінити внутрішню енергію тіла
119 В якому випадку зміна тиску газу буде більшою при адіабатній
чи ізотермічній зміні обrsquoєму
120 Чому ізотермічне розширення газу відбувається тільки внаслідок
підведення до нього деякої кількості теплоти
121 Чому в дизелі нема потреби запалювати пальну суміш
електричною іскрою як це робиться в інших двигунах
122 Під час роботи пневматичний молот що працює за рахунок
енергії стиснутого повітря зовні обмерзає Яка причина охолодження
123 Після сильного шторму вода в морі стає теплішою Чому
124 Деяку масу ідеального газу нагрівають на однакову кількість
градусів один раз при сталому тиску а другий раз при сталому обrsquoємі
В якому випадку потрібна більша кількість теплоти Чому
125 Чому вода на дні океану залишається холодною в той час як по
мірі просування в глибину Землі на кожні 100 м температура
збільшується приблизно на 3deg
40
126 Чи може теплова машина мати ККД=100 якщо працюватиме за
ідеальним циклом
127 Чи можна створити умови за яких внутрішня енергія переходила
б від тіл з нижчою температурою до тіл з вищою температурою
128 Чи охолоне повітря в кімнаті якщо відчинити двері домашнього
холодильника ввімкнутого в мережу
129 Чому температура пари яка надходить у парову турбіну нижча
за температуру пари що виходить з неї
130 Накреслити криві ізобарного ізохорного ізотермічного процесів
на діаграмах залежності V T P T P V
131 Як пояснити утворення роси і туману
132 Коли і чому на дроті лінії електропередач зrsquoявляється іній
133 Обrsquoєм посудини в якій міститься насичена пара ізотермічно
збільшили в 5 разів Що сталося з тиском пари
134 Чому туман зrsquoявляється в вечірній час а зранку зникає
135 Чому після дощу стає холодніше Пояснити це явище
4 Довідкові дані
Фундаментальні фізичні сталі
Гравітаційна стала 221110676 кгмНG sdotsdot= minus
Прискорення вільного падіння 2см819=g
Стала Авогадро 12310026 minussdot= мольN A
Стала Больцмана КДжk2310381 minussdot=
Стала Лошмідта 3250 10692 minussdot= мn
Газова стала КмольДжR sdot= 3148
41
Молярний обrsquoєм ідеального газу
при ну мольмV
330 1041322 minussdot=
Густина деяких речовин
Речов
ина ρsdot10
3 (кгм
3) Речовина ρsdot10
3
(кгм3)
мідь 86 вода 100
залізо 79 гліцерин 126
свине
ць
113 касторове
масло
089
ртуть 136 повітря 000129
Молярні маси деяких речовин
Речовин
а
Молекул
а
micro10- 3
кгмоль Речовина
Молекул
а
micro10-3
кгмоль
Азот N2 28 Гелій Hе 4
Аргон Ar 40 Кисень О2 32
Неон Ne 20 Повітря - 29
Вода H2O 18 Ртуть Hg 201
Водень H2 2 Кухонна
сіль NaCl 58
Вуглекг CO2 44
Нормальні умови
КT 2730 = атмстртммПаp 176010011 50 ==sdot=
Питомі теплоємності для деяких речовин
Сталь КкгДжc sdot= 460
Свинець КкгДжс sdot= 126
Питома теплота плавлення свинцю КкгДж sdotsdot= 410262λ
42
Символи і відносні атомні маси деяких хімічних елементів
H He C N O Cu K Li Na
1 4 12 14 16 64 39 6 23
Деякі параметри води
питома теплота пароутворення при 100degС ndash кгМДжr 262=
питома теплоємність ndash КкгкДжс sdot= 194
питома теплота плавлення при 0degС ndash кгДж510353 sdot=λ
43
Критичні параметри
Елемент КкрT
МПакрp
азот 12
6
34
кисень 15
4
507
Ефективні діаметри молекул
Елем
ент
нмσ
азот 03
0
гелій 02
0
Префікси для утворення кратних одиниць
Префікс Позначення Числове
значення Префікс Позначення
Числове
значення
тера Т T 1012
піко п p 10-12
гіга Г G 109 нано н n 10
-9
мега М M 106 мікро мк micro 10
-6
кіло к k 103 мілі м m 10
-3
Одиниці довжини обrsquoєму тиску концентрації кількості
теплоти коефіцієнта дифузії використані в задачах (в СІ) 333 10111 мдмл minussdot== Нкгс 891 = Джкал 1941 =
мдм 1101 minus= мсм 2101 minus= 363 101 мсм minus= 363 101 мсм =minus
Памкгс 891 2 = ПаабомНсмкгс 242 10891 sdot=
Паммкгс 62 10891 sdot= Паатм 5100111 sdot= (фізична атмосфера)
44
Паат 5109801 sdot= (технічна атмосфера) смссм 101 242 minus=
45
Одиниці в яких вимірюються деякі фізичні величини (в СІ)
Робота енергія ЕА Дж
Кількість теплоти Q Дж
Потужність P або N Джс=Вт
Тиск р Па=Нм2
Молярна маса micro кгмоль
Концентрація п м-3
Теплоємність питома с ДжкгmiddotК
Теплоємність молярна С ДжмольmiddotК
Поверхневий натяг α Нм
Динамічна вrsquoязкість η Паmiddotс=Нmiddotсм2=кгмmiddotс
Коефіцієнт дифузії D м2с
Коефіцієнт теплопровідності κ ВтмmiddotК
Приріст ентропії S∆ ДжК
Сталі Ван-дер-Ваальса а та b Нmiddotм4моль
2 та м
3моль
5Література
1 Загальна фізика за редакцією Ковалець МО Орленка ВФ
Частина1 Інтерактивний комплекс навчально-методичного
забезпечення Рівне 2009
2 Волькенштейн ВС Сборник задач по общему курсу физики- М
ldquoНаукаrdquo1985-1989
3 Иродов ИЕ Задачи по общей физике-МrdquoНаукаrdquo 1982
4 Савельев ИВ Сборник вопросов и задач по общей физике-
МldquoНаукаrdquo1982
5 Чертов АГВоробьев АА Федоров МВ Задачник по физике -М
ldquoВысшая школаrdquo1988
6 Х Кухлинг Справочник по физике-М ldquoМирrdquo1985
8
λυρη3
1=
коефіцієнт теплопровідності λυρκ Vc3
1=
де ρ ndash густина Vс - питома теплоємність газу при сталому обrsquoємі
bull Звязок критичних параметрів речовини з поправками Ван-
дер-Ваальса laquoаraquo та laquobraquo
критичний тиск 227b
apкр =
молярний критичний обrsquoєм bV кр 3=micro
критична температура bR
aTкр
27
8=
bull Нормальні умови
KT 2730 = атмртстммПаp 176010011 50 ==sdot=
2 Приклади розвrsquoязування задач
Приклад 1 Скільки молекул є в 1 м3 води Яка маса молекули
води Вважаючи що молекули мають форму кульок що дотикаються
між собою знайти діаметр молекули
Розвrsquoязання
Використаємо формулу для розрахунку кількості
речовини (через масу і через число молекул)
AN
Nm=
micro
micro ndash молярна маса AN ndash стала Авогадро Число
молекул micro
AmNN =
Розділимо тепер праву і ліву частину одержаної рівності на
обrsquoєм ( )V і врахуємо що nVN = а ρ=Vm ndash густина Отримаємо
шукану концентрацію молекул micro
ρ ANn =
Дано
OH2
V=1 м3
кульки
n 0m d
9
З таблиць 3310001 мкгsdot=ρ 12310026 minussdot= мольN A
молькг31018 minussdot=micro Тому
328
3
233
103431018
1002610001 minusminus
sdot=sdot
sdotsdotsdot= мn
Масу однієї молекули можна розрахувати використовуючи
співвідношення ANm0=micro
ANm
micro=0
кгm26
23
3
0 1099210026
1018 minusminus
sdot=sdot
sdot=
Нехай на ділянці довжиною 1 м тісно вкладається ряд із z молекул
Тоді в обrsquoємі 1 м3 будуть розміщені 3
z молекул тобто 2810343 sdot
молекули (див вище розраховану концентрацію) Тому
193 28 1022310343 minussdot=sdot= мz
Відповідно діаметр однієї молекули z
d1
=
тобто мd10
910113
10223
1 minussdot=sdot
=
Відповідь 32810343 minussdot= мn кгm26
0 10992 minussdot= мd1010113 minussdot=
Приклад 2 Чому дорівнює густина повітря в посудині якщо вона
відкачана до найвищого розрідження якого можна досягнути
сучасними лабораторними методами 10 11 стртммр minus=
Температура повітря 15ordmС
Розвrsquoязання
Рівняння стану ідеального газу
(Менделєєва-Клапейрона)
RTpV ν=
де micro
νт
= - кількість молей повітря в
посудині
Дано
Па
стртммр
11
11
103133
10
minus
minus
sdot=
==
КTCt 28815 =rArrdeg=
молькгпов
31029 minussdot=micro
КмольДжR sdot= 318
minusρ
10
Домножимо рівняння стану на V
1
Отримаємо для тиску micro
ρRTр =
звідки RT
рmicroρ =
314311
1061288318
1029103133мкгminus
minusminus
sdot=sdot
sdotsdotsdot=ρ
Відповідь 3141061 мкгminussdot=ρ
Приклад 3 Скільки молекул повітря виходить з кімнати обrsquoємом 3120 мV = при підвищенні температури від Ct deg= 151 до Ct deg= 252
Атмосферний тиск нормальний Пар 510011 sdot=
Розвrsquoязання
Вважаємо газ ідеальним Рівняння
Менделєєва-Клапейрона для двох станів
матиме вигляд
=
=
22
11
RTm
pV
RTm
pV
micro
micro
Для кількості молей повітря у двох станах
micro1m
та micro
2m будемо відповідно мати
=
=
2
2
1
1
RT
pVm
RT
pVm
micro
micro
Віднімемо від першого рівняння друге
Тоді кількість молекул AA NTTR
pVN
mmN sdot
minus=sdot
minus=
21
21 11
micromicro
Дано 3120мV =
КTCt 288151 =rArrdeg=
КTCt 298252 =rArrdeg=
молькгпов31029 minussdot=micro
КмольДжR sdot= 318
12310026 minussdot= мольNA
Пар 510011 sdot=
minusN
11
Після перетворення маємо ( )
21
12
TRT
TTpVNN A minus
=
( ) 26235
10298288318
2882981002612010011asymp
sdotsdot
minussdotsdotsdotsdot=N молекул
Відповідь з кімнати вийшло N=1026
молекул
Приклад 4 В балоні обrsquoємом лV 10= знаходиться гелій під
тиском МПаp 011 = при температурі Ct deg= 271 Після того як з
балона було взято гm 10=∆ гелію температура в балоні зменшилася
до Cto172 = Визначити тиск 2p гелію що залишився
Розвrsquoязання
Застосуємо рівняння Менделєєва-Клапейрона до
початкового і кінцевого станів газу
11
1 RTm
Vpmicro
= 22
2 RTm
Vpmicro
=
де 1m та 2m ndash маси газу в обох станах micro ndash молярна
маса Т ndash абсолютна температура R ndash універсальна
газова стала З цих рівнянь маємо
1
11
RT
Vpm
micro=
2
22
RT
Vpm
micro= або
2
2
1
121
RT
Vp
RT
Vpmm
micromicrominus=minus За умовою задачі mmm ∆=minus 21
тому
∆minus=
V
Rm
T
pTp
micro1
122
KT 3001 = KT 2902 = Паp6
1 1001 sdot= кгm21001 minussdot=∆
КмольДжR sdot= 318 молькг31004 minussdot=micro 321001 мVminussdot=
Паp5
23
26
2 106310011004
3181001
300
1001290 sdot=
sdotsdotsdot
sdotsdotminus
sdot=
minusminus
minus
Відповідь p2= Па51063 sdot
Дано
лV 10= He
МПаp 011 =
Ct deg= 271 гm 10=∆
Ct deg=172 2p
12
Приклад 5 Якою має бути кінетична енергія поступального руху
двох кіломолів кисню щоб його молекули могли покинути Землю
Яка при цьому має бути температура Знайти тиск газу за цих умов
якщо його обrsquoєм 10 м3 Газ вважати ідеальним
Розвrsquoязання
Молекула газу може покинути Землю якщо її
швидкість 2υυ ge 2υ ndash друга космічна швидкість
Отже має виконуватися нерівність
( )2
2201 υm
Ек ge (1)
а для заданої кількості газу кінетична енергія
поступального руху молекул 2
22υm
Eк ge
де ( )1кE ndash кінетична енергія поступального руху однієї молекули 0m
ndash маса однієї молекули m ndash маса всього газу Масу газу виразимо
через кількість речовини νmicro=m
Мінімальна кінетична енергія 2
2
2υνmicro=кE
молькг31032 minussdot=micro моль3102 sdot=ν см32 10211 sdot=υ
( )ДжEк
9
2333
10042
102111021032sdot=
sdotsdotsdotsdotsdot=
minus
Температуру газу знайдемо підставивши в (1) вираз ( )kTЕк
2
31 = і
застосувавши звязок молярної маси з масою однієї молекули
ANm0=micro та означення сталої Больцмана AN
Rk = R ndash універсальна
газова стала AN ndash стала Авогадро
Маємо 22
3 22υmicro
ANkT = або
RT
3
22microυ
=
( )КT
5
233
106113183
102111032sdot=
sdot
sdotsdot=
minus
Тиск розрахуємо виходячи з основного рівняння мкт газів
Дано 310мV =
2О кмоль2=ν
2υυ ge
Ек р Т
13
кEpV3
2=
V
Ep к
3
2=
Паp8
9
1072103
10042sdot=
sdot
sdotsdot=
Відповідь ДжEк91004 sdot= КT
510611 sdot= Пар 81072 sdot=
Приклад 6 Визначити густину суміші що містить гm 41 = водню
та гm 322 = кисню при температурі КT 280= і тиску кПаp 93=
Який обrsquoєм займає газ
Розвrsquoязання
Густина газу RT
pcmicroρ =
де cmicro ndash молярна маса R ndash універсальна газова
стала
Молярна маса суміші
sum=
i i
i
cc m
m
micro
micro
де cm ndash маса суміші ( )21 mmmc += im та imicro ndash маса і молярна
маса і-тої компоненти Тепер густина суміші
( )TRmm
pmm 1
2
2
1
1
21
micromicro
ρ+
+=
кгm3
1 104 minussdot= кгm3
2 1032 minussdot= молькг31 102 minussdot=micro
молькг32 1032 minussdot=micro Паp
41039 sdot=
( ) 3
3
3
3
3
433
480280318
1
1032
1032
102
104
10391032104мкг=
sdot
sdot
sdot+
sdot
sdot
sdotsdotsdot+sdot=
minus
minus
minus
minus
minusminus
ρ
Обrsquoєм газу знайдемо виходячи з означення густини
( )ρρ 21 mmmV c +==
( ) 333 01704801032104 мV =sdotsdot+sdot= minusminus
Відповідь 3480 мкг=ρ 30170 мV =
Дано
( )21 H4 гm =
( )22 32 Oгm =
КT 280=
кПаp 93=
ρ V
14
Приклад 7 Знайти середню довжину вільного пробігу молекул
водню при тиску 133 мПа якщо середня арифметична швидкість
молекул υ =103middot103
см
Розвrsquoязання
Середня довжина вільного пробігу
молекул знаходиться за формулою
n2
2
1
πσλ =
З рівняння стану ідеального газуkT
pn =
де AN
Rk = ndash стала Больцмана
Отже p
Тk22πσ
λsdot
=
(1)
де Т ndash температура k ndash стала Больцмана σ - ефективний діаметр
молекули Для знаходження температури врахуємо що середня
арифметична швидкість руху молекул microπ
υRT8
=
Температура R
T8
2υπmicro=
Підставляючи у формулу (1) вираз для температури отримаємо
pNpR
k
A2
2
2
2
2828 σ
υmicro
σ
υmicroλ ==
( )( )
2
21023
233
104413301032100264118
10031102 minus
minus
minus
sdot=sdotsdotsdotsdotsdotsdot
sdotsdotsdot=λ м
Відповідь =λ 44middot10ndash2
м
Приклад 8 Розрахувати молярну теплоємність ідеального газу за
умови що тиск прямо пропорційний до обrsquoєму
Дано
micro = 2middot10ndash3
молькг
р = 133 мПа = 0133
Па
σ = 23middot10ndash10
м
υ = 103middot103 см
NA =602middot1023
мольndash1
КмольДжR sdot= 318
λ
Дано
Vp ~
15
Розвrsquoязання
За означенням dT
QC
ν
δ=
де Qδ ndash елементарна кількість теплоти dT ndash елементарний приріст
температури ν ndash кількість речовини
Перше начало термодинаміки
dUAQ += δδ
де Aδ ndash елементарна робота газу проти зовнішніх сил
dU - елементарний приріст внутрішньої енергії системи
dTRi
dU2
ν=
де i ndash число ступенів вільності молекул R ndash універсальна газова
стала
pdVA =δ
За умовою задачі Vp α= де α ndash деяка стала величина Тиск
запишемо виходячи з рівняння Менделєєва-Клапейрона
V
RTp
ν=
Прирівняємо праві частини останніх двох рівнянь
RTV να =2
і продиференціюємо цю рівність
RdTVdV να =2 або RdTpdV ν=2
Тепер уже можна записати вираз для елементарної роботи
RdTA νδ2
1=
і розрахувати теплоємність
VCRiRR
dT
RdTi
RdT
C +=+=+
=222
22
1
ν
νν
де VC ndash молярна теплоємність при сталому обrsquoємі
Відповідь 2
RCC V +=
C
16
Приклад 9 В циліндрі під поршнем котрий може вільно
переміщуватися знаходиться 10г азоту Яка кількість теплоти 1Q
необхідна для нагрівання азоту від температури KT 2831 = до
температури KT 2982 = Порівняйте цю теплоту з необхідною
теплотою 2Q для нагрівання такої ж кількості газу в тому ж
температурному інтервалі при постійному обrsquoємі а також визначте
зміну внутрішньої енергії і роботу розширення
Розвrsquoязання
Будемо вважати що газ ідеальний У першому
випадку маємо справу з ізобарним процесом тому
TCm
Q p∆=micro
1
де micro ndash молярна маса pC - молярна теплоємність
при сталому тиску 12 TTT minus=∆
У процесі ізохорного нагрівання (другий
випадок)
TCm
Q V ∆=micro
2
Молярні теплоємності
Ri
CV2
= Ri
RCC Vp2
2+=+=
тому
i
i
C
C
V
p 2+=
i
i
Q
Q 2
2
1 +=
Зміну внутрішньої енергії розраховують за формулою
TRim
U ∆=∆2micro
а роботу розширення газу ndash на основі першого закону термодинаміки
( ) Ui
TTRm
TRim
TRim
UQA ∆=minus=∆minus∆+
=∆minus=2
22
2121
micromicromicro
або безпосередньо за формулою
TRm
A ∆=micro
Дано
гm 10=
N2
KT 2831 =
KT 2982 =
а) const=p
б) const=V
2
1
Q
Q U∆ A
17
кгm31010 minussdot= 5=i (двоатомний газ) молькг31028 minussdot=micro
КмольДжR sdot= 318
415
25
2
1 =+
=Q
Q ( ) ДжU 111283298318
2
5
1028
1010
3
3
=minussdotsdot
sdot=∆
minus
minus
ДжА 4441115
2=sdot=
Відповідь 4121 =QQ ДжU 111=∆ ДжА 444=
Приклад 10 В калориметр з водою з загальною
теплоємністю С=1670 ДжК при температурі Ct deg= 201 поклали
гm 1001 = льоду температура якого Ct degminus= 82 Яка встановиться
температура Питома теплота плавлення льоду кгДж 10353 5sdot=λ
питома теплоємність льоду КкгДжс sdotsdot= 31012
Розвrsquoязання В задачах про лід потрібно спочатку
зrsquoясувати чи розтане весь лід якщо про
це не сказано в умові Коли в
калориметр кинули лід вода в ньому
почала охолоджуватися Теплота яка
виділиться при охолодженні
калориметра
( )011 ttCQ minus=
де Ct deg= 00 - температура кристалізації
води або плавлення льоду
Теплота необхідна для нагрівання льоду
до температури плавлення Ct deg= 00
( )202 ttтсQ minus=
Теплотанеобхідна для плавлення льоду
mQ λ=3
Підставимо числові значення ( ) ДжQ 3340002016701 =minus=
( )( ) ДжQ 168080101012 32 =minusminussdotsdotsdot=
ДжQ 33000101033 53 =sdotsdot=
Дано
КДжС 1670=
Ct deg= 201
Сt degminus= 82
кггт 101001 ==
кгДж51033 sdot=λ
КкгДжс sdotsdot= 31012
Ct deg= 00
minust
18
Проаналізуємо отримані результати 21 QQ gt - це означає що лід
нагріється до Cdeg0 але 321 QQQ +lt (33400lt34680 Дж) - це означає
що не весь лід розтане Тому кінцева температура буде
Cdeg0
Відповідь t= Cdeg0
Приклад 11 Треба стиснути повітря від обrsquoєму 32101 мminussdot до
обrsquoєму 33102 мminussdot Як вигідніше його стискувати адіабатно чи
ізотермічно
Розвrsquoязання
Порівняємо роботу при заданих процесах У
випадку адіабатного процесу
TRi
Аад ∆minus=2
ν
де ν ndash кількість речовини i ndash число ступенів
вільності молекули R ndash універсальна газова стала
T∆ ndash приріст температури ( )12 TTT minus=∆
Скористаємося рівнянням Пуассона
const1 =minusγTV
і виразимо зміну температури через зміну обrsquoєму 1
221
11minusminus = γγ
VTVT
або
1
2
112
minus
=
γ
V
VTT або
minus
=∆
minus
1
1
2
11
γ
V
VTT
Врахуємо що показник адіабати i
i 2+=γ
тобто i21 =minusγ Тоді
minus
minus=
minus1
2
11 11
γ
γ
ν
V
VRTАад
У випадку ізотермічного процесу 1
21 ln
V
VRTАіз ν=
Дано 32
1 101 мVminussdot=
332 102 мV
minussdot=
із
ад
А
А
19
Тепер
1
2
1
2
1
ln
1
1
1
V
V
V
V
А
А
із
ад
minus
minus
minus=
γ
γ
Підставимо числові значення для повітря 41=γ
41
101
102ln
102
1011
141
1
3
2
141
3
2
=
sdot
sdot
sdot
sdotminus
minus=
minus
minus
minus
minus
minus
із
ад
А
А
Відповідь вигідніше стискувати ізотермічно
Приклад 12 В циліндрі під поршнем знаходиться водень масою
002 кг при температурі 300 К Водень спочатку розширився
адіабатно збільшивши свій обrsquoєм у 5 разів а потім був стиснутий
ізотермічно до попереднього обrsquoєму Знайти температуру в кінці
адіабатного процесу і роботу виконану газом під час цих процесів
Зобразити процеси графічно
Розвrsquoязання
Температура і обrsquoєм газу в адіабатному
процесі повrsquoязані рівнянням адіабати 1
2
1
1
2
minus
=
γ
V
V
Т
Т (1)
де i
i 2+=γ ndash показник адіабати
Для водню показник адіабати дорівнює
415
25=
+=γ
Згідно формули (1) γminus
=
1
1
212
V
VТТ
Роботу в адіабатному та ізотермічному
процесах знайдемо скориставшись відповідними формулами
Дано
М = 002 кг
micro = 2middot10ndash3
молькг
і = 5
V2 = 5V1
V3 = V1
Т1 = 300 К
КмольДжR sdot= 318
Т2 А1ndash2 А2ndash3
р
V V1 V2
1
Адіабата
Ізотерма 2
3
20
( ) ( )22
211221 ТТRіM
ТТRіM
А minussdot=minussdotminus=minusmicromicro
2
12
2
3232 lnln
V
VRT
M
V
VRT
MА
micromicro==minus
1585300 402 =sdot= minusТ К
4
321 10982)157300(3182
5
102
020sdot=minussdotsdotsdot
sdot=
minusminusА Дж
4
332 10125
1ln157318
102
020sdotminus=sdotsdot
sdot=
minusminusА Дж
Відповідь Т = 158 К А1-2 = 298middot104 Дж А2-3 = ndash21middot10
4 Дж Графік
процесів показано на малюнку
Приклад 13 Нагрівник теплової машини що працює за циклом
Карно має температуру Ct deg= 2001 Визначити температуру 2T
холодильника якщо при надходженні від нагрівника кількості
теплоти ДжQ 011 = машина виконує роботу ДжA 400=
Розвrsquoязання
За означенням ККД теплової машини
1Q
A=η
а для циклу Карно 1
21
T
TT minus=η
Прирівнявши праві частини виписаних співвідношень
Маємо 1
21
1 T
TT
Q
A minus=
Звідки
minus=
112 1
Q
ATT
Підставимо числові значення KT 4731 =
КT 28001
40014732 =
minus=
Дано
Ct deg= 2001 ДжQ 011 =
ДжA 400=
2T
21
Відповідь KT 2802 =
Приклад 14 Знайти витрату бензину автомобіля на S=1 км шляху
при швидкості годкм 60=υ Потужність двигуна 17 кВт ККД
двигуна 30=η питома теплота згоряння бензину q=45middot106 Джкг
Розвrsquoязання
При згорянні палива виділяється теплота
mqQ sdot=
ККД двигуна Q
Aкор=η Отже
qmQAкор ηη == З другої сторони з
врахуванням потужності υ
SNtNА sdot=sdot=
Прирівнявши ці два вирази отримаємо
q
NSm
ηυ=
Підставимо числові значення
кгт 08045middot1071630
1010176
33
asympsdotsdot
sdotsdot=
Відповідь m = 008 кг
Приклад 15 Ідеальний двоатомний газ здійснює цикл який
складається з двох ізотерм і двох ізохор При цьому найбільша
температура газу 500 К найменша ndash 300 К найбільший обrsquoєм 12 л
найменший ndash 3 л Знайти ККД циклу
Розвrsquoязання
Дано
мкмS3101 ==
смгодкм 71660 ==υ
ВтN31017 sdot=
3030 == ηη
кгДжq 1045 6sdot=
minusт
Дано
5=і
КТ 5001 =
КТ 3002 =
22
p 1
4
T1
T2
2
3
V1 V2 V
ККД циклу Q
А=η
де A - робота виконана газом Q - теплота
отримана газом Розглянемо ізопроцеси При
ізотермічних процесах 0=∆U оскільки
температура не змінюється З першого закону
термодинаміки ( AUQ +∆= ) випливає що в
цьому випадку вся отримана газом теплота
йде на виконання роботи AQ =
Для процесу 1rarr2 маємо
01
211121
2
1
2
1
gt==== intintrarrV
VnRT
m
V
dVRT
mpdVAQ
V
V
V
V
lmicromicro
де тиск V
RTт
р1
1 sdot=micro
Для процесу 3rarr4 маємо
01
222243
2
1
1
2
ltminus=minus=== intintrarrV
VnRT
m
V
dVRT
mpdVAQ
V
V
V
V
lmicromicro
- газ віддає
теплоту
Для ізохорних процесів обrsquoєм не змінюється тому 0=А З першого
закону термодинаміки TRmi
UQ ∆=∆=micro2
Для процесу 2rarr3 маємо
( ) ( ) 022
211232 ltminusminus=minus=rarr TTRmi
TTRmi
Qmicromicro
- газ віддає теплоту
Для процесу 4rarr1 маємо ( ) 02
2114 gtminus=rarr TTRmi
Qmicro
Отже газ виконав роботу ( )211
221 TT
V
VnR
mAAA minus=+= l
micro
Газ отримав теплоту ( )
minus+=+= rarrrarr 21
1
211421
2TT
i
V
VnTR
mQQQ l
micro
Тоді ККД цикла
331 1033 млV
minussdot==
332 101212 млV
minussdot==
minusη
23
( )
( )
( )
( )211
21
211
2
211
21
211
2
22TT
i
V
VnT
TTV
Vn
TTi
V
VnTR
m
TTV
VnR
m
Q
А
minus+
minus
=
minus+
minus
==
l
l
l
l
micro
microη
( )
( )23230
3005002
5
103
1012500
300500103
1012
3
3
3
3
=rArr=
minus+sdot
sdotsdot
minussdot
sdot
=
minus
minus
minus
minus
ηη
n
n
l
l
( 386169302224 =sdot== nn ll )
Відповідь 23=η
Приклад 16 Знайти приріст ентропії при перетворенні 1 г води з
температурою 0degС в пару при 100degС
Розвrsquoязання
Зміна ентропії у випадку оборотного
термодинамічного процесу
int=∆B
AT
QS
δ
де Qδ ndash елементарна кількість теплоти T ndash абсолютна
температура A та B ndash формальні позначення
вихідного і кінцевого стану системи
Розібrsquoємо інтеграл у правій частині виписаної формули на два
доданки що відповідають двом процесам заданим в умові
intint +equiv∆+∆=∆B
C
C
AT
Q
T
QSSS
δδ21
де 1S∆ ndash приріст ентропії при нагріванні води від температури 1T до
температури 2T 2S∆ ndash приріст ентропії при випаровуванні ( 2T за
умовою задачі ndash температура кипіння води)
У першому доданку
cmdTQ =δ
де c ndash питома теплоємність води У другому доданку const2 =T а
Дано
гm 1=
OH2 Ct deg= 01
Ct deg= 1002 S∆
24
rmQQ
B
C
==intδ
де r ndash питома теплота пароутворення Маємо
+=+=∆ intint
21
2
2
ln12
1T
r
T
TcmQ
TT
dTcmS
B
C
T
T
δ
КкгДжс sdotsdot= 310194 кгДжr510622 sdot= кгm
3101 minussdot=
КT 2731 = КT 3732 =
КДжS 47373
10622
273
373ln10194101
533 =
sdot+sdotsdot=∆ minus
Відповідь КДжS 47=∆
Приклад 17 105 г азоту ізотермічно розширюються від обrsquoєму
лV 21 = до обrsquoєму лV 52 = Знайти приріст ентропії при цьому
процесі
Розвrsquoязання
При ізотермічному процесі Т=const
отже зміна внутрішньої енергії 0=dU
Тоді з першого закону термодинаміки
маємо AQ δδ =
Елементарна робота з врахуванням виразу
для тиску р з рівняння Менделєєва-
Клапейрона V
dVRT
mрdVА
microδ ==
Зміна ентропії в оборотному термодинамічному процесі int=∆B
AT
QS
δ
В нашому випадку 1
22
1
V
VnR
m
TV
TdVR
m
T
АS
V
V
B
A
lmicromicro
δ===∆ intint
молькг 1028 3minussdot=micro - молярна маса азота
Підставимо числові значення
Дано
кггт 310510510 minussdot==
лV 21 =
лV 52 =
constТ =
minus∆S
25
КДжnS 922
5318
1028
10510
3
3
=sdotsdotsdot
sdot=∆
minus
minus
l
Відповідь КДжS 92=∆
Приклад 18 Два кіломолі триатомного газу адіабатно
розширюються в пустоту від 31 1мV = до 3
2 5мV = Температура газу
при цьому зменшується на 15 К Знайти за цими даними постійну laquoаraquo
з рівняння Ван-дер-Ваальса
Розвrsquoязання
Перше начало термодинаміки для адіабатного
процесу має вигляд dUA minus=δ де А ndash робота газу
проти зовнішніх сил U ndash внутрішня енергія За
умовою задачі зовнішнього тиску немає
(розширення в пустоту)
тому 0== dVpAδ
В підсумку маємо що 0=dU
Зміна внутрішньої енергії має дві складові
dTCVν що не залежить від зміни обrsquoєму та
( )VdU що залежить від обrsquoєму Остання складова
рівна роботі сили міжмолекулярного притягання
котра спричинює додатковий внутрішній тиск
2
20
V
aP ν=
( ) dVV
adVPVdU
2
20 ν==
Повна зміна внутрішньої енергії газу
02
2 =+ dVV
adTCV νν
Дано
моль3102 sdot=ν
6=i 0=Qδ
Паp 0=
31 1 мV =
32 5 мV =
KT 15minus=∆
a
26
Звідки dVCV
adT
V2
νminus=
Проінтегруємо останнє співвідношення
int int
minus=minus=
2
1
2
1
122
11T
T
V
V VV VVC
a
V
dV
C
adT νν
тобто
minus=∆
12
112
VViR
aT ν
оскільки молярна теплоємність при постійному обrsquoємі Ri
CV2
=
(і ndash число ступенів вільності R ndash універсальна газова стала)
Тепер маємо
( )21
21
2 VV
VTViRa
minus
∆=
ν
( )
( ) 2
4
3230
511022
51153186
моль
мНa
sdot=
minussdotsdot
sdotsdotminussdotsdot=
Відповідь 2
4
230моль
мН sdot=α
3 Задачі для самостійного розвrsquoязування
Вказівки до розвrsquoязування задач
1 В задачах на теплоту складають рівняння теплового балансу сума
теплоти що виділяється при певних процесах дорівнює сумі теплоти
що поглинається при інших процесах
2 В задачах про лід потрібно спочатку зrsquoясувати (кількісними
підрахунками) чи розтане весь лід якщо про це не сказано в умові
Якщо розтане не весь лід то кінцева температура дорівнюватиме 0ordmС
31 Молекулярна фізика
27
Рівняння стану ідеального газу
1 Балон місткістю 12 л заповнений азотом при тиску 81МПа і
температурі 17degС Знайти масу азоту (113 кг)
2 Яким може бути найменший обrsquoєм балона що містить 64 кг
кисню якщо його стінка при температурі 20degС витримує тиск
160 кгссм2 (32middot10
1 м
3)
3 До якої температури потрібно нагріти ідеальний газ щоб його
густина зменшилася у два рази порівняно з густиною цього газу
при Ct deg= 00 (Т=2Т0=546 К)
4 5 г азоту що знаходиться в закритій посудині місткістю 4 л при
температурі 20degС нагрівають до температури 40degС Знайти тиск
газу до і після нагрівання (р1=108middot105Па р2=116middot10
5Па)
5 Знайти густину водню при температурі 15degС і тиску 730 мм ртст
( 30810 мкг=ρ )
6 Густина деякого газу при температурі 10degС і тиску 2sdot105Па
дорівнює 034 3мкг Чому дорівнює маса одного кіломоля цього
газу ( молькг3104
minussdot=micro )
7 10 г кисню знаходяться під тиском 3 атм при температурі 10degС
Після розширення внаслідок нагрівання при постійному тиску
кисень зайняв обrsquoєм 10 л Знайти 1) обrsquoєм газу до розширення 2)
густину газу до розширення 3) температуру газу після
розширення 4) густину газу після розширення
( 331 1042)1 мV
minussdot= 2) 31 144 мкг=ρ 3) Т2=1170 К 4) 3
2 1 мкг=ρ )
8 6 г вуглекислого газу ( )2CO і 5 г закису азоту ( )ON2 заповнюють
посудину місткістю 2 дм3 Який загальний тиск у посудині при
температурі 127degС (415middot105Па)
9 Яка кількість речовини є в газовому балоні обrsquoємом 2 л при тиску
1013 МПа і температурі 10degС (86 моль)
10 Балон для газового зварювання місткістю 20 л був заповнений
киснем при температурі 15degС Коли частину кисню витратили
тиск у балоні знизився на 5065 кПа Скільки кисню було
витрачено ( кгm 1350=∆ )
11 Температура повітря в посудині обrsquoємом 5 л становить 27degС його
тиск 2026 МПа Визначити масу повітря яке потрібно випустити з
посудини щоб тиск у ній знизився до 1013 МПа ( кгm 0590=∆ )
28
12 Визначити густину повітря в камері шин автомобіля ВАЗ 2110
якщо тиск у камері 018 МПа (надлишковий) а температура 20degС
( 3353 кгм=ρ )
13 Знайти густину суміші 10-2 кг вуглекислого газу і 15sdot10
- 2 кг азоту
при температурі 300 К і тиску 015 МПа ( 3981 кгм=ρ )
14 Знайти молярну масу суміші що утворилася з 38sdot10-3 кг кисню і
22sdot10-2 кг вуглекислого газу ( кгмоль2104 minussdot=micro )
15 Накреслити графіки ізотермічного ізобарного та ізохорного
процесів в ідеальному газі у системах координат р V p T V T
Порівняти ці графіки
16 На рис1 зображено графік зміни стану ідеального газу в
координатах V T Виразити ці процеси графічно в координатах p V
та p T Назвати ці процеси
17 Зміна стану ідеального газу сталої маси зображена на рис2 В т1
температура газу Т0 Визначити температуру газу в т234
(Т2=3Т0 Т3=6Т0 Т4=2Т0)
18 Який обrsquoєм займає суміш газів ndash азоту масою кгm 11 = і гелію
масою кгm 12 = ndash при нормальних умовах (64 м3)
19 Скільки молекул міститься в 1 г водяної пари (33sdot1022
)
20 Скільки молекул буде знаходитися в 1 см3 посудини при 10degС
якщо посудину підкачано до ртстммp11101 minussdot= (34sdot10
5)
21 У балоні місткістю лV 3= знаходиться кисень масою 4 г
Визначити кількість речовини ν газу і концентрацію n його
молекул (ν =0125 моль n=251sdot1025м
-3)
Рис 1 Рис 2
29
22 У балоні було 10 кг газу при тиску 10 МПа Знайти яку масу газу
взяли з балона якщо тиск став рівним 25 МПа Температуру
вважати постійною (75 кг)
23 Балони місткістю лV 201 = і лV 442 = заповнені газом Тиск у
першому балоні МПаp 421 = у другому ndash МПаp 612 =
Визначити загальний тиск p після сполучення балонів якщо
температура газу залишилася попередньою (076 МПа)
24 Газ в кількості m=16 г при тиску р=106 Нм
2 і температурі t=112degС
займає обrsquoєм V=1600 см3 Визначити який це газ (кисень)
25 При якому тиску р густина ρ газоподібного азоту що має
температуру t= - 73degС складає 04 густини води кімнатної
температури 33
010 кгмρ = ( 271042 Нмр sdot= )
26 Відкрита посудина нагріта до температури t2=450degС Яка частина
маси повітря залишилась в ній в порівнянні з тією кількістю яка
була при t1=27degС Розширенням посудини знехтувати
(m2m1=0415)
27 10 г кисню знаходяться під тиском 0303 мкПа при температурі
10degС Після розширення внаслідок нагрівання при постійному
тиску кисень зайняв обrsquoєм 10 л Знайти обrsquoєм газу до розширення і
температуру газу після розширення (V1=24sdot10-3 м
3 Т2=118sdot10
3 К)
28 Скільки молекул повітря буде знаходитись в 1 см3 посудині при
10degС якщо повітря в посудині відкачане до тиску 133 мкПа
(34sdot108)
29 У 1 кг сухого повітря знаходиться m1=232 г кисню і m2=768 г
азоту Знайти відносну молярну масу повітря (microсм=288 кгмоль
microвідн=288 кгмоль)
30 У скільки разів вага повітря взимку (7 0
С) більша за його вагу
влітку (37 0 С) Тиск однаковий (11 рази)
31 У відкритій посудині при Ct0
1 20= є повітря гm 1501 = На яку
величину m∆ зменшиться маса повітря в посудині при нагріванні
її до Ct0
1 100= Зміною розмірів посудини при нагріванні
знехтувати ( m∆ =322 г)
32 У посудині знаходиться суміш 10 г вуглекислого газу і 15 г азоту
Знайти густину цієї суміші при температурі 27 0
С і тиску
15sdot10 5 Па ( 3981 мкг=ρ )
33 Знайти масу атома 1)водню 2) гелію
30
( )(10656)(10671 2727 геліюкгmводнюкгmminusminus sdot=sdot= )
34 Визначити концентрацію n молекул ідеального газу при
температурі Т= 300 К і тиску р =1 МПа ( n=224sdot10 17 м
-3)
Основне рівняння молекулярно-кінетичної теорії газів
швидкості молекул
35 Тиск p газу дорівнює 1 мПа концентрація n його молекул рівна
310101 minussdot см Визначити 1) температуру Т газу 2) середню
кінетичну енергію ( )1кЕ поступального руху молекули
( 1) Т=725 кК 2) ( )1кЕ =15sdot10
-19 Дж)
36 Молекула кисню при нормальних умовах рухається зі швидкістю
425 мс Визначити кінетичну енергію молекули
( ( )1кЕ =48sdot10
-21Дж)
37 Визначити кінетичну енергію поступального руху молекули
аміаку а також повну кінетичну енергію молекул одного моля
аміаку при температурі 373 К ( ( )1кЕ =773sdot10
-21Дж Еk=932 Дж)
38 Визначити сумарну кінетичну енергію теплового руху всіх
молекул кисню (О2) що займають обrsquoєм V=55sdot10-3 м
3 при тиску
р=2026 кПа (Еk=279 кДж)
39 Густина деякого газу 3060 мкгρ = середня квадратична
швидкість його молекул смкв 500=υ Знайти тиск газу на стінки
посудини (5 кПа)
40 Газ займає обrsquoєм лV 1= під тиском атмр 2= Визначити
кінетичну енергію kE поступального руху всіх молекул в даному
обrsquoємі (03 кДж)
41 Кількість речовини деякого газу моль51=ν температура
КТ 120= Визначити кінетичну енергію kE поступального руху
всіх молекул цього газу (73 кДж)
31
42 При якій температурі середня кінетична енергія ( )1кЕ
поступального руху молекули газу рівна Дж2110144 minussdot
(200 К)
43 Посудина зі внутрішнім обrsquoємом лV 4= містить гm 60=
деякого газу під тиском атмр 2= Визначити середню
квадратичну швидкість молекул газу (2 103
см )
43 Середня квадратична швидкість руху молекул деякого газу що
перебуває під тиском 50 кПа дорівнює 449 мс Визначити
густину газу при цих умовах ( 37440 мкг=ρ )
44 При якій температурі середня квадратична швидкість молекул
кисню дорівнює швидкості молекул азоту при температурі 373 К
(Т = 426 К)
46 Знайти середню арифметичну швидкість молекул газу коли
відомо що середня квадратична швидкість 400 мс
( см370=υ )
47 Знайти найбільш імовірну та середню арифметичну швидкості
молекул газу густина якого при тиску 40 кПа дорівнює 03 кгм3
( імυ = 5164 мс υ = 6324 мс)
48 Знайти середню квадратичну швидкість молекул повітря при
температурі 17deg С Повітря вважати однорідним газом з молярною
масою 29sdot10-3 кгмоль ( 500=квυ мс)
49 Визначити середню квадратичну швидкість квυ молекул газу
масою гm 30= що знаходиться в посудині місткістю лV 2= під
тиском кПаp 200= (2sdot10 3 мс)
50 Знайти відношення середніх квадратичних швидкостей молекул
гелію та азоту при однакових температурах (265)
51 Знайти середню квадратичну квυ середню арифметичну υ та
найімовірнішу імυ швидкості молекул водню Обчислення
виконати для трьох значень температури 1) КТ 20=
2) КТ 300= 3) КТ 5000= ( 1) 500 мс 462мс 407 мс
2) 194 кмс 179 кмс 158 кмс 3) 790 кмс 730 кмс 648 кмс)
52 При якій температурі Т середня квадратична швидкість атомів
гелію буде дорівнювати другій космічній швидкості
скм2112 =υ (201 кК)
32
53 Знайти середню арифметичну швидкість υ молекул газу якщо їх
середня квадратична швидкість скмкв 1=υ (092 кмс)
54 Кінетична енергія поступального руху молекул азоту що
знаходиться в обrsquoємі 20 дм3 дорівнює 5 кДж а середня
квадратична швидкість його молекул рівна 2 кмс Знайти 1) масу
азоту в балоні 2) тиск під яким знаходиться азот
( 1) т=25sdot103 кг 2) р=167sdot10
5 Па)
55 Посудина що містить деяку масу одноатомного газу рухається зі
швидкістю u На скільки збільшиться середній квадрат швидкості
теплового руху молекул при зупинці посудини Теплоємність
теплопровідність і маса стінок посудини зникаюче малі
56 Обчислити кількість теплоти що необхідна для нагрівання повітря
від Т1= 273 К до Т2= 303 К при сталому тиску якщо спочатку воно
перебувало при нормальному тиску р1 і мало обrsquoєм V1=50 м3
(∆Q=1948 кДж)
57 Яка кількість теплоти необхідна для нагрівання одного моля
одноатомного газу на 1 К при сталому обrsquoємі (∆Q=124 кДж)
58 Балон місткістю 2sdot10-2
м3 з киснем що має тиск 1013 МПа і
температуру 280 К нагрівають до 300 К Яку кількість теплоти
дістає при цьому газ (∆Q=35 кДж)
59 Визначити кількість теплоти (∆Q) що необхідна для нагрівання
повітря від Т1= 273 К до Т2=298 К при сталому обrsquoємі V1=30 м3
якщо початковий тиск повітря р1 був нормальний
(∆Q=6957 кДж)
32 Термодинаміка Реальні гази
Внутрішня енергія робота розширення газу
перше начало термодинаміки
60 Чому дорівнює енергія теплового руху молекул двоатомного газу
що знаходиться в посудині місткістю 2 л під тиском 015 МПа
(U=750 Дж)
61 10 г кисню знаходяться під тиском 03 МПа при температурі 10degС
Після нагрівання при постійному тиску газ зайняв обrsquoєм 10 л
Знайти 1) кількість теплоти одержаної газом 2) зміну
33
внутрішньої енергії газу 3) роботу виконану газом при
розширенні ( 1) 792sdot103Дж 2) 5660 Дж 3) 226sdot10
3 Дж)
62 2 кмолі вуглекислого газу нагріваються при постійному тиску на
50degС Знайти 1) зміну його внутрішньої енергії 2) роботу
розширення 3) кількість теплоти наданої газу
( 1) 2500 Дж 2) 830 кДж 3) 3300 кДж)
63 Газ що займав обrsquoєм 5 л і знаходився під тиском 02 МПа при
температурі 17degС було нагріто внаслідок чого він ізобарно
розширився Робота розширення газу при цьому виявилася рівною
196 Дж Наскільки нагріто газ (57 К)
64 При ізотермічному розширенні 10 г азоту що знаходиться при
температурі 17degС було виконано роботу 860 Дж У скільки разів
змінився тиск азоту при розширенні (272)
65 1л гелію котрий знаходиться при нормальних умовах ізотермічно
розширюється за рахунок одержаної ззовні теплоти до обrsquoєму 2 л
Знайти 1) роботу виконану газом при розширенні 2) кількість
наданої газу теплоти ( 1) 70 Дж 2) 70 Дж )
66 1 кг двоатомного газу знаходиться під тиском 80 кПа і має
густину 34 мкг=ρ Знайти енергію теплового руху молекул газу
при цих умовах (5sdot104Дж)
67 У посудину в котрій міститься 28 л води при температурі 20degС
вкинули нагрітий до 460degС кусок сталі що має масу 3кг Від цього
вода в посудині нагрілася до 60degС а частина її перетворилася в
пару Визначити масу води котра випарувалася Теплоємністю
посудини знехтувати
68 Знайти для кисню відношення питомої теплоємності при сталому
тиску до питомої теплоємності при постійному обrsquoємі (14)
69 1 кмоль азоту який знаходився при нормальних умовах
розширюється адіабатно від обrsquoєму 1V до обrsquoєму 12 5VV =
Знайти1) зміну внутрішньої енергії газу 2) роботу виконану при
розширенні ( 1) 269 sdot10 6 Дж 2) 269 sdot10
6 Дж)
70 Повітря що при нормальному атмосферному тиску зайняло обrsquoєм
2sdot10-2
м3 адіабатно стискується до обrsquoєму 2sdot10
-3 м
3 Визначити
тиск повітря після стискання (р=254 МПа)
71 Знайти питомі теплоємності азоту та їхні відношення при сталому
обrsquoємі та сталому тиску ( КкДжкгcV sdot= 7420
КкгкДжcp sdot= 041 )
34
72 Знаючи молярну масу газу ( кгмольmicro 31044 minussdot= ) і відношення
питомих теплоємностей (γ=133) обчислити молярні теплоємності
Ср і СV ( СV=0566 кДжкгsdotК Ср=0754 кДжкгsdotК)
Теплоємність адіабатний процес
73 Різниця питомих теплоємностей Vp cc minus деякого двоатомного газу
дорівнює 260 Джкг К Знайти молярну масу micro газу і його питомі
теплоємності pc та cV
( micro=0032 молькг cV=650 ДжкгmiddotК pc =910 ДжкгmiddotК)
74 Молярна маса деякого газу мольг30=micro відношення
41=Vp cc Знайти питомі теплоємності pc і сV цього газу
( сV=693 ДжкгmiddotК pc =910 ДжкгsdotК )
75 До якої температури охолодиться повітря що знаходиться при
температурі 0degС якщо воно розширюється адіабатно від обrsquoєму 1V
до обrsquoєму 12 2VV = (207 К)
76 Газ розширюється адіабатно при цьому обrsquoєм його збільшується
вдвічі а температура падає в 132 рази Яке число ступенів
вільності мають молекули цього газу (5)
77 Чому дорівнюють питомі теплоємності pc і сV деякого
двоатомного газу якщо густина цього газу при нормальних
умовах дорівнює 143 кгм3 (сV=650 ДжкгmiddotК pc =910 ДжкгmiddotК)
78 Двоатомний газ займає обrsquoєм лV 501 = при тиску атмp 501 =
Газ стискується адіабатно до деякого обrsquoєму 2V і тиску 2p а
потім при постійному обrsquoємі 2V охолоджується до початкової
температури При цьому тиск його стає рівним атмp 10 =
Зобразити описаний процес графічно знайти обrsquoєм 2V і тиск 2p
(025 л 132 атм)
79 Газ розширюється адіабатно так що його тиск спадає від 2 атм
до 1 атм Потім він нагрівається при постійному обrsquoємі до
початкової температури причому його тиск зростає до 122 атм
35
Зобразити описаний процес графічно і визначити відношення
Vp cc газу (14)
Цикл Карно ентропія
80 Ідеальна теплова машина що працює за циклом Карно отримує за
кожний цикл від нагрівника 600 кал теплоти Температура
нагрівника 400 К температура холодильника 300 К Знайти
роботу що виконує машина за один цикл і кількість теплоти
котра віддається холодильнику за один цикл
( А=630 Дж Q2=1880 Дж)
81 Ідеальна теплова машина що працює за циклом Карно 23
теплоти одержаної від нагрівника передає холодильнику з
температурою 10degС Визначити температуру нагрівника (4245 К)
82 Ідеальна теплова машина працює за циклом Карно При цьому
80 теплоти одержаної від нагрівника передається
холодильнику Від нагрівника надходить за цикл 15 ккал теплоти
Знайти 1) ККД циклу 2) роботу виконану за цикл
( 1) 20 2) 126sdot103Дж)
83 Ідеальна теплова машина що працює за циклом Карно виконує
за один цикл роботу 735sdot 10 4 Дж Температура нагрівника 100
0 С
температура холодильника 00 С Знайти1) ККД машини
2) кількість теплоти одержаної машиною за один цикл від
нагрівника 3) кількість теплоти яка віддається за один цикл
холодильнику ( 1) 268 2) 274 sdot10 4 Дж 3) 126 sdot10
4 Дж)
84 Ідеальна теплова машина отримує від нагрівника температура
якого 500 К за один цикл 3360 Дж теплоти Знайти кількість
теплоти що передається за один цикл холодильнику температура
якого 400 К Знайти роботу машини за один цикл
(Q2= 2688 Дж А= 672 Дж)
85 Ідеальна теплова машина що працює за циклом Карно має
температуру нагрівника 600 К а холодильника 500 К У скільки
разів потрібно збільшити абсолютну температуру нагрівника щоб
ККД машини збільшився вдвічі (в 125)
86 Визначити ККД циклу і температуру нагрівника теплової
машини яка працює за циклом Карно якщо за рахунок 2 кДж
теплоти одержаної від нагрівника вона виконує роботу 400 Дж
Температура холодильника 480 К (20 600 К)
36
87 Знайти зміну ентропії при ізотермічному розширенні 6 г водню зі
зменшенням тиску від 01 МПа до 50 кПа (173 ДжК)
88 105 г азоту ізотермічно розширюються від обrsquoєму лV 21 = до
обrsquoєму лV 52 = Знайти приріст ентропії в цьому процесі
(29 ДжК)
89 10 г кисню нагріваються від Ct deg= 501 до Ct deg= 1502 Знайти зміну
ентропії якщо нагрівання відбувається 1) ізохорно 2) ізобарно
( 1) 176 ДжК 2) 246 ДжК )
90 У циклі Карно робочим тілом є двоатомний газ Визначити ККД
циклу якщо при адіабатичному розширенні обrsquoєм газу збільшився
від 80 до 102 дм3 (01 або 10)
91 05 кг розплавленого свинцю при температурі плавлення влили в
лід при 0degС Частина льоду розплавилася Знайти зміну ентропії
(50 ДжК)
Реальні гази явища перенесення
92 Знайти критичний молярний обrsquoєм азоту
93 Розрахувати густину кисню у критичному стані
94 Знайти середню довжину вільного пробігу атомів гелію в умовах
коли густина гелію 321 мг=ρ (18sdot10-6 м)
95 Знайти середню довжину вільного пробігу атомів азоту при
температурі 17 0 С і тиску 10
4 Па ( м610 minus=λ )
96 Знайти залежність середнього числа зіткнень молекул z ідеального
газу від тиску р в наступних процесах 1) ізохорному
2)ізотермічному Зобразити ці залежності на графіках
( pzpz asympasymp )2)1 )
97 У посудині знаходиться вуглекислий газ густина якого 321012 мкгminussdot=ρ середня довжина вільного пробігу його
молекул при цих умовах дорівнює см61097 minussdot=λ Знайти
діаметр молекул вуглекислого газу ( d =35sdot 10 -10
м )
37
98 Знайти діаметр молекули кисню якщо відомо що для кисню
коефіцієнт внутрішнього тертя при 0ordm С дорівнює
сПа sdotsdot= minus610818η ( d = 3middot10
-10 м)
99 Знайти динамічну вrsquoязкість азоту при нормальних умовах якщо
коефіцієнт дифузії для нього при цих умовах дорівнює
сcм21420 (η = 178sdot10-5 Паsdotс)
100 Знайти коефіцієнт теплопровідності водню якщо його
динамічна вrsquoязкість при таких самих умовах рівна смкПа sdot68
(0090 ВтмmiddotК)
101 Коефіцієнт дифузії і динамічної вrsquoязкість кисню дорівнюють
см2510221
minussdot та сПа sdotsdot= minus510951η відповідно Знайти при
цих умовах 1) густину кисню 2) середню довжину вільного
пробігу його молекул і 3) середню арифметичну швидкість його
молекул ( 1) 16 кгм3 2) 835sdot10
-8 м 3) 440 мс)
102 Знайти залежність коефіцієнта теплопровідності κ газу від
температури Т в умовах ізобарного та ізохорного процесів
Зобразити ці залежності графічно (1 κ~ Т 2 κ~ Т )
103 Зайти коефіцієнт дифузії при нормальних умовах 1)гелію
2)кисню ( 1) сcм2720 2) сcм2180 )
104 Коефіцієнт дифузії D кисню при температурі t=0ordmС дорівнює
019 см2с Визначити середню довжину вільного пробігу λ
молекул кисню ( λ =135 нм)
105 Визначити залежність коефіцієнта дифузії D ідеального газу від
температури при наступних процесах 1)ізобарному
2)ізохорному ( 1) D~ 3Т 2) D~ Т )
106 Визначити залежність динамічної вrsquoязкості η від температури Т
при наступних процесах 1)ізобарному 2) ізохорному Зобразити
ці залежності на графіках ( 1) η ~ Т 2) η ~ Т )
107 Знайти коефіцієнт дифузії та коефіцієнт внутрішнього тертя
повітря при тиску 760 мм рт ст і температурі 10ordmС Діаметр
молекули повітря прийняти 3middot10-1 м
(148middot10-5 м
2с 185middot10
- 5 Паsdotс)
108 У скільки разів коефіцієнт внутрішнього тертя кисню більший за
коефіцієнт внутрішнього тертя азоту Температура газів
однакова (107)
38
109 Знайти коефіцієнт теплопровідності повітря при температурі
10ordmС і тиску 105 Па Діаметр молекули повітря прийняти рівним
3middot10-8 см (132middot10
-3 ВтмmiddotК)
110 Знайти залежність коефіцієнта теплопровідностіκ від тиску р
при наступних процесах 1)ізотермічному 2)ізохоричному
Зобразити ці залежності на графіках
( 1) Не залежить 2) κ ~ р )
Таблиця для самостійної роботи
Варіанти
завдань
Номери задач
1 1 11 35 45 60 73 85 97
2 2 12 36 46 61 74 86 98
3 3 13 37 47 62 75 87 99
4 4 14 38 48 63 76 88 100
5 5 15 39 49 64 77 89 103
6 6 16 40 50 65 80 92 104
7 7 17 41 51 66 81 93 105
8 8 18 42 52 67 82 94 106
9 9 19 43 53 68 83 95 107
10 10 20 44 54 69 84 96 108
Задачі для усного розвrsquoязування
111 Під час накачування повітря в гумову камеру одночасно
збільшується його обrsquoєм і тиск Чи не суперечить це закону Бойля -
Маріотта
112 Чому влітку шини коліс автомобілів накачують повітрям до
меншого тиску ніж взимку
113 Якої форми необхідно взяти посудину щоб сила тиску на дно
дорівнювала вазі рідини Була більша Менша ваги рідини
39
114 У посудині наповненій до краю водою плаває кусок льоду Чи
виллється вода з посудини коли лід розтане
115 Дві кульки ndash мідна та алюмінієва зрівноважені на пружинних
терезах Чи порушиться рівновага терезів якщо кульки упустити у
воду
116 Чи можна перелити воду з однієї склянки в іншу знаходячись в
кабіні штучного супутника Землі
117 Повітря складається з азоту кисню та інших газів Чи однакова
кінетична енергія поступального руху молекул цих газів при даній
температурі
118 Якими способами можна змінити внутрішню енергію тіла
119 В якому випадку зміна тиску газу буде більшою при адіабатній
чи ізотермічній зміні обrsquoєму
120 Чому ізотермічне розширення газу відбувається тільки внаслідок
підведення до нього деякої кількості теплоти
121 Чому в дизелі нема потреби запалювати пальну суміш
електричною іскрою як це робиться в інших двигунах
122 Під час роботи пневматичний молот що працює за рахунок
енергії стиснутого повітря зовні обмерзає Яка причина охолодження
123 Після сильного шторму вода в морі стає теплішою Чому
124 Деяку масу ідеального газу нагрівають на однакову кількість
градусів один раз при сталому тиску а другий раз при сталому обrsquoємі
В якому випадку потрібна більша кількість теплоти Чому
125 Чому вода на дні океану залишається холодною в той час як по
мірі просування в глибину Землі на кожні 100 м температура
збільшується приблизно на 3deg
40
126 Чи може теплова машина мати ККД=100 якщо працюватиме за
ідеальним циклом
127 Чи можна створити умови за яких внутрішня енергія переходила
б від тіл з нижчою температурою до тіл з вищою температурою
128 Чи охолоне повітря в кімнаті якщо відчинити двері домашнього
холодильника ввімкнутого в мережу
129 Чому температура пари яка надходить у парову турбіну нижча
за температуру пари що виходить з неї
130 Накреслити криві ізобарного ізохорного ізотермічного процесів
на діаграмах залежності V T P T P V
131 Як пояснити утворення роси і туману
132 Коли і чому на дроті лінії електропередач зrsquoявляється іній
133 Обrsquoєм посудини в якій міститься насичена пара ізотермічно
збільшили в 5 разів Що сталося з тиском пари
134 Чому туман зrsquoявляється в вечірній час а зранку зникає
135 Чому після дощу стає холодніше Пояснити це явище
4 Довідкові дані
Фундаментальні фізичні сталі
Гравітаційна стала 221110676 кгмНG sdotsdot= minus
Прискорення вільного падіння 2см819=g
Стала Авогадро 12310026 minussdot= мольN A
Стала Больцмана КДжk2310381 minussdot=
Стала Лошмідта 3250 10692 minussdot= мn
Газова стала КмольДжR sdot= 3148
41
Молярний обrsquoєм ідеального газу
при ну мольмV
330 1041322 minussdot=
Густина деяких речовин
Речов
ина ρsdot10
3 (кгм
3) Речовина ρsdot10
3
(кгм3)
мідь 86 вода 100
залізо 79 гліцерин 126
свине
ць
113 касторове
масло
089
ртуть 136 повітря 000129
Молярні маси деяких речовин
Речовин
а
Молекул
а
micro10- 3
кгмоль Речовина
Молекул
а
micro10-3
кгмоль
Азот N2 28 Гелій Hе 4
Аргон Ar 40 Кисень О2 32
Неон Ne 20 Повітря - 29
Вода H2O 18 Ртуть Hg 201
Водень H2 2 Кухонна
сіль NaCl 58
Вуглекг CO2 44
Нормальні умови
КT 2730 = атмстртммПаp 176010011 50 ==sdot=
Питомі теплоємності для деяких речовин
Сталь КкгДжc sdot= 460
Свинець КкгДжс sdot= 126
Питома теплота плавлення свинцю КкгДж sdotsdot= 410262λ
42
Символи і відносні атомні маси деяких хімічних елементів
H He C N O Cu K Li Na
1 4 12 14 16 64 39 6 23
Деякі параметри води
питома теплота пароутворення при 100degС ndash кгМДжr 262=
питома теплоємність ndash КкгкДжс sdot= 194
питома теплота плавлення при 0degС ndash кгДж510353 sdot=λ
43
Критичні параметри
Елемент КкрT
МПакрp
азот 12
6
34
кисень 15
4
507
Ефективні діаметри молекул
Елем
ент
нмσ
азот 03
0
гелій 02
0
Префікси для утворення кратних одиниць
Префікс Позначення Числове
значення Префікс Позначення
Числове
значення
тера Т T 1012
піко п p 10-12
гіга Г G 109 нано н n 10
-9
мега М M 106 мікро мк micro 10
-6
кіло к k 103 мілі м m 10
-3
Одиниці довжини обrsquoєму тиску концентрації кількості
теплоти коефіцієнта дифузії використані в задачах (в СІ) 333 10111 мдмл minussdot== Нкгс 891 = Джкал 1941 =
мдм 1101 minus= мсм 2101 minus= 363 101 мсм minus= 363 101 мсм =minus
Памкгс 891 2 = ПаабомНсмкгс 242 10891 sdot=
Паммкгс 62 10891 sdot= Паатм 5100111 sdot= (фізична атмосфера)
44
Паат 5109801 sdot= (технічна атмосфера) смссм 101 242 minus=
45
Одиниці в яких вимірюються деякі фізичні величини (в СІ)
Робота енергія ЕА Дж
Кількість теплоти Q Дж
Потужність P або N Джс=Вт
Тиск р Па=Нм2
Молярна маса micro кгмоль
Концентрація п м-3
Теплоємність питома с ДжкгmiddotК
Теплоємність молярна С ДжмольmiddotК
Поверхневий натяг α Нм
Динамічна вrsquoязкість η Паmiddotс=Нmiddotсм2=кгмmiddotс
Коефіцієнт дифузії D м2с
Коефіцієнт теплопровідності κ ВтмmiddotК
Приріст ентропії S∆ ДжК
Сталі Ван-дер-Ваальса а та b Нmiddotм4моль
2 та м
3моль
5Література
1 Загальна фізика за редакцією Ковалець МО Орленка ВФ
Частина1 Інтерактивний комплекс навчально-методичного
забезпечення Рівне 2009
2 Волькенштейн ВС Сборник задач по общему курсу физики- М
ldquoНаукаrdquo1985-1989
3 Иродов ИЕ Задачи по общей физике-МrdquoНаукаrdquo 1982
4 Савельев ИВ Сборник вопросов и задач по общей физике-
МldquoНаукаrdquo1982
5 Чертов АГВоробьев АА Федоров МВ Задачник по физике -М
ldquoВысшая школаrdquo1988
6 Х Кухлинг Справочник по физике-М ldquoМирrdquo1985
9
З таблиць 3310001 мкгsdot=ρ 12310026 minussdot= мольN A
молькг31018 minussdot=micro Тому
328
3
233
103431018
1002610001 minusminus
sdot=sdot
sdotsdotsdot= мn
Масу однієї молекули можна розрахувати використовуючи
співвідношення ANm0=micro
ANm
micro=0
кгm26
23
3
0 1099210026
1018 minusminus
sdot=sdot
sdot=
Нехай на ділянці довжиною 1 м тісно вкладається ряд із z молекул
Тоді в обrsquoємі 1 м3 будуть розміщені 3
z молекул тобто 2810343 sdot
молекули (див вище розраховану концентрацію) Тому
193 28 1022310343 minussdot=sdot= мz
Відповідно діаметр однієї молекули z
d1
=
тобто мd10
910113
10223
1 minussdot=sdot
=
Відповідь 32810343 minussdot= мn кгm26
0 10992 minussdot= мd1010113 minussdot=
Приклад 2 Чому дорівнює густина повітря в посудині якщо вона
відкачана до найвищого розрідження якого можна досягнути
сучасними лабораторними методами 10 11 стртммр minus=
Температура повітря 15ordmС
Розвrsquoязання
Рівняння стану ідеального газу
(Менделєєва-Клапейрона)
RTpV ν=
де micro
νт
= - кількість молей повітря в
посудині
Дано
Па
стртммр
11
11
103133
10
minus
minus
sdot=
==
КTCt 28815 =rArrdeg=
молькгпов
31029 minussdot=micro
КмольДжR sdot= 318
minusρ
10
Домножимо рівняння стану на V
1
Отримаємо для тиску micro
ρRTр =
звідки RT
рmicroρ =
314311
1061288318
1029103133мкгminus
minusminus
sdot=sdot
sdotsdotsdot=ρ
Відповідь 3141061 мкгminussdot=ρ
Приклад 3 Скільки молекул повітря виходить з кімнати обrsquoємом 3120 мV = при підвищенні температури від Ct deg= 151 до Ct deg= 252
Атмосферний тиск нормальний Пар 510011 sdot=
Розвrsquoязання
Вважаємо газ ідеальним Рівняння
Менделєєва-Клапейрона для двох станів
матиме вигляд
=
=
22
11
RTm
pV
RTm
pV
micro
micro
Для кількості молей повітря у двох станах
micro1m
та micro
2m будемо відповідно мати
=
=
2
2
1
1
RT
pVm
RT
pVm
micro
micro
Віднімемо від першого рівняння друге
Тоді кількість молекул AA NTTR
pVN
mmN sdot
minus=sdot
minus=
21
21 11
micromicro
Дано 3120мV =
КTCt 288151 =rArrdeg=
КTCt 298252 =rArrdeg=
молькгпов31029 minussdot=micro
КмольДжR sdot= 318
12310026 minussdot= мольNA
Пар 510011 sdot=
minusN
11
Після перетворення маємо ( )
21
12
TRT
TTpVNN A minus
=
( ) 26235
10298288318
2882981002612010011asymp
sdotsdot
minussdotsdotsdotsdot=N молекул
Відповідь з кімнати вийшло N=1026
молекул
Приклад 4 В балоні обrsquoємом лV 10= знаходиться гелій під
тиском МПаp 011 = при температурі Ct deg= 271 Після того як з
балона було взято гm 10=∆ гелію температура в балоні зменшилася
до Cto172 = Визначити тиск 2p гелію що залишився
Розвrsquoязання
Застосуємо рівняння Менделєєва-Клапейрона до
початкового і кінцевого станів газу
11
1 RTm
Vpmicro
= 22
2 RTm
Vpmicro
=
де 1m та 2m ndash маси газу в обох станах micro ndash молярна
маса Т ndash абсолютна температура R ndash універсальна
газова стала З цих рівнянь маємо
1
11
RT
Vpm
micro=
2
22
RT
Vpm
micro= або
2
2
1
121
RT
Vp
RT
Vpmm
micromicrominus=minus За умовою задачі mmm ∆=minus 21
тому
∆minus=
V
Rm
T
pTp
micro1
122
KT 3001 = KT 2902 = Паp6
1 1001 sdot= кгm21001 minussdot=∆
КмольДжR sdot= 318 молькг31004 minussdot=micro 321001 мVminussdot=
Паp5
23
26
2 106310011004
3181001
300
1001290 sdot=
sdotsdotsdot
sdotsdotminus
sdot=
minusminus
minus
Відповідь p2= Па51063 sdot
Дано
лV 10= He
МПаp 011 =
Ct deg= 271 гm 10=∆
Ct deg=172 2p
12
Приклад 5 Якою має бути кінетична енергія поступального руху
двох кіломолів кисню щоб його молекули могли покинути Землю
Яка при цьому має бути температура Знайти тиск газу за цих умов
якщо його обrsquoєм 10 м3 Газ вважати ідеальним
Розвrsquoязання
Молекула газу може покинути Землю якщо її
швидкість 2υυ ge 2υ ndash друга космічна швидкість
Отже має виконуватися нерівність
( )2
2201 υm
Ек ge (1)
а для заданої кількості газу кінетична енергія
поступального руху молекул 2
22υm
Eк ge
де ( )1кE ndash кінетична енергія поступального руху однієї молекули 0m
ndash маса однієї молекули m ndash маса всього газу Масу газу виразимо
через кількість речовини νmicro=m
Мінімальна кінетична енергія 2
2
2υνmicro=кE
молькг31032 minussdot=micro моль3102 sdot=ν см32 10211 sdot=υ
( )ДжEк
9
2333
10042
102111021032sdot=
sdotsdotsdotsdotsdot=
minus
Температуру газу знайдемо підставивши в (1) вираз ( )kTЕк
2
31 = і
застосувавши звязок молярної маси з масою однієї молекули
ANm0=micro та означення сталої Больцмана AN
Rk = R ndash універсальна
газова стала AN ndash стала Авогадро
Маємо 22
3 22υmicro
ANkT = або
RT
3
22microυ
=
( )КT
5
233
106113183
102111032sdot=
sdot
sdotsdot=
minus
Тиск розрахуємо виходячи з основного рівняння мкт газів
Дано 310мV =
2О кмоль2=ν
2υυ ge
Ек р Т
13
кEpV3
2=
V
Ep к
3
2=
Паp8
9
1072103
10042sdot=
sdot
sdotsdot=
Відповідь ДжEк91004 sdot= КT
510611 sdot= Пар 81072 sdot=
Приклад 6 Визначити густину суміші що містить гm 41 = водню
та гm 322 = кисню при температурі КT 280= і тиску кПаp 93=
Який обrsquoєм займає газ
Розвrsquoязання
Густина газу RT
pcmicroρ =
де cmicro ndash молярна маса R ndash універсальна газова
стала
Молярна маса суміші
sum=
i i
i
cc m
m
micro
micro
де cm ndash маса суміші ( )21 mmmc += im та imicro ndash маса і молярна
маса і-тої компоненти Тепер густина суміші
( )TRmm
pmm 1
2
2
1
1
21
micromicro
ρ+
+=
кгm3
1 104 minussdot= кгm3
2 1032 minussdot= молькг31 102 minussdot=micro
молькг32 1032 minussdot=micro Паp
41039 sdot=
( ) 3
3
3
3
3
433
480280318
1
1032
1032
102
104
10391032104мкг=
sdot
sdot
sdot+
sdot
sdot
sdotsdotsdot+sdot=
minus
minus
minus
minus
minusminus
ρ
Обrsquoєм газу знайдемо виходячи з означення густини
( )ρρ 21 mmmV c +==
( ) 333 01704801032104 мV =sdotsdot+sdot= minusminus
Відповідь 3480 мкг=ρ 30170 мV =
Дано
( )21 H4 гm =
( )22 32 Oгm =
КT 280=
кПаp 93=
ρ V
14
Приклад 7 Знайти середню довжину вільного пробігу молекул
водню при тиску 133 мПа якщо середня арифметична швидкість
молекул υ =103middot103
см
Розвrsquoязання
Середня довжина вільного пробігу
молекул знаходиться за формулою
n2
2
1
πσλ =
З рівняння стану ідеального газуkT
pn =
де AN
Rk = ndash стала Больцмана
Отже p
Тk22πσ
λsdot
=
(1)
де Т ndash температура k ndash стала Больцмана σ - ефективний діаметр
молекули Для знаходження температури врахуємо що середня
арифметична швидкість руху молекул microπ
υRT8
=
Температура R
T8
2υπmicro=
Підставляючи у формулу (1) вираз для температури отримаємо
pNpR
k
A2
2
2
2
2828 σ
υmicro
σ
υmicroλ ==
( )( )
2
21023
233
104413301032100264118
10031102 minus
minus
minus
sdot=sdotsdotsdotsdotsdotsdot
sdotsdotsdot=λ м
Відповідь =λ 44middot10ndash2
м
Приклад 8 Розрахувати молярну теплоємність ідеального газу за
умови що тиск прямо пропорційний до обrsquoєму
Дано
micro = 2middot10ndash3
молькг
р = 133 мПа = 0133
Па
σ = 23middot10ndash10
м
υ = 103middot103 см
NA =602middot1023
мольndash1
КмольДжR sdot= 318
λ
Дано
Vp ~
15
Розвrsquoязання
За означенням dT
QC
ν
δ=
де Qδ ndash елементарна кількість теплоти dT ndash елементарний приріст
температури ν ndash кількість речовини
Перше начало термодинаміки
dUAQ += δδ
де Aδ ndash елементарна робота газу проти зовнішніх сил
dU - елементарний приріст внутрішньої енергії системи
dTRi
dU2
ν=
де i ndash число ступенів вільності молекул R ndash універсальна газова
стала
pdVA =δ
За умовою задачі Vp α= де α ndash деяка стала величина Тиск
запишемо виходячи з рівняння Менделєєва-Клапейрона
V
RTp
ν=
Прирівняємо праві частини останніх двох рівнянь
RTV να =2
і продиференціюємо цю рівність
RdTVdV να =2 або RdTpdV ν=2
Тепер уже можна записати вираз для елементарної роботи
RdTA νδ2
1=
і розрахувати теплоємність
VCRiRR
dT
RdTi
RdT
C +=+=+
=222
22
1
ν
νν
де VC ndash молярна теплоємність при сталому обrsquoємі
Відповідь 2
RCC V +=
C
16
Приклад 9 В циліндрі під поршнем котрий може вільно
переміщуватися знаходиться 10г азоту Яка кількість теплоти 1Q
необхідна для нагрівання азоту від температури KT 2831 = до
температури KT 2982 = Порівняйте цю теплоту з необхідною
теплотою 2Q для нагрівання такої ж кількості газу в тому ж
температурному інтервалі при постійному обrsquoємі а також визначте
зміну внутрішньої енергії і роботу розширення
Розвrsquoязання
Будемо вважати що газ ідеальний У першому
випадку маємо справу з ізобарним процесом тому
TCm
Q p∆=micro
1
де micro ndash молярна маса pC - молярна теплоємність
при сталому тиску 12 TTT minus=∆
У процесі ізохорного нагрівання (другий
випадок)
TCm
Q V ∆=micro
2
Молярні теплоємності
Ri
CV2
= Ri
RCC Vp2
2+=+=
тому
i
i
C
C
V
p 2+=
i
i
Q
Q 2
2
1 +=
Зміну внутрішньої енергії розраховують за формулою
TRim
U ∆=∆2micro
а роботу розширення газу ndash на основі першого закону термодинаміки
( ) Ui
TTRm
TRim
TRim
UQA ∆=minus=∆minus∆+
=∆minus=2
22
2121
micromicromicro
або безпосередньо за формулою
TRm
A ∆=micro
Дано
гm 10=
N2
KT 2831 =
KT 2982 =
а) const=p
б) const=V
2
1
Q
Q U∆ A
17
кгm31010 minussdot= 5=i (двоатомний газ) молькг31028 minussdot=micro
КмольДжR sdot= 318
415
25
2
1 =+
=Q
Q ( ) ДжU 111283298318
2
5
1028
1010
3
3
=minussdotsdot
sdot=∆
minus
minus
ДжА 4441115
2=sdot=
Відповідь 4121 =QQ ДжU 111=∆ ДжА 444=
Приклад 10 В калориметр з водою з загальною
теплоємністю С=1670 ДжК при температурі Ct deg= 201 поклали
гm 1001 = льоду температура якого Ct degminus= 82 Яка встановиться
температура Питома теплота плавлення льоду кгДж 10353 5sdot=λ
питома теплоємність льоду КкгДжс sdotsdot= 31012
Розвrsquoязання В задачах про лід потрібно спочатку
зrsquoясувати чи розтане весь лід якщо про
це не сказано в умові Коли в
калориметр кинули лід вода в ньому
почала охолоджуватися Теплота яка
виділиться при охолодженні
калориметра
( )011 ttCQ minus=
де Ct deg= 00 - температура кристалізації
води або плавлення льоду
Теплота необхідна для нагрівання льоду
до температури плавлення Ct deg= 00
( )202 ttтсQ minus=
Теплотанеобхідна для плавлення льоду
mQ λ=3
Підставимо числові значення ( ) ДжQ 3340002016701 =minus=
( )( ) ДжQ 168080101012 32 =minusminussdotsdotsdot=
ДжQ 33000101033 53 =sdotsdot=
Дано
КДжС 1670=
Ct deg= 201
Сt degminus= 82
кггт 101001 ==
кгДж51033 sdot=λ
КкгДжс sdotsdot= 31012
Ct deg= 00
minust
18
Проаналізуємо отримані результати 21 QQ gt - це означає що лід
нагріється до Cdeg0 але 321 QQQ +lt (33400lt34680 Дж) - це означає
що не весь лід розтане Тому кінцева температура буде
Cdeg0
Відповідь t= Cdeg0
Приклад 11 Треба стиснути повітря від обrsquoєму 32101 мminussdot до
обrsquoєму 33102 мminussdot Як вигідніше його стискувати адіабатно чи
ізотермічно
Розвrsquoязання
Порівняємо роботу при заданих процесах У
випадку адіабатного процесу
TRi
Аад ∆minus=2
ν
де ν ndash кількість речовини i ndash число ступенів
вільності молекули R ndash універсальна газова стала
T∆ ndash приріст температури ( )12 TTT minus=∆
Скористаємося рівнянням Пуассона
const1 =minusγTV
і виразимо зміну температури через зміну обrsquoєму 1
221
11minusminus = γγ
VTVT
або
1
2
112
minus
=
γ
V
VTT або
minus
=∆
minus
1
1
2
11
γ
V
VTT
Врахуємо що показник адіабати i
i 2+=γ
тобто i21 =minusγ Тоді
minus
minus=
minus1
2
11 11
γ
γ
ν
V
VRTАад
У випадку ізотермічного процесу 1
21 ln
V
VRTАіз ν=
Дано 32
1 101 мVminussdot=
332 102 мV
minussdot=
із
ад
А
А
19
Тепер
1
2
1
2
1
ln
1
1
1
V
V
V
V
А
А
із
ад
minus
minus
minus=
γ
γ
Підставимо числові значення для повітря 41=γ
41
101
102ln
102
1011
141
1
3
2
141
3
2
=
sdot
sdot
sdot
sdotminus
minus=
minus
minus
minus
minus
minus
із
ад
А
А
Відповідь вигідніше стискувати ізотермічно
Приклад 12 В циліндрі під поршнем знаходиться водень масою
002 кг при температурі 300 К Водень спочатку розширився
адіабатно збільшивши свій обrsquoєм у 5 разів а потім був стиснутий
ізотермічно до попереднього обrsquoєму Знайти температуру в кінці
адіабатного процесу і роботу виконану газом під час цих процесів
Зобразити процеси графічно
Розвrsquoязання
Температура і обrsquoєм газу в адіабатному
процесі повrsquoязані рівнянням адіабати 1
2
1
1
2
minus
=
γ
V
V
Т
Т (1)
де i
i 2+=γ ndash показник адіабати
Для водню показник адіабати дорівнює
415
25=
+=γ
Згідно формули (1) γminus
=
1
1
212
V
VТТ
Роботу в адіабатному та ізотермічному
процесах знайдемо скориставшись відповідними формулами
Дано
М = 002 кг
micro = 2middot10ndash3
молькг
і = 5
V2 = 5V1
V3 = V1
Т1 = 300 К
КмольДжR sdot= 318
Т2 А1ndash2 А2ndash3
р
V V1 V2
1
Адіабата
Ізотерма 2
3
20
( ) ( )22
211221 ТТRіM
ТТRіM
А minussdot=minussdotminus=minusmicromicro
2
12
2
3232 lnln
V
VRT
M
V
VRT
MА
micromicro==minus
1585300 402 =sdot= minusТ К
4
321 10982)157300(3182
5
102
020sdot=minussdotsdotsdot
sdot=
minusminusА Дж
4
332 10125
1ln157318
102
020sdotminus=sdotsdot
sdot=
minusminusА Дж
Відповідь Т = 158 К А1-2 = 298middot104 Дж А2-3 = ndash21middot10
4 Дж Графік
процесів показано на малюнку
Приклад 13 Нагрівник теплової машини що працює за циклом
Карно має температуру Ct deg= 2001 Визначити температуру 2T
холодильника якщо при надходженні від нагрівника кількості
теплоти ДжQ 011 = машина виконує роботу ДжA 400=
Розвrsquoязання
За означенням ККД теплової машини
1Q
A=η
а для циклу Карно 1
21
T
TT minus=η
Прирівнявши праві частини виписаних співвідношень
Маємо 1
21
1 T
TT
Q
A minus=
Звідки
minus=
112 1
Q
ATT
Підставимо числові значення KT 4731 =
КT 28001
40014732 =
minus=
Дано
Ct deg= 2001 ДжQ 011 =
ДжA 400=
2T
21
Відповідь KT 2802 =
Приклад 14 Знайти витрату бензину автомобіля на S=1 км шляху
при швидкості годкм 60=υ Потужність двигуна 17 кВт ККД
двигуна 30=η питома теплота згоряння бензину q=45middot106 Джкг
Розвrsquoязання
При згорянні палива виділяється теплота
mqQ sdot=
ККД двигуна Q
Aкор=η Отже
qmQAкор ηη == З другої сторони з
врахуванням потужності υ
SNtNА sdot=sdot=
Прирівнявши ці два вирази отримаємо
q
NSm
ηυ=
Підставимо числові значення
кгт 08045middot1071630
1010176
33
asympsdotsdot
sdotsdot=
Відповідь m = 008 кг
Приклад 15 Ідеальний двоатомний газ здійснює цикл який
складається з двох ізотерм і двох ізохор При цьому найбільша
температура газу 500 К найменша ndash 300 К найбільший обrsquoєм 12 л
найменший ndash 3 л Знайти ККД циклу
Розвrsquoязання
Дано
мкмS3101 ==
смгодкм 71660 ==υ
ВтN31017 sdot=
3030 == ηη
кгДжq 1045 6sdot=
minusт
Дано
5=і
КТ 5001 =
КТ 3002 =
22
p 1
4
T1
T2
2
3
V1 V2 V
ККД циклу Q
А=η
де A - робота виконана газом Q - теплота
отримана газом Розглянемо ізопроцеси При
ізотермічних процесах 0=∆U оскільки
температура не змінюється З першого закону
термодинаміки ( AUQ +∆= ) випливає що в
цьому випадку вся отримана газом теплота
йде на виконання роботи AQ =
Для процесу 1rarr2 маємо
01
211121
2
1
2
1
gt==== intintrarrV
VnRT
m
V
dVRT
mpdVAQ
V
V
V
V
lmicromicro
де тиск V
RTт
р1
1 sdot=micro
Для процесу 3rarr4 маємо
01
222243
2
1
1
2
ltminus=minus=== intintrarrV
VnRT
m
V
dVRT
mpdVAQ
V
V
V
V
lmicromicro
- газ віддає
теплоту
Для ізохорних процесів обrsquoєм не змінюється тому 0=А З першого
закону термодинаміки TRmi
UQ ∆=∆=micro2
Для процесу 2rarr3 маємо
( ) ( ) 022
211232 ltminusminus=minus=rarr TTRmi
TTRmi
Qmicromicro
- газ віддає теплоту
Для процесу 4rarr1 маємо ( ) 02
2114 gtminus=rarr TTRmi
Qmicro
Отже газ виконав роботу ( )211
221 TT
V
VnR
mAAA minus=+= l
micro
Газ отримав теплоту ( )
minus+=+= rarrrarr 21
1
211421
2TT
i
V
VnTR
mQQQ l
micro
Тоді ККД цикла
331 1033 млV
minussdot==
332 101212 млV
minussdot==
minusη
23
( )
( )
( )
( )211
21
211
2
211
21
211
2
22TT
i
V
VnT
TTV
Vn
TTi
V
VnTR
m
TTV
VnR
m
Q
А
minus+
minus
=
minus+
minus
==
l
l
l
l
micro
microη
( )
( )23230
3005002
5
103
1012500
300500103
1012
3
3
3
3
=rArr=
minus+sdot
sdotsdot
minussdot
sdot
=
minus
minus
minus
minus
ηη
n
n
l
l
( 386169302224 =sdot== nn ll )
Відповідь 23=η
Приклад 16 Знайти приріст ентропії при перетворенні 1 г води з
температурою 0degС в пару при 100degС
Розвrsquoязання
Зміна ентропії у випадку оборотного
термодинамічного процесу
int=∆B
AT
QS
δ
де Qδ ndash елементарна кількість теплоти T ndash абсолютна
температура A та B ndash формальні позначення
вихідного і кінцевого стану системи
Розібrsquoємо інтеграл у правій частині виписаної формули на два
доданки що відповідають двом процесам заданим в умові
intint +equiv∆+∆=∆B
C
C
AT
Q
T
QSSS
δδ21
де 1S∆ ndash приріст ентропії при нагріванні води від температури 1T до
температури 2T 2S∆ ndash приріст ентропії при випаровуванні ( 2T за
умовою задачі ndash температура кипіння води)
У першому доданку
cmdTQ =δ
де c ndash питома теплоємність води У другому доданку const2 =T а
Дано
гm 1=
OH2 Ct deg= 01
Ct deg= 1002 S∆
24
rmQQ
B
C
==intδ
де r ndash питома теплота пароутворення Маємо
+=+=∆ intint
21
2
2
ln12
1T
r
T
TcmQ
TT
dTcmS
B
C
T
T
δ
КкгДжс sdotsdot= 310194 кгДжr510622 sdot= кгm
3101 minussdot=
КT 2731 = КT 3732 =
КДжS 47373
10622
273
373ln10194101
533 =
sdot+sdotsdot=∆ minus
Відповідь КДжS 47=∆
Приклад 17 105 г азоту ізотермічно розширюються від обrsquoєму
лV 21 = до обrsquoєму лV 52 = Знайти приріст ентропії при цьому
процесі
Розвrsquoязання
При ізотермічному процесі Т=const
отже зміна внутрішньої енергії 0=dU
Тоді з першого закону термодинаміки
маємо AQ δδ =
Елементарна робота з врахуванням виразу
для тиску р з рівняння Менделєєва-
Клапейрона V
dVRT
mрdVА
microδ ==
Зміна ентропії в оборотному термодинамічному процесі int=∆B
AT
QS
δ
В нашому випадку 1
22
1
V
VnR
m
TV
TdVR
m
T
АS
V
V
B
A
lmicromicro
δ===∆ intint
молькг 1028 3minussdot=micro - молярна маса азота
Підставимо числові значення
Дано
кггт 310510510 minussdot==
лV 21 =
лV 52 =
constТ =
minus∆S
25
КДжnS 922
5318
1028
10510
3
3
=sdotsdotsdot
sdot=∆
minus
minus
l
Відповідь КДжS 92=∆
Приклад 18 Два кіломолі триатомного газу адіабатно
розширюються в пустоту від 31 1мV = до 3
2 5мV = Температура газу
при цьому зменшується на 15 К Знайти за цими даними постійну laquoаraquo
з рівняння Ван-дер-Ваальса
Розвrsquoязання
Перше начало термодинаміки для адіабатного
процесу має вигляд dUA minus=δ де А ndash робота газу
проти зовнішніх сил U ndash внутрішня енергія За
умовою задачі зовнішнього тиску немає
(розширення в пустоту)
тому 0== dVpAδ
В підсумку маємо що 0=dU
Зміна внутрішньої енергії має дві складові
dTCVν що не залежить від зміни обrsquoєму та
( )VdU що залежить від обrsquoєму Остання складова
рівна роботі сили міжмолекулярного притягання
котра спричинює додатковий внутрішній тиск
2
20
V
aP ν=
( ) dVV
adVPVdU
2
20 ν==
Повна зміна внутрішньої енергії газу
02
2 =+ dVV
adTCV νν
Дано
моль3102 sdot=ν
6=i 0=Qδ
Паp 0=
31 1 мV =
32 5 мV =
KT 15minus=∆
a
26
Звідки dVCV
adT
V2
νminus=
Проінтегруємо останнє співвідношення
int int
minus=minus=
2
1
2
1
122
11T
T
V
V VV VVC
a
V
dV
C
adT νν
тобто
minus=∆
12
112
VViR
aT ν
оскільки молярна теплоємність при постійному обrsquoємі Ri
CV2
=
(і ndash число ступенів вільності R ndash універсальна газова стала)
Тепер маємо
( )21
21
2 VV
VTViRa
minus
∆=
ν
( )
( ) 2
4
3230
511022
51153186
моль
мНa
sdot=
minussdotsdot
sdotsdotminussdotsdot=
Відповідь 2
4
230моль
мН sdot=α
3 Задачі для самостійного розвrsquoязування
Вказівки до розвrsquoязування задач
1 В задачах на теплоту складають рівняння теплового балансу сума
теплоти що виділяється при певних процесах дорівнює сумі теплоти
що поглинається при інших процесах
2 В задачах про лід потрібно спочатку зrsquoясувати (кількісними
підрахунками) чи розтане весь лід якщо про це не сказано в умові
Якщо розтане не весь лід то кінцева температура дорівнюватиме 0ordmС
31 Молекулярна фізика
27
Рівняння стану ідеального газу
1 Балон місткістю 12 л заповнений азотом при тиску 81МПа і
температурі 17degС Знайти масу азоту (113 кг)
2 Яким може бути найменший обrsquoєм балона що містить 64 кг
кисню якщо його стінка при температурі 20degС витримує тиск
160 кгссм2 (32middot10
1 м
3)
3 До якої температури потрібно нагріти ідеальний газ щоб його
густина зменшилася у два рази порівняно з густиною цього газу
при Ct deg= 00 (Т=2Т0=546 К)
4 5 г азоту що знаходиться в закритій посудині місткістю 4 л при
температурі 20degС нагрівають до температури 40degС Знайти тиск
газу до і після нагрівання (р1=108middot105Па р2=116middot10
5Па)
5 Знайти густину водню при температурі 15degС і тиску 730 мм ртст
( 30810 мкг=ρ )
6 Густина деякого газу при температурі 10degС і тиску 2sdot105Па
дорівнює 034 3мкг Чому дорівнює маса одного кіломоля цього
газу ( молькг3104
minussdot=micro )
7 10 г кисню знаходяться під тиском 3 атм при температурі 10degС
Після розширення внаслідок нагрівання при постійному тиску
кисень зайняв обrsquoєм 10 л Знайти 1) обrsquoєм газу до розширення 2)
густину газу до розширення 3) температуру газу після
розширення 4) густину газу після розширення
( 331 1042)1 мV
minussdot= 2) 31 144 мкг=ρ 3) Т2=1170 К 4) 3
2 1 мкг=ρ )
8 6 г вуглекислого газу ( )2CO і 5 г закису азоту ( )ON2 заповнюють
посудину місткістю 2 дм3 Який загальний тиск у посудині при
температурі 127degС (415middot105Па)
9 Яка кількість речовини є в газовому балоні обrsquoємом 2 л при тиску
1013 МПа і температурі 10degС (86 моль)
10 Балон для газового зварювання місткістю 20 л був заповнений
киснем при температурі 15degС Коли частину кисню витратили
тиск у балоні знизився на 5065 кПа Скільки кисню було
витрачено ( кгm 1350=∆ )
11 Температура повітря в посудині обrsquoємом 5 л становить 27degС його
тиск 2026 МПа Визначити масу повітря яке потрібно випустити з
посудини щоб тиск у ній знизився до 1013 МПа ( кгm 0590=∆ )
28
12 Визначити густину повітря в камері шин автомобіля ВАЗ 2110
якщо тиск у камері 018 МПа (надлишковий) а температура 20degС
( 3353 кгм=ρ )
13 Знайти густину суміші 10-2 кг вуглекислого газу і 15sdot10
- 2 кг азоту
при температурі 300 К і тиску 015 МПа ( 3981 кгм=ρ )
14 Знайти молярну масу суміші що утворилася з 38sdot10-3 кг кисню і
22sdot10-2 кг вуглекислого газу ( кгмоль2104 minussdot=micro )
15 Накреслити графіки ізотермічного ізобарного та ізохорного
процесів в ідеальному газі у системах координат р V p T V T
Порівняти ці графіки
16 На рис1 зображено графік зміни стану ідеального газу в
координатах V T Виразити ці процеси графічно в координатах p V
та p T Назвати ці процеси
17 Зміна стану ідеального газу сталої маси зображена на рис2 В т1
температура газу Т0 Визначити температуру газу в т234
(Т2=3Т0 Т3=6Т0 Т4=2Т0)
18 Який обrsquoєм займає суміш газів ndash азоту масою кгm 11 = і гелію
масою кгm 12 = ndash при нормальних умовах (64 м3)
19 Скільки молекул міститься в 1 г водяної пари (33sdot1022
)
20 Скільки молекул буде знаходитися в 1 см3 посудини при 10degС
якщо посудину підкачано до ртстммp11101 minussdot= (34sdot10
5)
21 У балоні місткістю лV 3= знаходиться кисень масою 4 г
Визначити кількість речовини ν газу і концентрацію n його
молекул (ν =0125 моль n=251sdot1025м
-3)
Рис 1 Рис 2
29
22 У балоні було 10 кг газу при тиску 10 МПа Знайти яку масу газу
взяли з балона якщо тиск став рівним 25 МПа Температуру
вважати постійною (75 кг)
23 Балони місткістю лV 201 = і лV 442 = заповнені газом Тиск у
першому балоні МПаp 421 = у другому ndash МПаp 612 =
Визначити загальний тиск p після сполучення балонів якщо
температура газу залишилася попередньою (076 МПа)
24 Газ в кількості m=16 г при тиску р=106 Нм
2 і температурі t=112degС
займає обrsquoєм V=1600 см3 Визначити який це газ (кисень)
25 При якому тиску р густина ρ газоподібного азоту що має
температуру t= - 73degС складає 04 густини води кімнатної
температури 33
010 кгмρ = ( 271042 Нмр sdot= )
26 Відкрита посудина нагріта до температури t2=450degС Яка частина
маси повітря залишилась в ній в порівнянні з тією кількістю яка
була при t1=27degС Розширенням посудини знехтувати
(m2m1=0415)
27 10 г кисню знаходяться під тиском 0303 мкПа при температурі
10degС Після розширення внаслідок нагрівання при постійному
тиску кисень зайняв обrsquoєм 10 л Знайти обrsquoєм газу до розширення і
температуру газу після розширення (V1=24sdot10-3 м
3 Т2=118sdot10
3 К)
28 Скільки молекул повітря буде знаходитись в 1 см3 посудині при
10degС якщо повітря в посудині відкачане до тиску 133 мкПа
(34sdot108)
29 У 1 кг сухого повітря знаходиться m1=232 г кисню і m2=768 г
азоту Знайти відносну молярну масу повітря (microсм=288 кгмоль
microвідн=288 кгмоль)
30 У скільки разів вага повітря взимку (7 0
С) більша за його вагу
влітку (37 0 С) Тиск однаковий (11 рази)
31 У відкритій посудині при Ct0
1 20= є повітря гm 1501 = На яку
величину m∆ зменшиться маса повітря в посудині при нагріванні
її до Ct0
1 100= Зміною розмірів посудини при нагріванні
знехтувати ( m∆ =322 г)
32 У посудині знаходиться суміш 10 г вуглекислого газу і 15 г азоту
Знайти густину цієї суміші при температурі 27 0
С і тиску
15sdot10 5 Па ( 3981 мкг=ρ )
33 Знайти масу атома 1)водню 2) гелію
30
( )(10656)(10671 2727 геліюкгmводнюкгmminusminus sdot=sdot= )
34 Визначити концентрацію n молекул ідеального газу при
температурі Т= 300 К і тиску р =1 МПа ( n=224sdot10 17 м
-3)
Основне рівняння молекулярно-кінетичної теорії газів
швидкості молекул
35 Тиск p газу дорівнює 1 мПа концентрація n його молекул рівна
310101 minussdot см Визначити 1) температуру Т газу 2) середню
кінетичну енергію ( )1кЕ поступального руху молекули
( 1) Т=725 кК 2) ( )1кЕ =15sdot10
-19 Дж)
36 Молекула кисню при нормальних умовах рухається зі швидкістю
425 мс Визначити кінетичну енергію молекули
( ( )1кЕ =48sdot10
-21Дж)
37 Визначити кінетичну енергію поступального руху молекули
аміаку а також повну кінетичну енергію молекул одного моля
аміаку при температурі 373 К ( ( )1кЕ =773sdot10
-21Дж Еk=932 Дж)
38 Визначити сумарну кінетичну енергію теплового руху всіх
молекул кисню (О2) що займають обrsquoєм V=55sdot10-3 м
3 при тиску
р=2026 кПа (Еk=279 кДж)
39 Густина деякого газу 3060 мкгρ = середня квадратична
швидкість його молекул смкв 500=υ Знайти тиск газу на стінки
посудини (5 кПа)
40 Газ займає обrsquoєм лV 1= під тиском атмр 2= Визначити
кінетичну енергію kE поступального руху всіх молекул в даному
обrsquoємі (03 кДж)
41 Кількість речовини деякого газу моль51=ν температура
КТ 120= Визначити кінетичну енергію kE поступального руху
всіх молекул цього газу (73 кДж)
31
42 При якій температурі середня кінетична енергія ( )1кЕ
поступального руху молекули газу рівна Дж2110144 minussdot
(200 К)
43 Посудина зі внутрішнім обrsquoємом лV 4= містить гm 60=
деякого газу під тиском атмр 2= Визначити середню
квадратичну швидкість молекул газу (2 103
см )
43 Середня квадратична швидкість руху молекул деякого газу що
перебуває під тиском 50 кПа дорівнює 449 мс Визначити
густину газу при цих умовах ( 37440 мкг=ρ )
44 При якій температурі середня квадратична швидкість молекул
кисню дорівнює швидкості молекул азоту при температурі 373 К
(Т = 426 К)
46 Знайти середню арифметичну швидкість молекул газу коли
відомо що середня квадратична швидкість 400 мс
( см370=υ )
47 Знайти найбільш імовірну та середню арифметичну швидкості
молекул газу густина якого при тиску 40 кПа дорівнює 03 кгм3
( імυ = 5164 мс υ = 6324 мс)
48 Знайти середню квадратичну швидкість молекул повітря при
температурі 17deg С Повітря вважати однорідним газом з молярною
масою 29sdot10-3 кгмоль ( 500=квυ мс)
49 Визначити середню квадратичну швидкість квυ молекул газу
масою гm 30= що знаходиться в посудині місткістю лV 2= під
тиском кПаp 200= (2sdot10 3 мс)
50 Знайти відношення середніх квадратичних швидкостей молекул
гелію та азоту при однакових температурах (265)
51 Знайти середню квадратичну квυ середню арифметичну υ та
найімовірнішу імυ швидкості молекул водню Обчислення
виконати для трьох значень температури 1) КТ 20=
2) КТ 300= 3) КТ 5000= ( 1) 500 мс 462мс 407 мс
2) 194 кмс 179 кмс 158 кмс 3) 790 кмс 730 кмс 648 кмс)
52 При якій температурі Т середня квадратична швидкість атомів
гелію буде дорівнювати другій космічній швидкості
скм2112 =υ (201 кК)
32
53 Знайти середню арифметичну швидкість υ молекул газу якщо їх
середня квадратична швидкість скмкв 1=υ (092 кмс)
54 Кінетична енергія поступального руху молекул азоту що
знаходиться в обrsquoємі 20 дм3 дорівнює 5 кДж а середня
квадратична швидкість його молекул рівна 2 кмс Знайти 1) масу
азоту в балоні 2) тиск під яким знаходиться азот
( 1) т=25sdot103 кг 2) р=167sdot10
5 Па)
55 Посудина що містить деяку масу одноатомного газу рухається зі
швидкістю u На скільки збільшиться середній квадрат швидкості
теплового руху молекул при зупинці посудини Теплоємність
теплопровідність і маса стінок посудини зникаюче малі
56 Обчислити кількість теплоти що необхідна для нагрівання повітря
від Т1= 273 К до Т2= 303 К при сталому тиску якщо спочатку воно
перебувало при нормальному тиску р1 і мало обrsquoєм V1=50 м3
(∆Q=1948 кДж)
57 Яка кількість теплоти необхідна для нагрівання одного моля
одноатомного газу на 1 К при сталому обrsquoємі (∆Q=124 кДж)
58 Балон місткістю 2sdot10-2
м3 з киснем що має тиск 1013 МПа і
температуру 280 К нагрівають до 300 К Яку кількість теплоти
дістає при цьому газ (∆Q=35 кДж)
59 Визначити кількість теплоти (∆Q) що необхідна для нагрівання
повітря від Т1= 273 К до Т2=298 К при сталому обrsquoємі V1=30 м3
якщо початковий тиск повітря р1 був нормальний
(∆Q=6957 кДж)
32 Термодинаміка Реальні гази
Внутрішня енергія робота розширення газу
перше начало термодинаміки
60 Чому дорівнює енергія теплового руху молекул двоатомного газу
що знаходиться в посудині місткістю 2 л під тиском 015 МПа
(U=750 Дж)
61 10 г кисню знаходяться під тиском 03 МПа при температурі 10degС
Після нагрівання при постійному тиску газ зайняв обrsquoєм 10 л
Знайти 1) кількість теплоти одержаної газом 2) зміну
33
внутрішньої енергії газу 3) роботу виконану газом при
розширенні ( 1) 792sdot103Дж 2) 5660 Дж 3) 226sdot10
3 Дж)
62 2 кмолі вуглекислого газу нагріваються при постійному тиску на
50degС Знайти 1) зміну його внутрішньої енергії 2) роботу
розширення 3) кількість теплоти наданої газу
( 1) 2500 Дж 2) 830 кДж 3) 3300 кДж)
63 Газ що займав обrsquoєм 5 л і знаходився під тиском 02 МПа при
температурі 17degС було нагріто внаслідок чого він ізобарно
розширився Робота розширення газу при цьому виявилася рівною
196 Дж Наскільки нагріто газ (57 К)
64 При ізотермічному розширенні 10 г азоту що знаходиться при
температурі 17degС було виконано роботу 860 Дж У скільки разів
змінився тиск азоту при розширенні (272)
65 1л гелію котрий знаходиться при нормальних умовах ізотермічно
розширюється за рахунок одержаної ззовні теплоти до обrsquoєму 2 л
Знайти 1) роботу виконану газом при розширенні 2) кількість
наданої газу теплоти ( 1) 70 Дж 2) 70 Дж )
66 1 кг двоатомного газу знаходиться під тиском 80 кПа і має
густину 34 мкг=ρ Знайти енергію теплового руху молекул газу
при цих умовах (5sdot104Дж)
67 У посудину в котрій міститься 28 л води при температурі 20degС
вкинули нагрітий до 460degС кусок сталі що має масу 3кг Від цього
вода в посудині нагрілася до 60degС а частина її перетворилася в
пару Визначити масу води котра випарувалася Теплоємністю
посудини знехтувати
68 Знайти для кисню відношення питомої теплоємності при сталому
тиску до питомої теплоємності при постійному обrsquoємі (14)
69 1 кмоль азоту який знаходився при нормальних умовах
розширюється адіабатно від обrsquoєму 1V до обrsquoєму 12 5VV =
Знайти1) зміну внутрішньої енергії газу 2) роботу виконану при
розширенні ( 1) 269 sdot10 6 Дж 2) 269 sdot10
6 Дж)
70 Повітря що при нормальному атмосферному тиску зайняло обrsquoєм
2sdot10-2
м3 адіабатно стискується до обrsquoєму 2sdot10
-3 м
3 Визначити
тиск повітря після стискання (р=254 МПа)
71 Знайти питомі теплоємності азоту та їхні відношення при сталому
обrsquoємі та сталому тиску ( КкДжкгcV sdot= 7420
КкгкДжcp sdot= 041 )
34
72 Знаючи молярну масу газу ( кгмольmicro 31044 minussdot= ) і відношення
питомих теплоємностей (γ=133) обчислити молярні теплоємності
Ср і СV ( СV=0566 кДжкгsdotК Ср=0754 кДжкгsdotК)
Теплоємність адіабатний процес
73 Різниця питомих теплоємностей Vp cc minus деякого двоатомного газу
дорівнює 260 Джкг К Знайти молярну масу micro газу і його питомі
теплоємності pc та cV
( micro=0032 молькг cV=650 ДжкгmiddotК pc =910 ДжкгmiddotК)
74 Молярна маса деякого газу мольг30=micro відношення
41=Vp cc Знайти питомі теплоємності pc і сV цього газу
( сV=693 ДжкгmiddotК pc =910 ДжкгsdotК )
75 До якої температури охолодиться повітря що знаходиться при
температурі 0degС якщо воно розширюється адіабатно від обrsquoєму 1V
до обrsquoєму 12 2VV = (207 К)
76 Газ розширюється адіабатно при цьому обrsquoєм його збільшується
вдвічі а температура падає в 132 рази Яке число ступенів
вільності мають молекули цього газу (5)
77 Чому дорівнюють питомі теплоємності pc і сV деякого
двоатомного газу якщо густина цього газу при нормальних
умовах дорівнює 143 кгм3 (сV=650 ДжкгmiddotК pc =910 ДжкгmiddotК)
78 Двоатомний газ займає обrsquoєм лV 501 = при тиску атмp 501 =
Газ стискується адіабатно до деякого обrsquoєму 2V і тиску 2p а
потім при постійному обrsquoємі 2V охолоджується до початкової
температури При цьому тиск його стає рівним атмp 10 =
Зобразити описаний процес графічно знайти обrsquoєм 2V і тиск 2p
(025 л 132 атм)
79 Газ розширюється адіабатно так що його тиск спадає від 2 атм
до 1 атм Потім він нагрівається при постійному обrsquoємі до
початкової температури причому його тиск зростає до 122 атм
35
Зобразити описаний процес графічно і визначити відношення
Vp cc газу (14)
Цикл Карно ентропія
80 Ідеальна теплова машина що працює за циклом Карно отримує за
кожний цикл від нагрівника 600 кал теплоти Температура
нагрівника 400 К температура холодильника 300 К Знайти
роботу що виконує машина за один цикл і кількість теплоти
котра віддається холодильнику за один цикл
( А=630 Дж Q2=1880 Дж)
81 Ідеальна теплова машина що працює за циклом Карно 23
теплоти одержаної від нагрівника передає холодильнику з
температурою 10degС Визначити температуру нагрівника (4245 К)
82 Ідеальна теплова машина працює за циклом Карно При цьому
80 теплоти одержаної від нагрівника передається
холодильнику Від нагрівника надходить за цикл 15 ккал теплоти
Знайти 1) ККД циклу 2) роботу виконану за цикл
( 1) 20 2) 126sdot103Дж)
83 Ідеальна теплова машина що працює за циклом Карно виконує
за один цикл роботу 735sdot 10 4 Дж Температура нагрівника 100
0 С
температура холодильника 00 С Знайти1) ККД машини
2) кількість теплоти одержаної машиною за один цикл від
нагрівника 3) кількість теплоти яка віддається за один цикл
холодильнику ( 1) 268 2) 274 sdot10 4 Дж 3) 126 sdot10
4 Дж)
84 Ідеальна теплова машина отримує від нагрівника температура
якого 500 К за один цикл 3360 Дж теплоти Знайти кількість
теплоти що передається за один цикл холодильнику температура
якого 400 К Знайти роботу машини за один цикл
(Q2= 2688 Дж А= 672 Дж)
85 Ідеальна теплова машина що працює за циклом Карно має
температуру нагрівника 600 К а холодильника 500 К У скільки
разів потрібно збільшити абсолютну температуру нагрівника щоб
ККД машини збільшився вдвічі (в 125)
86 Визначити ККД циклу і температуру нагрівника теплової
машини яка працює за циклом Карно якщо за рахунок 2 кДж
теплоти одержаної від нагрівника вона виконує роботу 400 Дж
Температура холодильника 480 К (20 600 К)
36
87 Знайти зміну ентропії при ізотермічному розширенні 6 г водню зі
зменшенням тиску від 01 МПа до 50 кПа (173 ДжК)
88 105 г азоту ізотермічно розширюються від обrsquoєму лV 21 = до
обrsquoєму лV 52 = Знайти приріст ентропії в цьому процесі
(29 ДжК)
89 10 г кисню нагріваються від Ct deg= 501 до Ct deg= 1502 Знайти зміну
ентропії якщо нагрівання відбувається 1) ізохорно 2) ізобарно
( 1) 176 ДжК 2) 246 ДжК )
90 У циклі Карно робочим тілом є двоатомний газ Визначити ККД
циклу якщо при адіабатичному розширенні обrsquoєм газу збільшився
від 80 до 102 дм3 (01 або 10)
91 05 кг розплавленого свинцю при температурі плавлення влили в
лід при 0degС Частина льоду розплавилася Знайти зміну ентропії
(50 ДжК)
Реальні гази явища перенесення
92 Знайти критичний молярний обrsquoєм азоту
93 Розрахувати густину кисню у критичному стані
94 Знайти середню довжину вільного пробігу атомів гелію в умовах
коли густина гелію 321 мг=ρ (18sdot10-6 м)
95 Знайти середню довжину вільного пробігу атомів азоту при
температурі 17 0 С і тиску 10
4 Па ( м610 minus=λ )
96 Знайти залежність середнього числа зіткнень молекул z ідеального
газу від тиску р в наступних процесах 1) ізохорному
2)ізотермічному Зобразити ці залежності на графіках
( pzpz asympasymp )2)1 )
97 У посудині знаходиться вуглекислий газ густина якого 321012 мкгminussdot=ρ середня довжина вільного пробігу його
молекул при цих умовах дорівнює см61097 minussdot=λ Знайти
діаметр молекул вуглекислого газу ( d =35sdot 10 -10
м )
37
98 Знайти діаметр молекули кисню якщо відомо що для кисню
коефіцієнт внутрішнього тертя при 0ordm С дорівнює
сПа sdotsdot= minus610818η ( d = 3middot10
-10 м)
99 Знайти динамічну вrsquoязкість азоту при нормальних умовах якщо
коефіцієнт дифузії для нього при цих умовах дорівнює
сcм21420 (η = 178sdot10-5 Паsdotс)
100 Знайти коефіцієнт теплопровідності водню якщо його
динамічна вrsquoязкість при таких самих умовах рівна смкПа sdot68
(0090 ВтмmiddotК)
101 Коефіцієнт дифузії і динамічної вrsquoязкість кисню дорівнюють
см2510221
minussdot та сПа sdotsdot= minus510951η відповідно Знайти при
цих умовах 1) густину кисню 2) середню довжину вільного
пробігу його молекул і 3) середню арифметичну швидкість його
молекул ( 1) 16 кгм3 2) 835sdot10
-8 м 3) 440 мс)
102 Знайти залежність коефіцієнта теплопровідності κ газу від
температури Т в умовах ізобарного та ізохорного процесів
Зобразити ці залежності графічно (1 κ~ Т 2 κ~ Т )
103 Зайти коефіцієнт дифузії при нормальних умовах 1)гелію
2)кисню ( 1) сcм2720 2) сcм2180 )
104 Коефіцієнт дифузії D кисню при температурі t=0ordmС дорівнює
019 см2с Визначити середню довжину вільного пробігу λ
молекул кисню ( λ =135 нм)
105 Визначити залежність коефіцієнта дифузії D ідеального газу від
температури при наступних процесах 1)ізобарному
2)ізохорному ( 1) D~ 3Т 2) D~ Т )
106 Визначити залежність динамічної вrsquoязкості η від температури Т
при наступних процесах 1)ізобарному 2) ізохорному Зобразити
ці залежності на графіках ( 1) η ~ Т 2) η ~ Т )
107 Знайти коефіцієнт дифузії та коефіцієнт внутрішнього тертя
повітря при тиску 760 мм рт ст і температурі 10ordmС Діаметр
молекули повітря прийняти 3middot10-1 м
(148middot10-5 м
2с 185middot10
- 5 Паsdotс)
108 У скільки разів коефіцієнт внутрішнього тертя кисню більший за
коефіцієнт внутрішнього тертя азоту Температура газів
однакова (107)
38
109 Знайти коефіцієнт теплопровідності повітря при температурі
10ordmС і тиску 105 Па Діаметр молекули повітря прийняти рівним
3middot10-8 см (132middot10
-3 ВтмmiddotК)
110 Знайти залежність коефіцієнта теплопровідностіκ від тиску р
при наступних процесах 1)ізотермічному 2)ізохоричному
Зобразити ці залежності на графіках
( 1) Не залежить 2) κ ~ р )
Таблиця для самостійної роботи
Варіанти
завдань
Номери задач
1 1 11 35 45 60 73 85 97
2 2 12 36 46 61 74 86 98
3 3 13 37 47 62 75 87 99
4 4 14 38 48 63 76 88 100
5 5 15 39 49 64 77 89 103
6 6 16 40 50 65 80 92 104
7 7 17 41 51 66 81 93 105
8 8 18 42 52 67 82 94 106
9 9 19 43 53 68 83 95 107
10 10 20 44 54 69 84 96 108
Задачі для усного розвrsquoязування
111 Під час накачування повітря в гумову камеру одночасно
збільшується його обrsquoєм і тиск Чи не суперечить це закону Бойля -
Маріотта
112 Чому влітку шини коліс автомобілів накачують повітрям до
меншого тиску ніж взимку
113 Якої форми необхідно взяти посудину щоб сила тиску на дно
дорівнювала вазі рідини Була більша Менша ваги рідини
39
114 У посудині наповненій до краю водою плаває кусок льоду Чи
виллється вода з посудини коли лід розтане
115 Дві кульки ndash мідна та алюмінієва зрівноважені на пружинних
терезах Чи порушиться рівновага терезів якщо кульки упустити у
воду
116 Чи можна перелити воду з однієї склянки в іншу знаходячись в
кабіні штучного супутника Землі
117 Повітря складається з азоту кисню та інших газів Чи однакова
кінетична енергія поступального руху молекул цих газів при даній
температурі
118 Якими способами можна змінити внутрішню енергію тіла
119 В якому випадку зміна тиску газу буде більшою при адіабатній
чи ізотермічній зміні обrsquoєму
120 Чому ізотермічне розширення газу відбувається тільки внаслідок
підведення до нього деякої кількості теплоти
121 Чому в дизелі нема потреби запалювати пальну суміш
електричною іскрою як це робиться в інших двигунах
122 Під час роботи пневматичний молот що працює за рахунок
енергії стиснутого повітря зовні обмерзає Яка причина охолодження
123 Після сильного шторму вода в морі стає теплішою Чому
124 Деяку масу ідеального газу нагрівають на однакову кількість
градусів один раз при сталому тиску а другий раз при сталому обrsquoємі
В якому випадку потрібна більша кількість теплоти Чому
125 Чому вода на дні океану залишається холодною в той час як по
мірі просування в глибину Землі на кожні 100 м температура
збільшується приблизно на 3deg
40
126 Чи може теплова машина мати ККД=100 якщо працюватиме за
ідеальним циклом
127 Чи можна створити умови за яких внутрішня енергія переходила
б від тіл з нижчою температурою до тіл з вищою температурою
128 Чи охолоне повітря в кімнаті якщо відчинити двері домашнього
холодильника ввімкнутого в мережу
129 Чому температура пари яка надходить у парову турбіну нижча
за температуру пари що виходить з неї
130 Накреслити криві ізобарного ізохорного ізотермічного процесів
на діаграмах залежності V T P T P V
131 Як пояснити утворення роси і туману
132 Коли і чому на дроті лінії електропередач зrsquoявляється іній
133 Обrsquoєм посудини в якій міститься насичена пара ізотермічно
збільшили в 5 разів Що сталося з тиском пари
134 Чому туман зrsquoявляється в вечірній час а зранку зникає
135 Чому після дощу стає холодніше Пояснити це явище
4 Довідкові дані
Фундаментальні фізичні сталі
Гравітаційна стала 221110676 кгмНG sdotsdot= minus
Прискорення вільного падіння 2см819=g
Стала Авогадро 12310026 minussdot= мольN A
Стала Больцмана КДжk2310381 minussdot=
Стала Лошмідта 3250 10692 minussdot= мn
Газова стала КмольДжR sdot= 3148
41
Молярний обrsquoєм ідеального газу
при ну мольмV
330 1041322 minussdot=
Густина деяких речовин
Речов
ина ρsdot10
3 (кгм
3) Речовина ρsdot10
3
(кгм3)
мідь 86 вода 100
залізо 79 гліцерин 126
свине
ць
113 касторове
масло
089
ртуть 136 повітря 000129
Молярні маси деяких речовин
Речовин
а
Молекул
а
micro10- 3
кгмоль Речовина
Молекул
а
micro10-3
кгмоль
Азот N2 28 Гелій Hе 4
Аргон Ar 40 Кисень О2 32
Неон Ne 20 Повітря - 29
Вода H2O 18 Ртуть Hg 201
Водень H2 2 Кухонна
сіль NaCl 58
Вуглекг CO2 44
Нормальні умови
КT 2730 = атмстртммПаp 176010011 50 ==sdot=
Питомі теплоємності для деяких речовин
Сталь КкгДжc sdot= 460
Свинець КкгДжс sdot= 126
Питома теплота плавлення свинцю КкгДж sdotsdot= 410262λ
42
Символи і відносні атомні маси деяких хімічних елементів
H He C N O Cu K Li Na
1 4 12 14 16 64 39 6 23
Деякі параметри води
питома теплота пароутворення при 100degС ndash кгМДжr 262=
питома теплоємність ndash КкгкДжс sdot= 194
питома теплота плавлення при 0degС ndash кгДж510353 sdot=λ
43
Критичні параметри
Елемент КкрT
МПакрp
азот 12
6
34
кисень 15
4
507
Ефективні діаметри молекул
Елем
ент
нмσ
азот 03
0
гелій 02
0
Префікси для утворення кратних одиниць
Префікс Позначення Числове
значення Префікс Позначення
Числове
значення
тера Т T 1012
піко п p 10-12
гіга Г G 109 нано н n 10
-9
мега М M 106 мікро мк micro 10
-6
кіло к k 103 мілі м m 10
-3
Одиниці довжини обrsquoєму тиску концентрації кількості
теплоти коефіцієнта дифузії використані в задачах (в СІ) 333 10111 мдмл minussdot== Нкгс 891 = Джкал 1941 =
мдм 1101 minus= мсм 2101 minus= 363 101 мсм minus= 363 101 мсм =minus
Памкгс 891 2 = ПаабомНсмкгс 242 10891 sdot=
Паммкгс 62 10891 sdot= Паатм 5100111 sdot= (фізична атмосфера)
44
Паат 5109801 sdot= (технічна атмосфера) смссм 101 242 minus=
45
Одиниці в яких вимірюються деякі фізичні величини (в СІ)
Робота енергія ЕА Дж
Кількість теплоти Q Дж
Потужність P або N Джс=Вт
Тиск р Па=Нм2
Молярна маса micro кгмоль
Концентрація п м-3
Теплоємність питома с ДжкгmiddotК
Теплоємність молярна С ДжмольmiddotК
Поверхневий натяг α Нм
Динамічна вrsquoязкість η Паmiddotс=Нmiddotсм2=кгмmiddotс
Коефіцієнт дифузії D м2с
Коефіцієнт теплопровідності κ ВтмmiddotК
Приріст ентропії S∆ ДжК
Сталі Ван-дер-Ваальса а та b Нmiddotм4моль
2 та м
3моль
5Література
1 Загальна фізика за редакцією Ковалець МО Орленка ВФ
Частина1 Інтерактивний комплекс навчально-методичного
забезпечення Рівне 2009
2 Волькенштейн ВС Сборник задач по общему курсу физики- М
ldquoНаукаrdquo1985-1989
3 Иродов ИЕ Задачи по общей физике-МrdquoНаукаrdquo 1982
4 Савельев ИВ Сборник вопросов и задач по общей физике-
МldquoНаукаrdquo1982
5 Чертов АГВоробьев АА Федоров МВ Задачник по физике -М
ldquoВысшая школаrdquo1988
6 Х Кухлинг Справочник по физике-М ldquoМирrdquo1985
10
Домножимо рівняння стану на V
1
Отримаємо для тиску micro
ρRTр =
звідки RT
рmicroρ =
314311
1061288318
1029103133мкгminus
minusminus
sdot=sdot
sdotsdotsdot=ρ
Відповідь 3141061 мкгminussdot=ρ
Приклад 3 Скільки молекул повітря виходить з кімнати обrsquoємом 3120 мV = при підвищенні температури від Ct deg= 151 до Ct deg= 252
Атмосферний тиск нормальний Пар 510011 sdot=
Розвrsquoязання
Вважаємо газ ідеальним Рівняння
Менделєєва-Клапейрона для двох станів
матиме вигляд
=
=
22
11
RTm
pV
RTm
pV
micro
micro
Для кількості молей повітря у двох станах
micro1m
та micro
2m будемо відповідно мати
=
=
2
2
1
1
RT
pVm
RT
pVm
micro
micro
Віднімемо від першого рівняння друге
Тоді кількість молекул AA NTTR
pVN
mmN sdot
minus=sdot
minus=
21
21 11
micromicro
Дано 3120мV =
КTCt 288151 =rArrdeg=
КTCt 298252 =rArrdeg=
молькгпов31029 minussdot=micro
КмольДжR sdot= 318
12310026 minussdot= мольNA
Пар 510011 sdot=
minusN
11
Після перетворення маємо ( )
21
12
TRT
TTpVNN A minus
=
( ) 26235
10298288318
2882981002612010011asymp
sdotsdot
minussdotsdotsdotsdot=N молекул
Відповідь з кімнати вийшло N=1026
молекул
Приклад 4 В балоні обrsquoємом лV 10= знаходиться гелій під
тиском МПаp 011 = при температурі Ct deg= 271 Після того як з
балона було взято гm 10=∆ гелію температура в балоні зменшилася
до Cto172 = Визначити тиск 2p гелію що залишився
Розвrsquoязання
Застосуємо рівняння Менделєєва-Клапейрона до
початкового і кінцевого станів газу
11
1 RTm
Vpmicro
= 22
2 RTm
Vpmicro
=
де 1m та 2m ndash маси газу в обох станах micro ndash молярна
маса Т ndash абсолютна температура R ndash універсальна
газова стала З цих рівнянь маємо
1
11
RT
Vpm
micro=
2
22
RT
Vpm
micro= або
2
2
1
121
RT
Vp
RT
Vpmm
micromicrominus=minus За умовою задачі mmm ∆=minus 21
тому
∆minus=
V
Rm
T
pTp
micro1
122
KT 3001 = KT 2902 = Паp6
1 1001 sdot= кгm21001 minussdot=∆
КмольДжR sdot= 318 молькг31004 minussdot=micro 321001 мVminussdot=
Паp5
23
26
2 106310011004
3181001
300
1001290 sdot=
sdotsdotsdot
sdotsdotminus
sdot=
minusminus
minus
Відповідь p2= Па51063 sdot
Дано
лV 10= He
МПаp 011 =
Ct deg= 271 гm 10=∆
Ct deg=172 2p
12
Приклад 5 Якою має бути кінетична енергія поступального руху
двох кіломолів кисню щоб його молекули могли покинути Землю
Яка при цьому має бути температура Знайти тиск газу за цих умов
якщо його обrsquoєм 10 м3 Газ вважати ідеальним
Розвrsquoязання
Молекула газу може покинути Землю якщо її
швидкість 2υυ ge 2υ ndash друга космічна швидкість
Отже має виконуватися нерівність
( )2
2201 υm
Ек ge (1)
а для заданої кількості газу кінетична енергія
поступального руху молекул 2
22υm
Eк ge
де ( )1кE ndash кінетична енергія поступального руху однієї молекули 0m
ndash маса однієї молекули m ndash маса всього газу Масу газу виразимо
через кількість речовини νmicro=m
Мінімальна кінетична енергія 2
2
2υνmicro=кE
молькг31032 minussdot=micro моль3102 sdot=ν см32 10211 sdot=υ
( )ДжEк
9
2333
10042
102111021032sdot=
sdotsdotsdotsdotsdot=
minus
Температуру газу знайдемо підставивши в (1) вираз ( )kTЕк
2
31 = і
застосувавши звязок молярної маси з масою однієї молекули
ANm0=micro та означення сталої Больцмана AN
Rk = R ndash універсальна
газова стала AN ndash стала Авогадро
Маємо 22
3 22υmicro
ANkT = або
RT
3
22microυ
=
( )КT
5
233
106113183
102111032sdot=
sdot
sdotsdot=
minus
Тиск розрахуємо виходячи з основного рівняння мкт газів
Дано 310мV =
2О кмоль2=ν
2υυ ge
Ек р Т
13
кEpV3
2=
V
Ep к
3
2=
Паp8
9
1072103
10042sdot=
sdot
sdotsdot=
Відповідь ДжEк91004 sdot= КT
510611 sdot= Пар 81072 sdot=
Приклад 6 Визначити густину суміші що містить гm 41 = водню
та гm 322 = кисню при температурі КT 280= і тиску кПаp 93=
Який обrsquoєм займає газ
Розвrsquoязання
Густина газу RT
pcmicroρ =
де cmicro ndash молярна маса R ndash універсальна газова
стала
Молярна маса суміші
sum=
i i
i
cc m
m
micro
micro
де cm ndash маса суміші ( )21 mmmc += im та imicro ndash маса і молярна
маса і-тої компоненти Тепер густина суміші
( )TRmm
pmm 1
2
2
1
1
21
micromicro
ρ+
+=
кгm3
1 104 minussdot= кгm3
2 1032 minussdot= молькг31 102 minussdot=micro
молькг32 1032 minussdot=micro Паp
41039 sdot=
( ) 3
3
3
3
3
433
480280318
1
1032
1032
102
104
10391032104мкг=
sdot
sdot
sdot+
sdot
sdot
sdotsdotsdot+sdot=
minus
minus
minus
minus
minusminus
ρ
Обrsquoєм газу знайдемо виходячи з означення густини
( )ρρ 21 mmmV c +==
( ) 333 01704801032104 мV =sdotsdot+sdot= minusminus
Відповідь 3480 мкг=ρ 30170 мV =
Дано
( )21 H4 гm =
( )22 32 Oгm =
КT 280=
кПаp 93=
ρ V
14
Приклад 7 Знайти середню довжину вільного пробігу молекул
водню при тиску 133 мПа якщо середня арифметична швидкість
молекул υ =103middot103
см
Розвrsquoязання
Середня довжина вільного пробігу
молекул знаходиться за формулою
n2
2
1
πσλ =
З рівняння стану ідеального газуkT
pn =
де AN
Rk = ndash стала Больцмана
Отже p
Тk22πσ
λsdot
=
(1)
де Т ndash температура k ndash стала Больцмана σ - ефективний діаметр
молекули Для знаходження температури врахуємо що середня
арифметична швидкість руху молекул microπ
υRT8
=
Температура R
T8
2υπmicro=
Підставляючи у формулу (1) вираз для температури отримаємо
pNpR
k
A2
2
2
2
2828 σ
υmicro
σ
υmicroλ ==
( )( )
2
21023
233
104413301032100264118
10031102 minus
minus
minus
sdot=sdotsdotsdotsdotsdotsdot
sdotsdotsdot=λ м
Відповідь =λ 44middot10ndash2
м
Приклад 8 Розрахувати молярну теплоємність ідеального газу за
умови що тиск прямо пропорційний до обrsquoєму
Дано
micro = 2middot10ndash3
молькг
р = 133 мПа = 0133
Па
σ = 23middot10ndash10
м
υ = 103middot103 см
NA =602middot1023
мольndash1
КмольДжR sdot= 318
λ
Дано
Vp ~
15
Розвrsquoязання
За означенням dT
QC
ν
δ=
де Qδ ndash елементарна кількість теплоти dT ndash елементарний приріст
температури ν ndash кількість речовини
Перше начало термодинаміки
dUAQ += δδ
де Aδ ndash елементарна робота газу проти зовнішніх сил
dU - елементарний приріст внутрішньої енергії системи
dTRi
dU2
ν=
де i ndash число ступенів вільності молекул R ndash універсальна газова
стала
pdVA =δ
За умовою задачі Vp α= де α ndash деяка стала величина Тиск
запишемо виходячи з рівняння Менделєєва-Клапейрона
V
RTp
ν=
Прирівняємо праві частини останніх двох рівнянь
RTV να =2
і продиференціюємо цю рівність
RdTVdV να =2 або RdTpdV ν=2
Тепер уже можна записати вираз для елементарної роботи
RdTA νδ2
1=
і розрахувати теплоємність
VCRiRR
dT
RdTi
RdT
C +=+=+
=222
22
1
ν
νν
де VC ndash молярна теплоємність при сталому обrsquoємі
Відповідь 2
RCC V +=
C
16
Приклад 9 В циліндрі під поршнем котрий може вільно
переміщуватися знаходиться 10г азоту Яка кількість теплоти 1Q
необхідна для нагрівання азоту від температури KT 2831 = до
температури KT 2982 = Порівняйте цю теплоту з необхідною
теплотою 2Q для нагрівання такої ж кількості газу в тому ж
температурному інтервалі при постійному обrsquoємі а також визначте
зміну внутрішньої енергії і роботу розширення
Розвrsquoязання
Будемо вважати що газ ідеальний У першому
випадку маємо справу з ізобарним процесом тому
TCm
Q p∆=micro
1
де micro ndash молярна маса pC - молярна теплоємність
при сталому тиску 12 TTT minus=∆
У процесі ізохорного нагрівання (другий
випадок)
TCm
Q V ∆=micro
2
Молярні теплоємності
Ri
CV2
= Ri
RCC Vp2
2+=+=
тому
i
i
C
C
V
p 2+=
i
i
Q
Q 2
2
1 +=
Зміну внутрішньої енергії розраховують за формулою
TRim
U ∆=∆2micro
а роботу розширення газу ndash на основі першого закону термодинаміки
( ) Ui
TTRm
TRim
TRim
UQA ∆=minus=∆minus∆+
=∆minus=2
22
2121
micromicromicro
або безпосередньо за формулою
TRm
A ∆=micro
Дано
гm 10=
N2
KT 2831 =
KT 2982 =
а) const=p
б) const=V
2
1
Q
Q U∆ A
17
кгm31010 minussdot= 5=i (двоатомний газ) молькг31028 minussdot=micro
КмольДжR sdot= 318
415
25
2
1 =+
=Q
Q ( ) ДжU 111283298318
2
5
1028
1010
3
3
=minussdotsdot
sdot=∆
minus
minus
ДжА 4441115
2=sdot=
Відповідь 4121 =QQ ДжU 111=∆ ДжА 444=
Приклад 10 В калориметр з водою з загальною
теплоємністю С=1670 ДжК при температурі Ct deg= 201 поклали
гm 1001 = льоду температура якого Ct degminus= 82 Яка встановиться
температура Питома теплота плавлення льоду кгДж 10353 5sdot=λ
питома теплоємність льоду КкгДжс sdotsdot= 31012
Розвrsquoязання В задачах про лід потрібно спочатку
зrsquoясувати чи розтане весь лід якщо про
це не сказано в умові Коли в
калориметр кинули лід вода в ньому
почала охолоджуватися Теплота яка
виділиться при охолодженні
калориметра
( )011 ttCQ minus=
де Ct deg= 00 - температура кристалізації
води або плавлення льоду
Теплота необхідна для нагрівання льоду
до температури плавлення Ct deg= 00
( )202 ttтсQ minus=
Теплотанеобхідна для плавлення льоду
mQ λ=3
Підставимо числові значення ( ) ДжQ 3340002016701 =minus=
( )( ) ДжQ 168080101012 32 =minusminussdotsdotsdot=
ДжQ 33000101033 53 =sdotsdot=
Дано
КДжС 1670=
Ct deg= 201
Сt degminus= 82
кггт 101001 ==
кгДж51033 sdot=λ
КкгДжс sdotsdot= 31012
Ct deg= 00
minust
18
Проаналізуємо отримані результати 21 QQ gt - це означає що лід
нагріється до Cdeg0 але 321 QQQ +lt (33400lt34680 Дж) - це означає
що не весь лід розтане Тому кінцева температура буде
Cdeg0
Відповідь t= Cdeg0
Приклад 11 Треба стиснути повітря від обrsquoєму 32101 мminussdot до
обrsquoєму 33102 мminussdot Як вигідніше його стискувати адіабатно чи
ізотермічно
Розвrsquoязання
Порівняємо роботу при заданих процесах У
випадку адіабатного процесу
TRi
Аад ∆minus=2
ν
де ν ndash кількість речовини i ndash число ступенів
вільності молекули R ndash універсальна газова стала
T∆ ndash приріст температури ( )12 TTT minus=∆
Скористаємося рівнянням Пуассона
const1 =minusγTV
і виразимо зміну температури через зміну обrsquoєму 1
221
11minusminus = γγ
VTVT
або
1
2
112
minus
=
γ
V
VTT або
minus
=∆
minus
1
1
2
11
γ
V
VTT
Врахуємо що показник адіабати i
i 2+=γ
тобто i21 =minusγ Тоді
minus
minus=
minus1
2
11 11
γ
γ
ν
V
VRTАад
У випадку ізотермічного процесу 1
21 ln
V
VRTАіз ν=
Дано 32
1 101 мVminussdot=
332 102 мV
minussdot=
із
ад
А
А
19
Тепер
1
2
1
2
1
ln
1
1
1
V
V
V
V
А
А
із
ад
minus
minus
minus=
γ
γ
Підставимо числові значення для повітря 41=γ
41
101
102ln
102
1011
141
1
3
2
141
3
2
=
sdot
sdot
sdot
sdotminus
minus=
minus
minus
minus
minus
minus
із
ад
А
А
Відповідь вигідніше стискувати ізотермічно
Приклад 12 В циліндрі під поршнем знаходиться водень масою
002 кг при температурі 300 К Водень спочатку розширився
адіабатно збільшивши свій обrsquoєм у 5 разів а потім був стиснутий
ізотермічно до попереднього обrsquoєму Знайти температуру в кінці
адіабатного процесу і роботу виконану газом під час цих процесів
Зобразити процеси графічно
Розвrsquoязання
Температура і обrsquoєм газу в адіабатному
процесі повrsquoязані рівнянням адіабати 1
2
1
1
2
minus
=
γ
V
V
Т
Т (1)
де i
i 2+=γ ndash показник адіабати
Для водню показник адіабати дорівнює
415
25=
+=γ
Згідно формули (1) γminus
=
1
1
212
V
VТТ
Роботу в адіабатному та ізотермічному
процесах знайдемо скориставшись відповідними формулами
Дано
М = 002 кг
micro = 2middot10ndash3
молькг
і = 5
V2 = 5V1
V3 = V1
Т1 = 300 К
КмольДжR sdot= 318
Т2 А1ndash2 А2ndash3
р
V V1 V2
1
Адіабата
Ізотерма 2
3
20
( ) ( )22
211221 ТТRіM
ТТRіM
А minussdot=minussdotminus=minusmicromicro
2
12
2
3232 lnln
V
VRT
M
V
VRT
MА
micromicro==minus
1585300 402 =sdot= minusТ К
4
321 10982)157300(3182
5
102
020sdot=minussdotsdotsdot
sdot=
minusminusА Дж
4
332 10125
1ln157318
102
020sdotminus=sdotsdot
sdot=
minusminusА Дж
Відповідь Т = 158 К А1-2 = 298middot104 Дж А2-3 = ndash21middot10
4 Дж Графік
процесів показано на малюнку
Приклад 13 Нагрівник теплової машини що працює за циклом
Карно має температуру Ct deg= 2001 Визначити температуру 2T
холодильника якщо при надходженні від нагрівника кількості
теплоти ДжQ 011 = машина виконує роботу ДжA 400=
Розвrsquoязання
За означенням ККД теплової машини
1Q
A=η
а для циклу Карно 1
21
T
TT minus=η
Прирівнявши праві частини виписаних співвідношень
Маємо 1
21
1 T
TT
Q
A minus=
Звідки
minus=
112 1
Q
ATT
Підставимо числові значення KT 4731 =
КT 28001
40014732 =
minus=
Дано
Ct deg= 2001 ДжQ 011 =
ДжA 400=
2T
21
Відповідь KT 2802 =
Приклад 14 Знайти витрату бензину автомобіля на S=1 км шляху
при швидкості годкм 60=υ Потужність двигуна 17 кВт ККД
двигуна 30=η питома теплота згоряння бензину q=45middot106 Джкг
Розвrsquoязання
При згорянні палива виділяється теплота
mqQ sdot=
ККД двигуна Q
Aкор=η Отже
qmQAкор ηη == З другої сторони з
врахуванням потужності υ
SNtNА sdot=sdot=
Прирівнявши ці два вирази отримаємо
q
NSm
ηυ=
Підставимо числові значення
кгт 08045middot1071630
1010176
33
asympsdotsdot
sdotsdot=
Відповідь m = 008 кг
Приклад 15 Ідеальний двоатомний газ здійснює цикл який
складається з двох ізотерм і двох ізохор При цьому найбільша
температура газу 500 К найменша ndash 300 К найбільший обrsquoєм 12 л
найменший ndash 3 л Знайти ККД циклу
Розвrsquoязання
Дано
мкмS3101 ==
смгодкм 71660 ==υ
ВтN31017 sdot=
3030 == ηη
кгДжq 1045 6sdot=
minusт
Дано
5=і
КТ 5001 =
КТ 3002 =
22
p 1
4
T1
T2
2
3
V1 V2 V
ККД циклу Q
А=η
де A - робота виконана газом Q - теплота
отримана газом Розглянемо ізопроцеси При
ізотермічних процесах 0=∆U оскільки
температура не змінюється З першого закону
термодинаміки ( AUQ +∆= ) випливає що в
цьому випадку вся отримана газом теплота
йде на виконання роботи AQ =
Для процесу 1rarr2 маємо
01
211121
2
1
2
1
gt==== intintrarrV
VnRT
m
V
dVRT
mpdVAQ
V
V
V
V
lmicromicro
де тиск V
RTт
р1
1 sdot=micro
Для процесу 3rarr4 маємо
01
222243
2
1
1
2
ltminus=minus=== intintrarrV
VnRT
m
V
dVRT
mpdVAQ
V
V
V
V
lmicromicro
- газ віддає
теплоту
Для ізохорних процесів обrsquoєм не змінюється тому 0=А З першого
закону термодинаміки TRmi
UQ ∆=∆=micro2
Для процесу 2rarr3 маємо
( ) ( ) 022
211232 ltminusminus=minus=rarr TTRmi
TTRmi
Qmicromicro
- газ віддає теплоту
Для процесу 4rarr1 маємо ( ) 02
2114 gtminus=rarr TTRmi
Qmicro
Отже газ виконав роботу ( )211
221 TT
V
VnR
mAAA minus=+= l
micro
Газ отримав теплоту ( )
minus+=+= rarrrarr 21
1
211421
2TT
i
V
VnTR
mQQQ l
micro
Тоді ККД цикла
331 1033 млV
minussdot==
332 101212 млV
minussdot==
minusη
23
( )
( )
( )
( )211
21
211
2
211
21
211
2
22TT
i
V
VnT
TTV
Vn
TTi
V
VnTR
m
TTV
VnR
m
Q
А
minus+
minus
=
minus+
minus
==
l
l
l
l
micro
microη
( )
( )23230
3005002
5
103
1012500
300500103
1012
3
3
3
3
=rArr=
minus+sdot
sdotsdot
minussdot
sdot
=
minus
minus
minus
minus
ηη
n
n
l
l
( 386169302224 =sdot== nn ll )
Відповідь 23=η
Приклад 16 Знайти приріст ентропії при перетворенні 1 г води з
температурою 0degС в пару при 100degС
Розвrsquoязання
Зміна ентропії у випадку оборотного
термодинамічного процесу
int=∆B
AT
QS
δ
де Qδ ndash елементарна кількість теплоти T ndash абсолютна
температура A та B ndash формальні позначення
вихідного і кінцевого стану системи
Розібrsquoємо інтеграл у правій частині виписаної формули на два
доданки що відповідають двом процесам заданим в умові
intint +equiv∆+∆=∆B
C
C
AT
Q
T
QSSS
δδ21
де 1S∆ ndash приріст ентропії при нагріванні води від температури 1T до
температури 2T 2S∆ ndash приріст ентропії при випаровуванні ( 2T за
умовою задачі ndash температура кипіння води)
У першому доданку
cmdTQ =δ
де c ndash питома теплоємність води У другому доданку const2 =T а
Дано
гm 1=
OH2 Ct deg= 01
Ct deg= 1002 S∆
24
rmQQ
B
C
==intδ
де r ndash питома теплота пароутворення Маємо
+=+=∆ intint
21
2
2
ln12
1T
r
T
TcmQ
TT
dTcmS
B
C
T
T
δ
КкгДжс sdotsdot= 310194 кгДжr510622 sdot= кгm
3101 minussdot=
КT 2731 = КT 3732 =
КДжS 47373
10622
273
373ln10194101
533 =
sdot+sdotsdot=∆ minus
Відповідь КДжS 47=∆
Приклад 17 105 г азоту ізотермічно розширюються від обrsquoєму
лV 21 = до обrsquoєму лV 52 = Знайти приріст ентропії при цьому
процесі
Розвrsquoязання
При ізотермічному процесі Т=const
отже зміна внутрішньої енергії 0=dU
Тоді з першого закону термодинаміки
маємо AQ δδ =
Елементарна робота з врахуванням виразу
для тиску р з рівняння Менделєєва-
Клапейрона V
dVRT
mрdVА
microδ ==
Зміна ентропії в оборотному термодинамічному процесі int=∆B
AT
QS
δ
В нашому випадку 1
22
1
V
VnR
m
TV
TdVR
m
T
АS
V
V
B
A
lmicromicro
δ===∆ intint
молькг 1028 3minussdot=micro - молярна маса азота
Підставимо числові значення
Дано
кггт 310510510 minussdot==
лV 21 =
лV 52 =
constТ =
minus∆S
25
КДжnS 922
5318
1028
10510
3
3
=sdotsdotsdot
sdot=∆
minus
minus
l
Відповідь КДжS 92=∆
Приклад 18 Два кіломолі триатомного газу адіабатно
розширюються в пустоту від 31 1мV = до 3
2 5мV = Температура газу
при цьому зменшується на 15 К Знайти за цими даними постійну laquoаraquo
з рівняння Ван-дер-Ваальса
Розвrsquoязання
Перше начало термодинаміки для адіабатного
процесу має вигляд dUA minus=δ де А ndash робота газу
проти зовнішніх сил U ndash внутрішня енергія За
умовою задачі зовнішнього тиску немає
(розширення в пустоту)
тому 0== dVpAδ
В підсумку маємо що 0=dU
Зміна внутрішньої енергії має дві складові
dTCVν що не залежить від зміни обrsquoєму та
( )VdU що залежить від обrsquoєму Остання складова
рівна роботі сили міжмолекулярного притягання
котра спричинює додатковий внутрішній тиск
2
20
V
aP ν=
( ) dVV
adVPVdU
2
20 ν==
Повна зміна внутрішньої енергії газу
02
2 =+ dVV
adTCV νν
Дано
моль3102 sdot=ν
6=i 0=Qδ
Паp 0=
31 1 мV =
32 5 мV =
KT 15minus=∆
a
26
Звідки dVCV
adT
V2
νminus=
Проінтегруємо останнє співвідношення
int int
minus=minus=
2
1
2
1
122
11T
T
V
V VV VVC
a
V
dV
C
adT νν
тобто
minus=∆
12
112
VViR
aT ν
оскільки молярна теплоємність при постійному обrsquoємі Ri
CV2
=
(і ndash число ступенів вільності R ndash універсальна газова стала)
Тепер маємо
( )21
21
2 VV
VTViRa
minus
∆=
ν
( )
( ) 2
4
3230
511022
51153186
моль
мНa
sdot=
minussdotsdot
sdotsdotminussdotsdot=
Відповідь 2
4
230моль
мН sdot=α
3 Задачі для самостійного розвrsquoязування
Вказівки до розвrsquoязування задач
1 В задачах на теплоту складають рівняння теплового балансу сума
теплоти що виділяється при певних процесах дорівнює сумі теплоти
що поглинається при інших процесах
2 В задачах про лід потрібно спочатку зrsquoясувати (кількісними
підрахунками) чи розтане весь лід якщо про це не сказано в умові
Якщо розтане не весь лід то кінцева температура дорівнюватиме 0ordmС
31 Молекулярна фізика
27
Рівняння стану ідеального газу
1 Балон місткістю 12 л заповнений азотом при тиску 81МПа і
температурі 17degС Знайти масу азоту (113 кг)
2 Яким може бути найменший обrsquoєм балона що містить 64 кг
кисню якщо його стінка при температурі 20degС витримує тиск
160 кгссм2 (32middot10
1 м
3)
3 До якої температури потрібно нагріти ідеальний газ щоб його
густина зменшилася у два рази порівняно з густиною цього газу
при Ct deg= 00 (Т=2Т0=546 К)
4 5 г азоту що знаходиться в закритій посудині місткістю 4 л при
температурі 20degС нагрівають до температури 40degС Знайти тиск
газу до і після нагрівання (р1=108middot105Па р2=116middot10
5Па)
5 Знайти густину водню при температурі 15degС і тиску 730 мм ртст
( 30810 мкг=ρ )
6 Густина деякого газу при температурі 10degС і тиску 2sdot105Па
дорівнює 034 3мкг Чому дорівнює маса одного кіломоля цього
газу ( молькг3104
minussdot=micro )
7 10 г кисню знаходяться під тиском 3 атм при температурі 10degС
Після розширення внаслідок нагрівання при постійному тиску
кисень зайняв обrsquoєм 10 л Знайти 1) обrsquoєм газу до розширення 2)
густину газу до розширення 3) температуру газу після
розширення 4) густину газу після розширення
( 331 1042)1 мV
minussdot= 2) 31 144 мкг=ρ 3) Т2=1170 К 4) 3
2 1 мкг=ρ )
8 6 г вуглекислого газу ( )2CO і 5 г закису азоту ( )ON2 заповнюють
посудину місткістю 2 дм3 Який загальний тиск у посудині при
температурі 127degС (415middot105Па)
9 Яка кількість речовини є в газовому балоні обrsquoємом 2 л при тиску
1013 МПа і температурі 10degС (86 моль)
10 Балон для газового зварювання місткістю 20 л був заповнений
киснем при температурі 15degС Коли частину кисню витратили
тиск у балоні знизився на 5065 кПа Скільки кисню було
витрачено ( кгm 1350=∆ )
11 Температура повітря в посудині обrsquoємом 5 л становить 27degС його
тиск 2026 МПа Визначити масу повітря яке потрібно випустити з
посудини щоб тиск у ній знизився до 1013 МПа ( кгm 0590=∆ )
28
12 Визначити густину повітря в камері шин автомобіля ВАЗ 2110
якщо тиск у камері 018 МПа (надлишковий) а температура 20degС
( 3353 кгм=ρ )
13 Знайти густину суміші 10-2 кг вуглекислого газу і 15sdot10
- 2 кг азоту
при температурі 300 К і тиску 015 МПа ( 3981 кгм=ρ )
14 Знайти молярну масу суміші що утворилася з 38sdot10-3 кг кисню і
22sdot10-2 кг вуглекислого газу ( кгмоль2104 minussdot=micro )
15 Накреслити графіки ізотермічного ізобарного та ізохорного
процесів в ідеальному газі у системах координат р V p T V T
Порівняти ці графіки
16 На рис1 зображено графік зміни стану ідеального газу в
координатах V T Виразити ці процеси графічно в координатах p V
та p T Назвати ці процеси
17 Зміна стану ідеального газу сталої маси зображена на рис2 В т1
температура газу Т0 Визначити температуру газу в т234
(Т2=3Т0 Т3=6Т0 Т4=2Т0)
18 Який обrsquoєм займає суміш газів ndash азоту масою кгm 11 = і гелію
масою кгm 12 = ndash при нормальних умовах (64 м3)
19 Скільки молекул міститься в 1 г водяної пари (33sdot1022
)
20 Скільки молекул буде знаходитися в 1 см3 посудини при 10degС
якщо посудину підкачано до ртстммp11101 minussdot= (34sdot10
5)
21 У балоні місткістю лV 3= знаходиться кисень масою 4 г
Визначити кількість речовини ν газу і концентрацію n його
молекул (ν =0125 моль n=251sdot1025м
-3)
Рис 1 Рис 2
29
22 У балоні було 10 кг газу при тиску 10 МПа Знайти яку масу газу
взяли з балона якщо тиск став рівним 25 МПа Температуру
вважати постійною (75 кг)
23 Балони місткістю лV 201 = і лV 442 = заповнені газом Тиск у
першому балоні МПаp 421 = у другому ndash МПаp 612 =
Визначити загальний тиск p після сполучення балонів якщо
температура газу залишилася попередньою (076 МПа)
24 Газ в кількості m=16 г при тиску р=106 Нм
2 і температурі t=112degС
займає обrsquoєм V=1600 см3 Визначити який це газ (кисень)
25 При якому тиску р густина ρ газоподібного азоту що має
температуру t= - 73degС складає 04 густини води кімнатної
температури 33
010 кгмρ = ( 271042 Нмр sdot= )
26 Відкрита посудина нагріта до температури t2=450degС Яка частина
маси повітря залишилась в ній в порівнянні з тією кількістю яка
була при t1=27degС Розширенням посудини знехтувати
(m2m1=0415)
27 10 г кисню знаходяться під тиском 0303 мкПа при температурі
10degС Після розширення внаслідок нагрівання при постійному
тиску кисень зайняв обrsquoєм 10 л Знайти обrsquoєм газу до розширення і
температуру газу після розширення (V1=24sdot10-3 м
3 Т2=118sdot10
3 К)
28 Скільки молекул повітря буде знаходитись в 1 см3 посудині при
10degС якщо повітря в посудині відкачане до тиску 133 мкПа
(34sdot108)
29 У 1 кг сухого повітря знаходиться m1=232 г кисню і m2=768 г
азоту Знайти відносну молярну масу повітря (microсм=288 кгмоль
microвідн=288 кгмоль)
30 У скільки разів вага повітря взимку (7 0
С) більша за його вагу
влітку (37 0 С) Тиск однаковий (11 рази)
31 У відкритій посудині при Ct0
1 20= є повітря гm 1501 = На яку
величину m∆ зменшиться маса повітря в посудині при нагріванні
її до Ct0
1 100= Зміною розмірів посудини при нагріванні
знехтувати ( m∆ =322 г)
32 У посудині знаходиться суміш 10 г вуглекислого газу і 15 г азоту
Знайти густину цієї суміші при температурі 27 0
С і тиску
15sdot10 5 Па ( 3981 мкг=ρ )
33 Знайти масу атома 1)водню 2) гелію
30
( )(10656)(10671 2727 геліюкгmводнюкгmminusminus sdot=sdot= )
34 Визначити концентрацію n молекул ідеального газу при
температурі Т= 300 К і тиску р =1 МПа ( n=224sdot10 17 м
-3)
Основне рівняння молекулярно-кінетичної теорії газів
швидкості молекул
35 Тиск p газу дорівнює 1 мПа концентрація n його молекул рівна
310101 minussdot см Визначити 1) температуру Т газу 2) середню
кінетичну енергію ( )1кЕ поступального руху молекули
( 1) Т=725 кК 2) ( )1кЕ =15sdot10
-19 Дж)
36 Молекула кисню при нормальних умовах рухається зі швидкістю
425 мс Визначити кінетичну енергію молекули
( ( )1кЕ =48sdot10
-21Дж)
37 Визначити кінетичну енергію поступального руху молекули
аміаку а також повну кінетичну енергію молекул одного моля
аміаку при температурі 373 К ( ( )1кЕ =773sdot10
-21Дж Еk=932 Дж)
38 Визначити сумарну кінетичну енергію теплового руху всіх
молекул кисню (О2) що займають обrsquoєм V=55sdot10-3 м
3 при тиску
р=2026 кПа (Еk=279 кДж)
39 Густина деякого газу 3060 мкгρ = середня квадратична
швидкість його молекул смкв 500=υ Знайти тиск газу на стінки
посудини (5 кПа)
40 Газ займає обrsquoєм лV 1= під тиском атмр 2= Визначити
кінетичну енергію kE поступального руху всіх молекул в даному
обrsquoємі (03 кДж)
41 Кількість речовини деякого газу моль51=ν температура
КТ 120= Визначити кінетичну енергію kE поступального руху
всіх молекул цього газу (73 кДж)
31
42 При якій температурі середня кінетична енергія ( )1кЕ
поступального руху молекули газу рівна Дж2110144 minussdot
(200 К)
43 Посудина зі внутрішнім обrsquoємом лV 4= містить гm 60=
деякого газу під тиском атмр 2= Визначити середню
квадратичну швидкість молекул газу (2 103
см )
43 Середня квадратична швидкість руху молекул деякого газу що
перебуває під тиском 50 кПа дорівнює 449 мс Визначити
густину газу при цих умовах ( 37440 мкг=ρ )
44 При якій температурі середня квадратична швидкість молекул
кисню дорівнює швидкості молекул азоту при температурі 373 К
(Т = 426 К)
46 Знайти середню арифметичну швидкість молекул газу коли
відомо що середня квадратична швидкість 400 мс
( см370=υ )
47 Знайти найбільш імовірну та середню арифметичну швидкості
молекул газу густина якого при тиску 40 кПа дорівнює 03 кгм3
( імυ = 5164 мс υ = 6324 мс)
48 Знайти середню квадратичну швидкість молекул повітря при
температурі 17deg С Повітря вважати однорідним газом з молярною
масою 29sdot10-3 кгмоль ( 500=квυ мс)
49 Визначити середню квадратичну швидкість квυ молекул газу
масою гm 30= що знаходиться в посудині місткістю лV 2= під
тиском кПаp 200= (2sdot10 3 мс)
50 Знайти відношення середніх квадратичних швидкостей молекул
гелію та азоту при однакових температурах (265)
51 Знайти середню квадратичну квυ середню арифметичну υ та
найімовірнішу імυ швидкості молекул водню Обчислення
виконати для трьох значень температури 1) КТ 20=
2) КТ 300= 3) КТ 5000= ( 1) 500 мс 462мс 407 мс
2) 194 кмс 179 кмс 158 кмс 3) 790 кмс 730 кмс 648 кмс)
52 При якій температурі Т середня квадратична швидкість атомів
гелію буде дорівнювати другій космічній швидкості
скм2112 =υ (201 кК)
32
53 Знайти середню арифметичну швидкість υ молекул газу якщо їх
середня квадратична швидкість скмкв 1=υ (092 кмс)
54 Кінетична енергія поступального руху молекул азоту що
знаходиться в обrsquoємі 20 дм3 дорівнює 5 кДж а середня
квадратична швидкість його молекул рівна 2 кмс Знайти 1) масу
азоту в балоні 2) тиск під яким знаходиться азот
( 1) т=25sdot103 кг 2) р=167sdot10
5 Па)
55 Посудина що містить деяку масу одноатомного газу рухається зі
швидкістю u На скільки збільшиться середній квадрат швидкості
теплового руху молекул при зупинці посудини Теплоємність
теплопровідність і маса стінок посудини зникаюче малі
56 Обчислити кількість теплоти що необхідна для нагрівання повітря
від Т1= 273 К до Т2= 303 К при сталому тиску якщо спочатку воно
перебувало при нормальному тиску р1 і мало обrsquoєм V1=50 м3
(∆Q=1948 кДж)
57 Яка кількість теплоти необхідна для нагрівання одного моля
одноатомного газу на 1 К при сталому обrsquoємі (∆Q=124 кДж)
58 Балон місткістю 2sdot10-2
м3 з киснем що має тиск 1013 МПа і
температуру 280 К нагрівають до 300 К Яку кількість теплоти
дістає при цьому газ (∆Q=35 кДж)
59 Визначити кількість теплоти (∆Q) що необхідна для нагрівання
повітря від Т1= 273 К до Т2=298 К при сталому обrsquoємі V1=30 м3
якщо початковий тиск повітря р1 був нормальний
(∆Q=6957 кДж)
32 Термодинаміка Реальні гази
Внутрішня енергія робота розширення газу
перше начало термодинаміки
60 Чому дорівнює енергія теплового руху молекул двоатомного газу
що знаходиться в посудині місткістю 2 л під тиском 015 МПа
(U=750 Дж)
61 10 г кисню знаходяться під тиском 03 МПа при температурі 10degС
Після нагрівання при постійному тиску газ зайняв обrsquoєм 10 л
Знайти 1) кількість теплоти одержаної газом 2) зміну
33
внутрішньої енергії газу 3) роботу виконану газом при
розширенні ( 1) 792sdot103Дж 2) 5660 Дж 3) 226sdot10
3 Дж)
62 2 кмолі вуглекислого газу нагріваються при постійному тиску на
50degС Знайти 1) зміну його внутрішньої енергії 2) роботу
розширення 3) кількість теплоти наданої газу
( 1) 2500 Дж 2) 830 кДж 3) 3300 кДж)
63 Газ що займав обrsquoєм 5 л і знаходився під тиском 02 МПа при
температурі 17degС було нагріто внаслідок чого він ізобарно
розширився Робота розширення газу при цьому виявилася рівною
196 Дж Наскільки нагріто газ (57 К)
64 При ізотермічному розширенні 10 г азоту що знаходиться при
температурі 17degС було виконано роботу 860 Дж У скільки разів
змінився тиск азоту при розширенні (272)
65 1л гелію котрий знаходиться при нормальних умовах ізотермічно
розширюється за рахунок одержаної ззовні теплоти до обrsquoєму 2 л
Знайти 1) роботу виконану газом при розширенні 2) кількість
наданої газу теплоти ( 1) 70 Дж 2) 70 Дж )
66 1 кг двоатомного газу знаходиться під тиском 80 кПа і має
густину 34 мкг=ρ Знайти енергію теплового руху молекул газу
при цих умовах (5sdot104Дж)
67 У посудину в котрій міститься 28 л води при температурі 20degС
вкинули нагрітий до 460degС кусок сталі що має масу 3кг Від цього
вода в посудині нагрілася до 60degС а частина її перетворилася в
пару Визначити масу води котра випарувалася Теплоємністю
посудини знехтувати
68 Знайти для кисню відношення питомої теплоємності при сталому
тиску до питомої теплоємності при постійному обrsquoємі (14)
69 1 кмоль азоту який знаходився при нормальних умовах
розширюється адіабатно від обrsquoєму 1V до обrsquoєму 12 5VV =
Знайти1) зміну внутрішньої енергії газу 2) роботу виконану при
розширенні ( 1) 269 sdot10 6 Дж 2) 269 sdot10
6 Дж)
70 Повітря що при нормальному атмосферному тиску зайняло обrsquoєм
2sdot10-2
м3 адіабатно стискується до обrsquoєму 2sdot10
-3 м
3 Визначити
тиск повітря після стискання (р=254 МПа)
71 Знайти питомі теплоємності азоту та їхні відношення при сталому
обrsquoємі та сталому тиску ( КкДжкгcV sdot= 7420
КкгкДжcp sdot= 041 )
34
72 Знаючи молярну масу газу ( кгмольmicro 31044 minussdot= ) і відношення
питомих теплоємностей (γ=133) обчислити молярні теплоємності
Ср і СV ( СV=0566 кДжкгsdotК Ср=0754 кДжкгsdotК)
Теплоємність адіабатний процес
73 Різниця питомих теплоємностей Vp cc minus деякого двоатомного газу
дорівнює 260 Джкг К Знайти молярну масу micro газу і його питомі
теплоємності pc та cV
( micro=0032 молькг cV=650 ДжкгmiddotК pc =910 ДжкгmiddotК)
74 Молярна маса деякого газу мольг30=micro відношення
41=Vp cc Знайти питомі теплоємності pc і сV цього газу
( сV=693 ДжкгmiddotК pc =910 ДжкгsdotК )
75 До якої температури охолодиться повітря що знаходиться при
температурі 0degС якщо воно розширюється адіабатно від обrsquoєму 1V
до обrsquoєму 12 2VV = (207 К)
76 Газ розширюється адіабатно при цьому обrsquoєм його збільшується
вдвічі а температура падає в 132 рази Яке число ступенів
вільності мають молекули цього газу (5)
77 Чому дорівнюють питомі теплоємності pc і сV деякого
двоатомного газу якщо густина цього газу при нормальних
умовах дорівнює 143 кгм3 (сV=650 ДжкгmiddotК pc =910 ДжкгmiddotК)
78 Двоатомний газ займає обrsquoєм лV 501 = при тиску атмp 501 =
Газ стискується адіабатно до деякого обrsquoєму 2V і тиску 2p а
потім при постійному обrsquoємі 2V охолоджується до початкової
температури При цьому тиск його стає рівним атмp 10 =
Зобразити описаний процес графічно знайти обrsquoєм 2V і тиск 2p
(025 л 132 атм)
79 Газ розширюється адіабатно так що його тиск спадає від 2 атм
до 1 атм Потім він нагрівається при постійному обrsquoємі до
початкової температури причому його тиск зростає до 122 атм
35
Зобразити описаний процес графічно і визначити відношення
Vp cc газу (14)
Цикл Карно ентропія
80 Ідеальна теплова машина що працює за циклом Карно отримує за
кожний цикл від нагрівника 600 кал теплоти Температура
нагрівника 400 К температура холодильника 300 К Знайти
роботу що виконує машина за один цикл і кількість теплоти
котра віддається холодильнику за один цикл
( А=630 Дж Q2=1880 Дж)
81 Ідеальна теплова машина що працює за циклом Карно 23
теплоти одержаної від нагрівника передає холодильнику з
температурою 10degС Визначити температуру нагрівника (4245 К)
82 Ідеальна теплова машина працює за циклом Карно При цьому
80 теплоти одержаної від нагрівника передається
холодильнику Від нагрівника надходить за цикл 15 ккал теплоти
Знайти 1) ККД циклу 2) роботу виконану за цикл
( 1) 20 2) 126sdot103Дж)
83 Ідеальна теплова машина що працює за циклом Карно виконує
за один цикл роботу 735sdot 10 4 Дж Температура нагрівника 100
0 С
температура холодильника 00 С Знайти1) ККД машини
2) кількість теплоти одержаної машиною за один цикл від
нагрівника 3) кількість теплоти яка віддається за один цикл
холодильнику ( 1) 268 2) 274 sdot10 4 Дж 3) 126 sdot10
4 Дж)
84 Ідеальна теплова машина отримує від нагрівника температура
якого 500 К за один цикл 3360 Дж теплоти Знайти кількість
теплоти що передається за один цикл холодильнику температура
якого 400 К Знайти роботу машини за один цикл
(Q2= 2688 Дж А= 672 Дж)
85 Ідеальна теплова машина що працює за циклом Карно має
температуру нагрівника 600 К а холодильника 500 К У скільки
разів потрібно збільшити абсолютну температуру нагрівника щоб
ККД машини збільшився вдвічі (в 125)
86 Визначити ККД циклу і температуру нагрівника теплової
машини яка працює за циклом Карно якщо за рахунок 2 кДж
теплоти одержаної від нагрівника вона виконує роботу 400 Дж
Температура холодильника 480 К (20 600 К)
36
87 Знайти зміну ентропії при ізотермічному розширенні 6 г водню зі
зменшенням тиску від 01 МПа до 50 кПа (173 ДжК)
88 105 г азоту ізотермічно розширюються від обrsquoєму лV 21 = до
обrsquoєму лV 52 = Знайти приріст ентропії в цьому процесі
(29 ДжК)
89 10 г кисню нагріваються від Ct deg= 501 до Ct deg= 1502 Знайти зміну
ентропії якщо нагрівання відбувається 1) ізохорно 2) ізобарно
( 1) 176 ДжК 2) 246 ДжК )
90 У циклі Карно робочим тілом є двоатомний газ Визначити ККД
циклу якщо при адіабатичному розширенні обrsquoєм газу збільшився
від 80 до 102 дм3 (01 або 10)
91 05 кг розплавленого свинцю при температурі плавлення влили в
лід при 0degС Частина льоду розплавилася Знайти зміну ентропії
(50 ДжК)
Реальні гази явища перенесення
92 Знайти критичний молярний обrsquoєм азоту
93 Розрахувати густину кисню у критичному стані
94 Знайти середню довжину вільного пробігу атомів гелію в умовах
коли густина гелію 321 мг=ρ (18sdot10-6 м)
95 Знайти середню довжину вільного пробігу атомів азоту при
температурі 17 0 С і тиску 10
4 Па ( м610 minus=λ )
96 Знайти залежність середнього числа зіткнень молекул z ідеального
газу від тиску р в наступних процесах 1) ізохорному
2)ізотермічному Зобразити ці залежності на графіках
( pzpz asympasymp )2)1 )
97 У посудині знаходиться вуглекислий газ густина якого 321012 мкгminussdot=ρ середня довжина вільного пробігу його
молекул при цих умовах дорівнює см61097 minussdot=λ Знайти
діаметр молекул вуглекислого газу ( d =35sdot 10 -10
м )
37
98 Знайти діаметр молекули кисню якщо відомо що для кисню
коефіцієнт внутрішнього тертя при 0ordm С дорівнює
сПа sdotsdot= minus610818η ( d = 3middot10
-10 м)
99 Знайти динамічну вrsquoязкість азоту при нормальних умовах якщо
коефіцієнт дифузії для нього при цих умовах дорівнює
сcм21420 (η = 178sdot10-5 Паsdotс)
100 Знайти коефіцієнт теплопровідності водню якщо його
динамічна вrsquoязкість при таких самих умовах рівна смкПа sdot68
(0090 ВтмmiddotК)
101 Коефіцієнт дифузії і динамічної вrsquoязкість кисню дорівнюють
см2510221
minussdot та сПа sdotsdot= minus510951η відповідно Знайти при
цих умовах 1) густину кисню 2) середню довжину вільного
пробігу його молекул і 3) середню арифметичну швидкість його
молекул ( 1) 16 кгм3 2) 835sdot10
-8 м 3) 440 мс)
102 Знайти залежність коефіцієнта теплопровідності κ газу від
температури Т в умовах ізобарного та ізохорного процесів
Зобразити ці залежності графічно (1 κ~ Т 2 κ~ Т )
103 Зайти коефіцієнт дифузії при нормальних умовах 1)гелію
2)кисню ( 1) сcм2720 2) сcм2180 )
104 Коефіцієнт дифузії D кисню при температурі t=0ordmС дорівнює
019 см2с Визначити середню довжину вільного пробігу λ
молекул кисню ( λ =135 нм)
105 Визначити залежність коефіцієнта дифузії D ідеального газу від
температури при наступних процесах 1)ізобарному
2)ізохорному ( 1) D~ 3Т 2) D~ Т )
106 Визначити залежність динамічної вrsquoязкості η від температури Т
при наступних процесах 1)ізобарному 2) ізохорному Зобразити
ці залежності на графіках ( 1) η ~ Т 2) η ~ Т )
107 Знайти коефіцієнт дифузії та коефіцієнт внутрішнього тертя
повітря при тиску 760 мм рт ст і температурі 10ordmС Діаметр
молекули повітря прийняти 3middot10-1 м
(148middot10-5 м
2с 185middot10
- 5 Паsdotс)
108 У скільки разів коефіцієнт внутрішнього тертя кисню більший за
коефіцієнт внутрішнього тертя азоту Температура газів
однакова (107)
38
109 Знайти коефіцієнт теплопровідності повітря при температурі
10ordmС і тиску 105 Па Діаметр молекули повітря прийняти рівним
3middot10-8 см (132middot10
-3 ВтмmiddotК)
110 Знайти залежність коефіцієнта теплопровідностіκ від тиску р
при наступних процесах 1)ізотермічному 2)ізохоричному
Зобразити ці залежності на графіках
( 1) Не залежить 2) κ ~ р )
Таблиця для самостійної роботи
Варіанти
завдань
Номери задач
1 1 11 35 45 60 73 85 97
2 2 12 36 46 61 74 86 98
3 3 13 37 47 62 75 87 99
4 4 14 38 48 63 76 88 100
5 5 15 39 49 64 77 89 103
6 6 16 40 50 65 80 92 104
7 7 17 41 51 66 81 93 105
8 8 18 42 52 67 82 94 106
9 9 19 43 53 68 83 95 107
10 10 20 44 54 69 84 96 108
Задачі для усного розвrsquoязування
111 Під час накачування повітря в гумову камеру одночасно
збільшується його обrsquoєм і тиск Чи не суперечить це закону Бойля -
Маріотта
112 Чому влітку шини коліс автомобілів накачують повітрям до
меншого тиску ніж взимку
113 Якої форми необхідно взяти посудину щоб сила тиску на дно
дорівнювала вазі рідини Була більша Менша ваги рідини
39
114 У посудині наповненій до краю водою плаває кусок льоду Чи
виллється вода з посудини коли лід розтане
115 Дві кульки ndash мідна та алюмінієва зрівноважені на пружинних
терезах Чи порушиться рівновага терезів якщо кульки упустити у
воду
116 Чи можна перелити воду з однієї склянки в іншу знаходячись в
кабіні штучного супутника Землі
117 Повітря складається з азоту кисню та інших газів Чи однакова
кінетична енергія поступального руху молекул цих газів при даній
температурі
118 Якими способами можна змінити внутрішню енергію тіла
119 В якому випадку зміна тиску газу буде більшою при адіабатній
чи ізотермічній зміні обrsquoєму
120 Чому ізотермічне розширення газу відбувається тільки внаслідок
підведення до нього деякої кількості теплоти
121 Чому в дизелі нема потреби запалювати пальну суміш
електричною іскрою як це робиться в інших двигунах
122 Під час роботи пневматичний молот що працює за рахунок
енергії стиснутого повітря зовні обмерзає Яка причина охолодження
123 Після сильного шторму вода в морі стає теплішою Чому
124 Деяку масу ідеального газу нагрівають на однакову кількість
градусів один раз при сталому тиску а другий раз при сталому обrsquoємі
В якому випадку потрібна більша кількість теплоти Чому
125 Чому вода на дні океану залишається холодною в той час як по
мірі просування в глибину Землі на кожні 100 м температура
збільшується приблизно на 3deg
40
126 Чи може теплова машина мати ККД=100 якщо працюватиме за
ідеальним циклом
127 Чи можна створити умови за яких внутрішня енергія переходила
б від тіл з нижчою температурою до тіл з вищою температурою
128 Чи охолоне повітря в кімнаті якщо відчинити двері домашнього
холодильника ввімкнутого в мережу
129 Чому температура пари яка надходить у парову турбіну нижча
за температуру пари що виходить з неї
130 Накреслити криві ізобарного ізохорного ізотермічного процесів
на діаграмах залежності V T P T P V
131 Як пояснити утворення роси і туману
132 Коли і чому на дроті лінії електропередач зrsquoявляється іній
133 Обrsquoєм посудини в якій міститься насичена пара ізотермічно
збільшили в 5 разів Що сталося з тиском пари
134 Чому туман зrsquoявляється в вечірній час а зранку зникає
135 Чому після дощу стає холодніше Пояснити це явище
4 Довідкові дані
Фундаментальні фізичні сталі
Гравітаційна стала 221110676 кгмНG sdotsdot= minus
Прискорення вільного падіння 2см819=g
Стала Авогадро 12310026 minussdot= мольN A
Стала Больцмана КДжk2310381 minussdot=
Стала Лошмідта 3250 10692 minussdot= мn
Газова стала КмольДжR sdot= 3148
41
Молярний обrsquoєм ідеального газу
при ну мольмV
330 1041322 minussdot=
Густина деяких речовин
Речов
ина ρsdot10
3 (кгм
3) Речовина ρsdot10
3
(кгм3)
мідь 86 вода 100
залізо 79 гліцерин 126
свине
ць
113 касторове
масло
089
ртуть 136 повітря 000129
Молярні маси деяких речовин
Речовин
а
Молекул
а
micro10- 3
кгмоль Речовина
Молекул
а
micro10-3
кгмоль
Азот N2 28 Гелій Hе 4
Аргон Ar 40 Кисень О2 32
Неон Ne 20 Повітря - 29
Вода H2O 18 Ртуть Hg 201
Водень H2 2 Кухонна
сіль NaCl 58
Вуглекг CO2 44
Нормальні умови
КT 2730 = атмстртммПаp 176010011 50 ==sdot=
Питомі теплоємності для деяких речовин
Сталь КкгДжc sdot= 460
Свинець КкгДжс sdot= 126
Питома теплота плавлення свинцю КкгДж sdotsdot= 410262λ
42
Символи і відносні атомні маси деяких хімічних елементів
H He C N O Cu K Li Na
1 4 12 14 16 64 39 6 23
Деякі параметри води
питома теплота пароутворення при 100degС ndash кгМДжr 262=
питома теплоємність ndash КкгкДжс sdot= 194
питома теплота плавлення при 0degС ndash кгДж510353 sdot=λ
43
Критичні параметри
Елемент КкрT
МПакрp
азот 12
6
34
кисень 15
4
507
Ефективні діаметри молекул
Елем
ент
нмσ
азот 03
0
гелій 02
0
Префікси для утворення кратних одиниць
Префікс Позначення Числове
значення Префікс Позначення
Числове
значення
тера Т T 1012
піко п p 10-12
гіга Г G 109 нано н n 10
-9
мега М M 106 мікро мк micro 10
-6
кіло к k 103 мілі м m 10
-3
Одиниці довжини обrsquoєму тиску концентрації кількості
теплоти коефіцієнта дифузії використані в задачах (в СІ) 333 10111 мдмл minussdot== Нкгс 891 = Джкал 1941 =
мдм 1101 minus= мсм 2101 minus= 363 101 мсм minus= 363 101 мсм =minus
Памкгс 891 2 = ПаабомНсмкгс 242 10891 sdot=
Паммкгс 62 10891 sdot= Паатм 5100111 sdot= (фізична атмосфера)
44
Паат 5109801 sdot= (технічна атмосфера) смссм 101 242 minus=
45
Одиниці в яких вимірюються деякі фізичні величини (в СІ)
Робота енергія ЕА Дж
Кількість теплоти Q Дж
Потужність P або N Джс=Вт
Тиск р Па=Нм2
Молярна маса micro кгмоль
Концентрація п м-3
Теплоємність питома с ДжкгmiddotК
Теплоємність молярна С ДжмольmiddotК
Поверхневий натяг α Нм
Динамічна вrsquoязкість η Паmiddotс=Нmiddotсм2=кгмmiddotс
Коефіцієнт дифузії D м2с
Коефіцієнт теплопровідності κ ВтмmiddotК
Приріст ентропії S∆ ДжК
Сталі Ван-дер-Ваальса а та b Нmiddotм4моль
2 та м
3моль
5Література
1 Загальна фізика за редакцією Ковалець МО Орленка ВФ
Частина1 Інтерактивний комплекс навчально-методичного
забезпечення Рівне 2009
2 Волькенштейн ВС Сборник задач по общему курсу физики- М
ldquoНаукаrdquo1985-1989
3 Иродов ИЕ Задачи по общей физике-МrdquoНаукаrdquo 1982
4 Савельев ИВ Сборник вопросов и задач по общей физике-
МldquoНаукаrdquo1982
5 Чертов АГВоробьев АА Федоров МВ Задачник по физике -М
ldquoВысшая школаrdquo1988
6 Х Кухлинг Справочник по физике-М ldquoМирrdquo1985
11
Після перетворення маємо ( )
21
12
TRT
TTpVNN A minus
=
( ) 26235
10298288318
2882981002612010011asymp
sdotsdot
minussdotsdotsdotsdot=N молекул
Відповідь з кімнати вийшло N=1026
молекул
Приклад 4 В балоні обrsquoємом лV 10= знаходиться гелій під
тиском МПаp 011 = при температурі Ct deg= 271 Після того як з
балона було взято гm 10=∆ гелію температура в балоні зменшилася
до Cto172 = Визначити тиск 2p гелію що залишився
Розвrsquoязання
Застосуємо рівняння Менделєєва-Клапейрона до
початкового і кінцевого станів газу
11
1 RTm
Vpmicro
= 22
2 RTm
Vpmicro
=
де 1m та 2m ndash маси газу в обох станах micro ndash молярна
маса Т ndash абсолютна температура R ndash універсальна
газова стала З цих рівнянь маємо
1
11
RT
Vpm
micro=
2
22
RT
Vpm
micro= або
2
2
1
121
RT
Vp
RT
Vpmm
micromicrominus=minus За умовою задачі mmm ∆=minus 21
тому
∆minus=
V
Rm
T
pTp
micro1
122
KT 3001 = KT 2902 = Паp6
1 1001 sdot= кгm21001 minussdot=∆
КмольДжR sdot= 318 молькг31004 minussdot=micro 321001 мVminussdot=
Паp5
23
26
2 106310011004
3181001
300
1001290 sdot=
sdotsdotsdot
sdotsdotminus
sdot=
minusminus
minus
Відповідь p2= Па51063 sdot
Дано
лV 10= He
МПаp 011 =
Ct deg= 271 гm 10=∆
Ct deg=172 2p
12
Приклад 5 Якою має бути кінетична енергія поступального руху
двох кіломолів кисню щоб його молекули могли покинути Землю
Яка при цьому має бути температура Знайти тиск газу за цих умов
якщо його обrsquoєм 10 м3 Газ вважати ідеальним
Розвrsquoязання
Молекула газу може покинути Землю якщо її
швидкість 2υυ ge 2υ ndash друга космічна швидкість
Отже має виконуватися нерівність
( )2
2201 υm
Ек ge (1)
а для заданої кількості газу кінетична енергія
поступального руху молекул 2
22υm
Eк ge
де ( )1кE ndash кінетична енергія поступального руху однієї молекули 0m
ndash маса однієї молекули m ndash маса всього газу Масу газу виразимо
через кількість речовини νmicro=m
Мінімальна кінетична енергія 2
2
2υνmicro=кE
молькг31032 minussdot=micro моль3102 sdot=ν см32 10211 sdot=υ
( )ДжEк
9
2333
10042
102111021032sdot=
sdotsdotsdotsdotsdot=
minus
Температуру газу знайдемо підставивши в (1) вираз ( )kTЕк
2
31 = і
застосувавши звязок молярної маси з масою однієї молекули
ANm0=micro та означення сталої Больцмана AN
Rk = R ndash універсальна
газова стала AN ndash стала Авогадро
Маємо 22
3 22υmicro
ANkT = або
RT
3
22microυ
=
( )КT
5
233
106113183
102111032sdot=
sdot
sdotsdot=
minus
Тиск розрахуємо виходячи з основного рівняння мкт газів
Дано 310мV =
2О кмоль2=ν
2υυ ge
Ек р Т
13
кEpV3
2=
V
Ep к
3
2=
Паp8
9
1072103
10042sdot=
sdot
sdotsdot=
Відповідь ДжEк91004 sdot= КT
510611 sdot= Пар 81072 sdot=
Приклад 6 Визначити густину суміші що містить гm 41 = водню
та гm 322 = кисню при температурі КT 280= і тиску кПаp 93=
Який обrsquoєм займає газ
Розвrsquoязання
Густина газу RT
pcmicroρ =
де cmicro ndash молярна маса R ndash універсальна газова
стала
Молярна маса суміші
sum=
i i
i
cc m
m
micro
micro
де cm ndash маса суміші ( )21 mmmc += im та imicro ndash маса і молярна
маса і-тої компоненти Тепер густина суміші
( )TRmm
pmm 1
2
2
1
1
21
micromicro
ρ+
+=
кгm3
1 104 minussdot= кгm3
2 1032 minussdot= молькг31 102 minussdot=micro
молькг32 1032 minussdot=micro Паp
41039 sdot=
( ) 3
3
3
3
3
433
480280318
1
1032
1032
102
104
10391032104мкг=
sdot
sdot
sdot+
sdot
sdot
sdotsdotsdot+sdot=
minus
minus
minus
minus
minusminus
ρ
Обrsquoєм газу знайдемо виходячи з означення густини
( )ρρ 21 mmmV c +==
( ) 333 01704801032104 мV =sdotsdot+sdot= minusminus
Відповідь 3480 мкг=ρ 30170 мV =
Дано
( )21 H4 гm =
( )22 32 Oгm =
КT 280=
кПаp 93=
ρ V
14
Приклад 7 Знайти середню довжину вільного пробігу молекул
водню при тиску 133 мПа якщо середня арифметична швидкість
молекул υ =103middot103
см
Розвrsquoязання
Середня довжина вільного пробігу
молекул знаходиться за формулою
n2
2
1
πσλ =
З рівняння стану ідеального газуkT
pn =
де AN
Rk = ndash стала Больцмана
Отже p
Тk22πσ
λsdot
=
(1)
де Т ndash температура k ndash стала Больцмана σ - ефективний діаметр
молекули Для знаходження температури врахуємо що середня
арифметична швидкість руху молекул microπ
υRT8
=
Температура R
T8
2υπmicro=
Підставляючи у формулу (1) вираз для температури отримаємо
pNpR
k
A2
2
2
2
2828 σ
υmicro
σ
υmicroλ ==
( )( )
2
21023
233
104413301032100264118
10031102 minus
minus
minus
sdot=sdotsdotsdotsdotsdotsdot
sdotsdotsdot=λ м
Відповідь =λ 44middot10ndash2
м
Приклад 8 Розрахувати молярну теплоємність ідеального газу за
умови що тиск прямо пропорційний до обrsquoєму
Дано
micro = 2middot10ndash3
молькг
р = 133 мПа = 0133
Па
σ = 23middot10ndash10
м
υ = 103middot103 см
NA =602middot1023
мольndash1
КмольДжR sdot= 318
λ
Дано
Vp ~
15
Розвrsquoязання
За означенням dT
QC
ν
δ=
де Qδ ndash елементарна кількість теплоти dT ndash елементарний приріст
температури ν ndash кількість речовини
Перше начало термодинаміки
dUAQ += δδ
де Aδ ndash елементарна робота газу проти зовнішніх сил
dU - елементарний приріст внутрішньої енергії системи
dTRi
dU2
ν=
де i ndash число ступенів вільності молекул R ndash універсальна газова
стала
pdVA =δ
За умовою задачі Vp α= де α ndash деяка стала величина Тиск
запишемо виходячи з рівняння Менделєєва-Клапейрона
V
RTp
ν=
Прирівняємо праві частини останніх двох рівнянь
RTV να =2
і продиференціюємо цю рівність
RdTVdV να =2 або RdTpdV ν=2
Тепер уже можна записати вираз для елементарної роботи
RdTA νδ2
1=
і розрахувати теплоємність
VCRiRR
dT
RdTi
RdT
C +=+=+
=222
22
1
ν
νν
де VC ndash молярна теплоємність при сталому обrsquoємі
Відповідь 2
RCC V +=
C
16
Приклад 9 В циліндрі під поршнем котрий може вільно
переміщуватися знаходиться 10г азоту Яка кількість теплоти 1Q
необхідна для нагрівання азоту від температури KT 2831 = до
температури KT 2982 = Порівняйте цю теплоту з необхідною
теплотою 2Q для нагрівання такої ж кількості газу в тому ж
температурному інтервалі при постійному обrsquoємі а також визначте
зміну внутрішньої енергії і роботу розширення
Розвrsquoязання
Будемо вважати що газ ідеальний У першому
випадку маємо справу з ізобарним процесом тому
TCm
Q p∆=micro
1
де micro ndash молярна маса pC - молярна теплоємність
при сталому тиску 12 TTT minus=∆
У процесі ізохорного нагрівання (другий
випадок)
TCm
Q V ∆=micro
2
Молярні теплоємності
Ri
CV2
= Ri
RCC Vp2
2+=+=
тому
i
i
C
C
V
p 2+=
i
i
Q
Q 2
2
1 +=
Зміну внутрішньої енергії розраховують за формулою
TRim
U ∆=∆2micro
а роботу розширення газу ndash на основі першого закону термодинаміки
( ) Ui
TTRm
TRim
TRim
UQA ∆=minus=∆minus∆+
=∆minus=2
22
2121
micromicromicro
або безпосередньо за формулою
TRm
A ∆=micro
Дано
гm 10=
N2
KT 2831 =
KT 2982 =
а) const=p
б) const=V
2
1
Q
Q U∆ A
17
кгm31010 minussdot= 5=i (двоатомний газ) молькг31028 minussdot=micro
КмольДжR sdot= 318
415
25
2
1 =+
=Q
Q ( ) ДжU 111283298318
2
5
1028
1010
3
3
=minussdotsdot
sdot=∆
minus
minus
ДжА 4441115
2=sdot=
Відповідь 4121 =QQ ДжU 111=∆ ДжА 444=
Приклад 10 В калориметр з водою з загальною
теплоємністю С=1670 ДжК при температурі Ct deg= 201 поклали
гm 1001 = льоду температура якого Ct degminus= 82 Яка встановиться
температура Питома теплота плавлення льоду кгДж 10353 5sdot=λ
питома теплоємність льоду КкгДжс sdotsdot= 31012
Розвrsquoязання В задачах про лід потрібно спочатку
зrsquoясувати чи розтане весь лід якщо про
це не сказано в умові Коли в
калориметр кинули лід вода в ньому
почала охолоджуватися Теплота яка
виділиться при охолодженні
калориметра
( )011 ttCQ minus=
де Ct deg= 00 - температура кристалізації
води або плавлення льоду
Теплота необхідна для нагрівання льоду
до температури плавлення Ct deg= 00
( )202 ttтсQ minus=
Теплотанеобхідна для плавлення льоду
mQ λ=3
Підставимо числові значення ( ) ДжQ 3340002016701 =minus=
( )( ) ДжQ 168080101012 32 =minusminussdotsdotsdot=
ДжQ 33000101033 53 =sdotsdot=
Дано
КДжС 1670=
Ct deg= 201
Сt degminus= 82
кггт 101001 ==
кгДж51033 sdot=λ
КкгДжс sdotsdot= 31012
Ct deg= 00
minust
18
Проаналізуємо отримані результати 21 QQ gt - це означає що лід
нагріється до Cdeg0 але 321 QQQ +lt (33400lt34680 Дж) - це означає
що не весь лід розтане Тому кінцева температура буде
Cdeg0
Відповідь t= Cdeg0
Приклад 11 Треба стиснути повітря від обrsquoєму 32101 мminussdot до
обrsquoєму 33102 мminussdot Як вигідніше його стискувати адіабатно чи
ізотермічно
Розвrsquoязання
Порівняємо роботу при заданих процесах У
випадку адіабатного процесу
TRi
Аад ∆minus=2
ν
де ν ndash кількість речовини i ndash число ступенів
вільності молекули R ndash універсальна газова стала
T∆ ndash приріст температури ( )12 TTT minus=∆
Скористаємося рівнянням Пуассона
const1 =minusγTV
і виразимо зміну температури через зміну обrsquoєму 1
221
11minusminus = γγ
VTVT
або
1
2
112
minus
=
γ
V
VTT або
minus
=∆
minus
1
1
2
11
γ
V
VTT
Врахуємо що показник адіабати i
i 2+=γ
тобто i21 =minusγ Тоді
minus
minus=
minus1
2
11 11
γ
γ
ν
V
VRTАад
У випадку ізотермічного процесу 1
21 ln
V
VRTАіз ν=
Дано 32
1 101 мVminussdot=
332 102 мV
minussdot=
із
ад
А
А
19
Тепер
1
2
1
2
1
ln
1
1
1
V
V
V
V
А
А
із
ад
minus
minus
minus=
γ
γ
Підставимо числові значення для повітря 41=γ
41
101
102ln
102
1011
141
1
3
2
141
3
2
=
sdot
sdot
sdot
sdotminus
minus=
minus
minus
minus
minus
minus
із
ад
А
А
Відповідь вигідніше стискувати ізотермічно
Приклад 12 В циліндрі під поршнем знаходиться водень масою
002 кг при температурі 300 К Водень спочатку розширився
адіабатно збільшивши свій обrsquoєм у 5 разів а потім був стиснутий
ізотермічно до попереднього обrsquoєму Знайти температуру в кінці
адіабатного процесу і роботу виконану газом під час цих процесів
Зобразити процеси графічно
Розвrsquoязання
Температура і обrsquoєм газу в адіабатному
процесі повrsquoязані рівнянням адіабати 1
2
1
1
2
minus
=
γ
V
V
Т
Т (1)
де i
i 2+=γ ndash показник адіабати
Для водню показник адіабати дорівнює
415
25=
+=γ
Згідно формули (1) γminus
=
1
1
212
V
VТТ
Роботу в адіабатному та ізотермічному
процесах знайдемо скориставшись відповідними формулами
Дано
М = 002 кг
micro = 2middot10ndash3
молькг
і = 5
V2 = 5V1
V3 = V1
Т1 = 300 К
КмольДжR sdot= 318
Т2 А1ndash2 А2ndash3
р
V V1 V2
1
Адіабата
Ізотерма 2
3
20
( ) ( )22
211221 ТТRіM
ТТRіM
А minussdot=minussdotminus=minusmicromicro
2
12
2
3232 lnln
V
VRT
M
V
VRT
MА
micromicro==minus
1585300 402 =sdot= minusТ К
4
321 10982)157300(3182
5
102
020sdot=minussdotsdotsdot
sdot=
minusminusА Дж
4
332 10125
1ln157318
102
020sdotminus=sdotsdot
sdot=
minusminusА Дж
Відповідь Т = 158 К А1-2 = 298middot104 Дж А2-3 = ndash21middot10
4 Дж Графік
процесів показано на малюнку
Приклад 13 Нагрівник теплової машини що працює за циклом
Карно має температуру Ct deg= 2001 Визначити температуру 2T
холодильника якщо при надходженні від нагрівника кількості
теплоти ДжQ 011 = машина виконує роботу ДжA 400=
Розвrsquoязання
За означенням ККД теплової машини
1Q
A=η
а для циклу Карно 1
21
T
TT minus=η
Прирівнявши праві частини виписаних співвідношень
Маємо 1
21
1 T
TT
Q
A minus=
Звідки
minus=
112 1
Q
ATT
Підставимо числові значення KT 4731 =
КT 28001
40014732 =
minus=
Дано
Ct deg= 2001 ДжQ 011 =
ДжA 400=
2T
21
Відповідь KT 2802 =
Приклад 14 Знайти витрату бензину автомобіля на S=1 км шляху
при швидкості годкм 60=υ Потужність двигуна 17 кВт ККД
двигуна 30=η питома теплота згоряння бензину q=45middot106 Джкг
Розвrsquoязання
При згорянні палива виділяється теплота
mqQ sdot=
ККД двигуна Q
Aкор=η Отже
qmQAкор ηη == З другої сторони з
врахуванням потужності υ
SNtNА sdot=sdot=
Прирівнявши ці два вирази отримаємо
q
NSm
ηυ=
Підставимо числові значення
кгт 08045middot1071630
1010176
33
asympsdotsdot
sdotsdot=
Відповідь m = 008 кг
Приклад 15 Ідеальний двоатомний газ здійснює цикл який
складається з двох ізотерм і двох ізохор При цьому найбільша
температура газу 500 К найменша ndash 300 К найбільший обrsquoєм 12 л
найменший ndash 3 л Знайти ККД циклу
Розвrsquoязання
Дано
мкмS3101 ==
смгодкм 71660 ==υ
ВтN31017 sdot=
3030 == ηη
кгДжq 1045 6sdot=
minusт
Дано
5=і
КТ 5001 =
КТ 3002 =
22
p 1
4
T1
T2
2
3
V1 V2 V
ККД циклу Q
А=η
де A - робота виконана газом Q - теплота
отримана газом Розглянемо ізопроцеси При
ізотермічних процесах 0=∆U оскільки
температура не змінюється З першого закону
термодинаміки ( AUQ +∆= ) випливає що в
цьому випадку вся отримана газом теплота
йде на виконання роботи AQ =
Для процесу 1rarr2 маємо
01
211121
2
1
2
1
gt==== intintrarrV
VnRT
m
V
dVRT
mpdVAQ
V
V
V
V
lmicromicro
де тиск V
RTт
р1
1 sdot=micro
Для процесу 3rarr4 маємо
01
222243
2
1
1
2
ltminus=minus=== intintrarrV
VnRT
m
V
dVRT
mpdVAQ
V
V
V
V
lmicromicro
- газ віддає
теплоту
Для ізохорних процесів обrsquoєм не змінюється тому 0=А З першого
закону термодинаміки TRmi
UQ ∆=∆=micro2
Для процесу 2rarr3 маємо
( ) ( ) 022
211232 ltminusminus=minus=rarr TTRmi
TTRmi
Qmicromicro
- газ віддає теплоту
Для процесу 4rarr1 маємо ( ) 02
2114 gtminus=rarr TTRmi
Qmicro
Отже газ виконав роботу ( )211
221 TT
V
VnR
mAAA minus=+= l
micro
Газ отримав теплоту ( )
minus+=+= rarrrarr 21
1
211421
2TT
i
V
VnTR
mQQQ l
micro
Тоді ККД цикла
331 1033 млV
minussdot==
332 101212 млV
minussdot==
minusη
23
( )
( )
( )
( )211
21
211
2
211
21
211
2
22TT
i
V
VnT
TTV
Vn
TTi
V
VnTR
m
TTV
VnR
m
Q
А
minus+
minus
=
minus+
minus
==
l
l
l
l
micro
microη
( )
( )23230
3005002
5
103
1012500
300500103
1012
3
3
3
3
=rArr=
minus+sdot
sdotsdot
minussdot
sdot
=
minus
minus
minus
minus
ηη
n
n
l
l
( 386169302224 =sdot== nn ll )
Відповідь 23=η
Приклад 16 Знайти приріст ентропії при перетворенні 1 г води з
температурою 0degС в пару при 100degС
Розвrsquoязання
Зміна ентропії у випадку оборотного
термодинамічного процесу
int=∆B
AT
QS
δ
де Qδ ndash елементарна кількість теплоти T ndash абсолютна
температура A та B ndash формальні позначення
вихідного і кінцевого стану системи
Розібrsquoємо інтеграл у правій частині виписаної формули на два
доданки що відповідають двом процесам заданим в умові
intint +equiv∆+∆=∆B
C
C
AT
Q
T
QSSS
δδ21
де 1S∆ ndash приріст ентропії при нагріванні води від температури 1T до
температури 2T 2S∆ ndash приріст ентропії при випаровуванні ( 2T за
умовою задачі ndash температура кипіння води)
У першому доданку
cmdTQ =δ
де c ndash питома теплоємність води У другому доданку const2 =T а
Дано
гm 1=
OH2 Ct deg= 01
Ct deg= 1002 S∆
24
rmQQ
B
C
==intδ
де r ndash питома теплота пароутворення Маємо
+=+=∆ intint
21
2
2
ln12
1T
r
T
TcmQ
TT
dTcmS
B
C
T
T
δ
КкгДжс sdotsdot= 310194 кгДжr510622 sdot= кгm
3101 minussdot=
КT 2731 = КT 3732 =
КДжS 47373
10622
273
373ln10194101
533 =
sdot+sdotsdot=∆ minus
Відповідь КДжS 47=∆
Приклад 17 105 г азоту ізотермічно розширюються від обrsquoєму
лV 21 = до обrsquoєму лV 52 = Знайти приріст ентропії при цьому
процесі
Розвrsquoязання
При ізотермічному процесі Т=const
отже зміна внутрішньої енергії 0=dU
Тоді з першого закону термодинаміки
маємо AQ δδ =
Елементарна робота з врахуванням виразу
для тиску р з рівняння Менделєєва-
Клапейрона V
dVRT
mрdVА
microδ ==
Зміна ентропії в оборотному термодинамічному процесі int=∆B
AT
QS
δ
В нашому випадку 1
22
1
V
VnR
m
TV
TdVR
m
T
АS
V
V
B
A
lmicromicro
δ===∆ intint
молькг 1028 3minussdot=micro - молярна маса азота
Підставимо числові значення
Дано
кггт 310510510 minussdot==
лV 21 =
лV 52 =
constТ =
minus∆S
25
КДжnS 922
5318
1028
10510
3
3
=sdotsdotsdot
sdot=∆
minus
minus
l
Відповідь КДжS 92=∆
Приклад 18 Два кіломолі триатомного газу адіабатно
розширюються в пустоту від 31 1мV = до 3
2 5мV = Температура газу
при цьому зменшується на 15 К Знайти за цими даними постійну laquoаraquo
з рівняння Ван-дер-Ваальса
Розвrsquoязання
Перше начало термодинаміки для адіабатного
процесу має вигляд dUA minus=δ де А ndash робота газу
проти зовнішніх сил U ndash внутрішня енергія За
умовою задачі зовнішнього тиску немає
(розширення в пустоту)
тому 0== dVpAδ
В підсумку маємо що 0=dU
Зміна внутрішньої енергії має дві складові
dTCVν що не залежить від зміни обrsquoєму та
( )VdU що залежить від обrsquoєму Остання складова
рівна роботі сили міжмолекулярного притягання
котра спричинює додатковий внутрішній тиск
2
20
V
aP ν=
( ) dVV
adVPVdU
2
20 ν==
Повна зміна внутрішньої енергії газу
02
2 =+ dVV
adTCV νν
Дано
моль3102 sdot=ν
6=i 0=Qδ
Паp 0=
31 1 мV =
32 5 мV =
KT 15minus=∆
a
26
Звідки dVCV
adT
V2
νminus=
Проінтегруємо останнє співвідношення
int int
minus=minus=
2
1
2
1
122
11T
T
V
V VV VVC
a
V
dV
C
adT νν
тобто
minus=∆
12
112
VViR
aT ν
оскільки молярна теплоємність при постійному обrsquoємі Ri
CV2
=
(і ndash число ступенів вільності R ndash універсальна газова стала)
Тепер маємо
( )21
21
2 VV
VTViRa
minus
∆=
ν
( )
( ) 2
4
3230
511022
51153186
моль
мНa
sdot=
minussdotsdot
sdotsdotminussdotsdot=
Відповідь 2
4
230моль
мН sdot=α
3 Задачі для самостійного розвrsquoязування
Вказівки до розвrsquoязування задач
1 В задачах на теплоту складають рівняння теплового балансу сума
теплоти що виділяється при певних процесах дорівнює сумі теплоти
що поглинається при інших процесах
2 В задачах про лід потрібно спочатку зrsquoясувати (кількісними
підрахунками) чи розтане весь лід якщо про це не сказано в умові
Якщо розтане не весь лід то кінцева температура дорівнюватиме 0ordmС
31 Молекулярна фізика
27
Рівняння стану ідеального газу
1 Балон місткістю 12 л заповнений азотом при тиску 81МПа і
температурі 17degС Знайти масу азоту (113 кг)
2 Яким може бути найменший обrsquoєм балона що містить 64 кг
кисню якщо його стінка при температурі 20degС витримує тиск
160 кгссм2 (32middot10
1 м
3)
3 До якої температури потрібно нагріти ідеальний газ щоб його
густина зменшилася у два рази порівняно з густиною цього газу
при Ct deg= 00 (Т=2Т0=546 К)
4 5 г азоту що знаходиться в закритій посудині місткістю 4 л при
температурі 20degС нагрівають до температури 40degС Знайти тиск
газу до і після нагрівання (р1=108middot105Па р2=116middot10
5Па)
5 Знайти густину водню при температурі 15degС і тиску 730 мм ртст
( 30810 мкг=ρ )
6 Густина деякого газу при температурі 10degС і тиску 2sdot105Па
дорівнює 034 3мкг Чому дорівнює маса одного кіломоля цього
газу ( молькг3104
minussdot=micro )
7 10 г кисню знаходяться під тиском 3 атм при температурі 10degС
Після розширення внаслідок нагрівання при постійному тиску
кисень зайняв обrsquoєм 10 л Знайти 1) обrsquoєм газу до розширення 2)
густину газу до розширення 3) температуру газу після
розширення 4) густину газу після розширення
( 331 1042)1 мV
minussdot= 2) 31 144 мкг=ρ 3) Т2=1170 К 4) 3
2 1 мкг=ρ )
8 6 г вуглекислого газу ( )2CO і 5 г закису азоту ( )ON2 заповнюють
посудину місткістю 2 дм3 Який загальний тиск у посудині при
температурі 127degС (415middot105Па)
9 Яка кількість речовини є в газовому балоні обrsquoємом 2 л при тиску
1013 МПа і температурі 10degС (86 моль)
10 Балон для газового зварювання місткістю 20 л був заповнений
киснем при температурі 15degС Коли частину кисню витратили
тиск у балоні знизився на 5065 кПа Скільки кисню було
витрачено ( кгm 1350=∆ )
11 Температура повітря в посудині обrsquoємом 5 л становить 27degС його
тиск 2026 МПа Визначити масу повітря яке потрібно випустити з
посудини щоб тиск у ній знизився до 1013 МПа ( кгm 0590=∆ )
28
12 Визначити густину повітря в камері шин автомобіля ВАЗ 2110
якщо тиск у камері 018 МПа (надлишковий) а температура 20degС
( 3353 кгм=ρ )
13 Знайти густину суміші 10-2 кг вуглекислого газу і 15sdot10
- 2 кг азоту
при температурі 300 К і тиску 015 МПа ( 3981 кгм=ρ )
14 Знайти молярну масу суміші що утворилася з 38sdot10-3 кг кисню і
22sdot10-2 кг вуглекислого газу ( кгмоль2104 minussdot=micro )
15 Накреслити графіки ізотермічного ізобарного та ізохорного
процесів в ідеальному газі у системах координат р V p T V T
Порівняти ці графіки
16 На рис1 зображено графік зміни стану ідеального газу в
координатах V T Виразити ці процеси графічно в координатах p V
та p T Назвати ці процеси
17 Зміна стану ідеального газу сталої маси зображена на рис2 В т1
температура газу Т0 Визначити температуру газу в т234
(Т2=3Т0 Т3=6Т0 Т4=2Т0)
18 Який обrsquoєм займає суміш газів ndash азоту масою кгm 11 = і гелію
масою кгm 12 = ndash при нормальних умовах (64 м3)
19 Скільки молекул міститься в 1 г водяної пари (33sdot1022
)
20 Скільки молекул буде знаходитися в 1 см3 посудини при 10degС
якщо посудину підкачано до ртстммp11101 minussdot= (34sdot10
5)
21 У балоні місткістю лV 3= знаходиться кисень масою 4 г
Визначити кількість речовини ν газу і концентрацію n його
молекул (ν =0125 моль n=251sdot1025м
-3)
Рис 1 Рис 2
29
22 У балоні було 10 кг газу при тиску 10 МПа Знайти яку масу газу
взяли з балона якщо тиск став рівним 25 МПа Температуру
вважати постійною (75 кг)
23 Балони місткістю лV 201 = і лV 442 = заповнені газом Тиск у
першому балоні МПаp 421 = у другому ndash МПаp 612 =
Визначити загальний тиск p після сполучення балонів якщо
температура газу залишилася попередньою (076 МПа)
24 Газ в кількості m=16 г при тиску р=106 Нм
2 і температурі t=112degС
займає обrsquoєм V=1600 см3 Визначити який це газ (кисень)
25 При якому тиску р густина ρ газоподібного азоту що має
температуру t= - 73degС складає 04 густини води кімнатної
температури 33
010 кгмρ = ( 271042 Нмр sdot= )
26 Відкрита посудина нагріта до температури t2=450degС Яка частина
маси повітря залишилась в ній в порівнянні з тією кількістю яка
була при t1=27degС Розширенням посудини знехтувати
(m2m1=0415)
27 10 г кисню знаходяться під тиском 0303 мкПа при температурі
10degС Після розширення внаслідок нагрівання при постійному
тиску кисень зайняв обrsquoєм 10 л Знайти обrsquoєм газу до розширення і
температуру газу після розширення (V1=24sdot10-3 м
3 Т2=118sdot10
3 К)
28 Скільки молекул повітря буде знаходитись в 1 см3 посудині при
10degС якщо повітря в посудині відкачане до тиску 133 мкПа
(34sdot108)
29 У 1 кг сухого повітря знаходиться m1=232 г кисню і m2=768 г
азоту Знайти відносну молярну масу повітря (microсм=288 кгмоль
microвідн=288 кгмоль)
30 У скільки разів вага повітря взимку (7 0
С) більша за його вагу
влітку (37 0 С) Тиск однаковий (11 рази)
31 У відкритій посудині при Ct0
1 20= є повітря гm 1501 = На яку
величину m∆ зменшиться маса повітря в посудині при нагріванні
її до Ct0
1 100= Зміною розмірів посудини при нагріванні
знехтувати ( m∆ =322 г)
32 У посудині знаходиться суміш 10 г вуглекислого газу і 15 г азоту
Знайти густину цієї суміші при температурі 27 0
С і тиску
15sdot10 5 Па ( 3981 мкг=ρ )
33 Знайти масу атома 1)водню 2) гелію
30
( )(10656)(10671 2727 геліюкгmводнюкгmminusminus sdot=sdot= )
34 Визначити концентрацію n молекул ідеального газу при
температурі Т= 300 К і тиску р =1 МПа ( n=224sdot10 17 м
-3)
Основне рівняння молекулярно-кінетичної теорії газів
швидкості молекул
35 Тиск p газу дорівнює 1 мПа концентрація n його молекул рівна
310101 minussdot см Визначити 1) температуру Т газу 2) середню
кінетичну енергію ( )1кЕ поступального руху молекули
( 1) Т=725 кК 2) ( )1кЕ =15sdot10
-19 Дж)
36 Молекула кисню при нормальних умовах рухається зі швидкістю
425 мс Визначити кінетичну енергію молекули
( ( )1кЕ =48sdot10
-21Дж)
37 Визначити кінетичну енергію поступального руху молекули
аміаку а також повну кінетичну енергію молекул одного моля
аміаку при температурі 373 К ( ( )1кЕ =773sdot10
-21Дж Еk=932 Дж)
38 Визначити сумарну кінетичну енергію теплового руху всіх
молекул кисню (О2) що займають обrsquoєм V=55sdot10-3 м
3 при тиску
р=2026 кПа (Еk=279 кДж)
39 Густина деякого газу 3060 мкгρ = середня квадратична
швидкість його молекул смкв 500=υ Знайти тиск газу на стінки
посудини (5 кПа)
40 Газ займає обrsquoєм лV 1= під тиском атмр 2= Визначити
кінетичну енергію kE поступального руху всіх молекул в даному
обrsquoємі (03 кДж)
41 Кількість речовини деякого газу моль51=ν температура
КТ 120= Визначити кінетичну енергію kE поступального руху
всіх молекул цього газу (73 кДж)
31
42 При якій температурі середня кінетична енергія ( )1кЕ
поступального руху молекули газу рівна Дж2110144 minussdot
(200 К)
43 Посудина зі внутрішнім обrsquoємом лV 4= містить гm 60=
деякого газу під тиском атмр 2= Визначити середню
квадратичну швидкість молекул газу (2 103
см )
43 Середня квадратична швидкість руху молекул деякого газу що
перебуває під тиском 50 кПа дорівнює 449 мс Визначити
густину газу при цих умовах ( 37440 мкг=ρ )
44 При якій температурі середня квадратична швидкість молекул
кисню дорівнює швидкості молекул азоту при температурі 373 К
(Т = 426 К)
46 Знайти середню арифметичну швидкість молекул газу коли
відомо що середня квадратична швидкість 400 мс
( см370=υ )
47 Знайти найбільш імовірну та середню арифметичну швидкості
молекул газу густина якого при тиску 40 кПа дорівнює 03 кгм3
( імυ = 5164 мс υ = 6324 мс)
48 Знайти середню квадратичну швидкість молекул повітря при
температурі 17deg С Повітря вважати однорідним газом з молярною
масою 29sdot10-3 кгмоль ( 500=квυ мс)
49 Визначити середню квадратичну швидкість квυ молекул газу
масою гm 30= що знаходиться в посудині місткістю лV 2= під
тиском кПаp 200= (2sdot10 3 мс)
50 Знайти відношення середніх квадратичних швидкостей молекул
гелію та азоту при однакових температурах (265)
51 Знайти середню квадратичну квυ середню арифметичну υ та
найімовірнішу імυ швидкості молекул водню Обчислення
виконати для трьох значень температури 1) КТ 20=
2) КТ 300= 3) КТ 5000= ( 1) 500 мс 462мс 407 мс
2) 194 кмс 179 кмс 158 кмс 3) 790 кмс 730 кмс 648 кмс)
52 При якій температурі Т середня квадратична швидкість атомів
гелію буде дорівнювати другій космічній швидкості
скм2112 =υ (201 кК)
32
53 Знайти середню арифметичну швидкість υ молекул газу якщо їх
середня квадратична швидкість скмкв 1=υ (092 кмс)
54 Кінетична енергія поступального руху молекул азоту що
знаходиться в обrsquoємі 20 дм3 дорівнює 5 кДж а середня
квадратична швидкість його молекул рівна 2 кмс Знайти 1) масу
азоту в балоні 2) тиск під яким знаходиться азот
( 1) т=25sdot103 кг 2) р=167sdot10
5 Па)
55 Посудина що містить деяку масу одноатомного газу рухається зі
швидкістю u На скільки збільшиться середній квадрат швидкості
теплового руху молекул при зупинці посудини Теплоємність
теплопровідність і маса стінок посудини зникаюче малі
56 Обчислити кількість теплоти що необхідна для нагрівання повітря
від Т1= 273 К до Т2= 303 К при сталому тиску якщо спочатку воно
перебувало при нормальному тиску р1 і мало обrsquoєм V1=50 м3
(∆Q=1948 кДж)
57 Яка кількість теплоти необхідна для нагрівання одного моля
одноатомного газу на 1 К при сталому обrsquoємі (∆Q=124 кДж)
58 Балон місткістю 2sdot10-2
м3 з киснем що має тиск 1013 МПа і
температуру 280 К нагрівають до 300 К Яку кількість теплоти
дістає при цьому газ (∆Q=35 кДж)
59 Визначити кількість теплоти (∆Q) що необхідна для нагрівання
повітря від Т1= 273 К до Т2=298 К при сталому обrsquoємі V1=30 м3
якщо початковий тиск повітря р1 був нормальний
(∆Q=6957 кДж)
32 Термодинаміка Реальні гази
Внутрішня енергія робота розширення газу
перше начало термодинаміки
60 Чому дорівнює енергія теплового руху молекул двоатомного газу
що знаходиться в посудині місткістю 2 л під тиском 015 МПа
(U=750 Дж)
61 10 г кисню знаходяться під тиском 03 МПа при температурі 10degС
Після нагрівання при постійному тиску газ зайняв обrsquoєм 10 л
Знайти 1) кількість теплоти одержаної газом 2) зміну
33
внутрішньої енергії газу 3) роботу виконану газом при
розширенні ( 1) 792sdot103Дж 2) 5660 Дж 3) 226sdot10
3 Дж)
62 2 кмолі вуглекислого газу нагріваються при постійному тиску на
50degС Знайти 1) зміну його внутрішньої енергії 2) роботу
розширення 3) кількість теплоти наданої газу
( 1) 2500 Дж 2) 830 кДж 3) 3300 кДж)
63 Газ що займав обrsquoєм 5 л і знаходився під тиском 02 МПа при
температурі 17degС було нагріто внаслідок чого він ізобарно
розширився Робота розширення газу при цьому виявилася рівною
196 Дж Наскільки нагріто газ (57 К)
64 При ізотермічному розширенні 10 г азоту що знаходиться при
температурі 17degС було виконано роботу 860 Дж У скільки разів
змінився тиск азоту при розширенні (272)
65 1л гелію котрий знаходиться при нормальних умовах ізотермічно
розширюється за рахунок одержаної ззовні теплоти до обrsquoєму 2 л
Знайти 1) роботу виконану газом при розширенні 2) кількість
наданої газу теплоти ( 1) 70 Дж 2) 70 Дж )
66 1 кг двоатомного газу знаходиться під тиском 80 кПа і має
густину 34 мкг=ρ Знайти енергію теплового руху молекул газу
при цих умовах (5sdot104Дж)
67 У посудину в котрій міститься 28 л води при температурі 20degС
вкинули нагрітий до 460degС кусок сталі що має масу 3кг Від цього
вода в посудині нагрілася до 60degС а частина її перетворилася в
пару Визначити масу води котра випарувалася Теплоємністю
посудини знехтувати
68 Знайти для кисню відношення питомої теплоємності при сталому
тиску до питомої теплоємності при постійному обrsquoємі (14)
69 1 кмоль азоту який знаходився при нормальних умовах
розширюється адіабатно від обrsquoєму 1V до обrsquoєму 12 5VV =
Знайти1) зміну внутрішньої енергії газу 2) роботу виконану при
розширенні ( 1) 269 sdot10 6 Дж 2) 269 sdot10
6 Дж)
70 Повітря що при нормальному атмосферному тиску зайняло обrsquoєм
2sdot10-2
м3 адіабатно стискується до обrsquoєму 2sdot10
-3 м
3 Визначити
тиск повітря після стискання (р=254 МПа)
71 Знайти питомі теплоємності азоту та їхні відношення при сталому
обrsquoємі та сталому тиску ( КкДжкгcV sdot= 7420
КкгкДжcp sdot= 041 )
34
72 Знаючи молярну масу газу ( кгмольmicro 31044 minussdot= ) і відношення
питомих теплоємностей (γ=133) обчислити молярні теплоємності
Ср і СV ( СV=0566 кДжкгsdotК Ср=0754 кДжкгsdotК)
Теплоємність адіабатний процес
73 Різниця питомих теплоємностей Vp cc minus деякого двоатомного газу
дорівнює 260 Джкг К Знайти молярну масу micro газу і його питомі
теплоємності pc та cV
( micro=0032 молькг cV=650 ДжкгmiddotК pc =910 ДжкгmiddotК)
74 Молярна маса деякого газу мольг30=micro відношення
41=Vp cc Знайти питомі теплоємності pc і сV цього газу
( сV=693 ДжкгmiddotК pc =910 ДжкгsdotК )
75 До якої температури охолодиться повітря що знаходиться при
температурі 0degС якщо воно розширюється адіабатно від обrsquoєму 1V
до обrsquoєму 12 2VV = (207 К)
76 Газ розширюється адіабатно при цьому обrsquoєм його збільшується
вдвічі а температура падає в 132 рази Яке число ступенів
вільності мають молекули цього газу (5)
77 Чому дорівнюють питомі теплоємності pc і сV деякого
двоатомного газу якщо густина цього газу при нормальних
умовах дорівнює 143 кгм3 (сV=650 ДжкгmiddotК pc =910 ДжкгmiddotК)
78 Двоатомний газ займає обrsquoєм лV 501 = при тиску атмp 501 =
Газ стискується адіабатно до деякого обrsquoєму 2V і тиску 2p а
потім при постійному обrsquoємі 2V охолоджується до початкової
температури При цьому тиск його стає рівним атмp 10 =
Зобразити описаний процес графічно знайти обrsquoєм 2V і тиск 2p
(025 л 132 атм)
79 Газ розширюється адіабатно так що його тиск спадає від 2 атм
до 1 атм Потім він нагрівається при постійному обrsquoємі до
початкової температури причому його тиск зростає до 122 атм
35
Зобразити описаний процес графічно і визначити відношення
Vp cc газу (14)
Цикл Карно ентропія
80 Ідеальна теплова машина що працює за циклом Карно отримує за
кожний цикл від нагрівника 600 кал теплоти Температура
нагрівника 400 К температура холодильника 300 К Знайти
роботу що виконує машина за один цикл і кількість теплоти
котра віддається холодильнику за один цикл
( А=630 Дж Q2=1880 Дж)
81 Ідеальна теплова машина що працює за циклом Карно 23
теплоти одержаної від нагрівника передає холодильнику з
температурою 10degС Визначити температуру нагрівника (4245 К)
82 Ідеальна теплова машина працює за циклом Карно При цьому
80 теплоти одержаної від нагрівника передається
холодильнику Від нагрівника надходить за цикл 15 ккал теплоти
Знайти 1) ККД циклу 2) роботу виконану за цикл
( 1) 20 2) 126sdot103Дж)
83 Ідеальна теплова машина що працює за циклом Карно виконує
за один цикл роботу 735sdot 10 4 Дж Температура нагрівника 100
0 С
температура холодильника 00 С Знайти1) ККД машини
2) кількість теплоти одержаної машиною за один цикл від
нагрівника 3) кількість теплоти яка віддається за один цикл
холодильнику ( 1) 268 2) 274 sdot10 4 Дж 3) 126 sdot10
4 Дж)
84 Ідеальна теплова машина отримує від нагрівника температура
якого 500 К за один цикл 3360 Дж теплоти Знайти кількість
теплоти що передається за один цикл холодильнику температура
якого 400 К Знайти роботу машини за один цикл
(Q2= 2688 Дж А= 672 Дж)
85 Ідеальна теплова машина що працює за циклом Карно має
температуру нагрівника 600 К а холодильника 500 К У скільки
разів потрібно збільшити абсолютну температуру нагрівника щоб
ККД машини збільшився вдвічі (в 125)
86 Визначити ККД циклу і температуру нагрівника теплової
машини яка працює за циклом Карно якщо за рахунок 2 кДж
теплоти одержаної від нагрівника вона виконує роботу 400 Дж
Температура холодильника 480 К (20 600 К)
36
87 Знайти зміну ентропії при ізотермічному розширенні 6 г водню зі
зменшенням тиску від 01 МПа до 50 кПа (173 ДжК)
88 105 г азоту ізотермічно розширюються від обrsquoєму лV 21 = до
обrsquoєму лV 52 = Знайти приріст ентропії в цьому процесі
(29 ДжК)
89 10 г кисню нагріваються від Ct deg= 501 до Ct deg= 1502 Знайти зміну
ентропії якщо нагрівання відбувається 1) ізохорно 2) ізобарно
( 1) 176 ДжК 2) 246 ДжК )
90 У циклі Карно робочим тілом є двоатомний газ Визначити ККД
циклу якщо при адіабатичному розширенні обrsquoєм газу збільшився
від 80 до 102 дм3 (01 або 10)
91 05 кг розплавленого свинцю при температурі плавлення влили в
лід при 0degС Частина льоду розплавилася Знайти зміну ентропії
(50 ДжК)
Реальні гази явища перенесення
92 Знайти критичний молярний обrsquoєм азоту
93 Розрахувати густину кисню у критичному стані
94 Знайти середню довжину вільного пробігу атомів гелію в умовах
коли густина гелію 321 мг=ρ (18sdot10-6 м)
95 Знайти середню довжину вільного пробігу атомів азоту при
температурі 17 0 С і тиску 10
4 Па ( м610 minus=λ )
96 Знайти залежність середнього числа зіткнень молекул z ідеального
газу від тиску р в наступних процесах 1) ізохорному
2)ізотермічному Зобразити ці залежності на графіках
( pzpz asympasymp )2)1 )
97 У посудині знаходиться вуглекислий газ густина якого 321012 мкгminussdot=ρ середня довжина вільного пробігу його
молекул при цих умовах дорівнює см61097 minussdot=λ Знайти
діаметр молекул вуглекислого газу ( d =35sdot 10 -10
м )
37
98 Знайти діаметр молекули кисню якщо відомо що для кисню
коефіцієнт внутрішнього тертя при 0ordm С дорівнює
сПа sdotsdot= minus610818η ( d = 3middot10
-10 м)
99 Знайти динамічну вrsquoязкість азоту при нормальних умовах якщо
коефіцієнт дифузії для нього при цих умовах дорівнює
сcм21420 (η = 178sdot10-5 Паsdotс)
100 Знайти коефіцієнт теплопровідності водню якщо його
динамічна вrsquoязкість при таких самих умовах рівна смкПа sdot68
(0090 ВтмmiddotК)
101 Коефіцієнт дифузії і динамічної вrsquoязкість кисню дорівнюють
см2510221
minussdot та сПа sdotsdot= minus510951η відповідно Знайти при
цих умовах 1) густину кисню 2) середню довжину вільного
пробігу його молекул і 3) середню арифметичну швидкість його
молекул ( 1) 16 кгм3 2) 835sdot10
-8 м 3) 440 мс)
102 Знайти залежність коефіцієнта теплопровідності κ газу від
температури Т в умовах ізобарного та ізохорного процесів
Зобразити ці залежності графічно (1 κ~ Т 2 κ~ Т )
103 Зайти коефіцієнт дифузії при нормальних умовах 1)гелію
2)кисню ( 1) сcм2720 2) сcм2180 )
104 Коефіцієнт дифузії D кисню при температурі t=0ordmС дорівнює
019 см2с Визначити середню довжину вільного пробігу λ
молекул кисню ( λ =135 нм)
105 Визначити залежність коефіцієнта дифузії D ідеального газу від
температури при наступних процесах 1)ізобарному
2)ізохорному ( 1) D~ 3Т 2) D~ Т )
106 Визначити залежність динамічної вrsquoязкості η від температури Т
при наступних процесах 1)ізобарному 2) ізохорному Зобразити
ці залежності на графіках ( 1) η ~ Т 2) η ~ Т )
107 Знайти коефіцієнт дифузії та коефіцієнт внутрішнього тертя
повітря при тиску 760 мм рт ст і температурі 10ordmС Діаметр
молекули повітря прийняти 3middot10-1 м
(148middot10-5 м
2с 185middot10
- 5 Паsdotс)
108 У скільки разів коефіцієнт внутрішнього тертя кисню більший за
коефіцієнт внутрішнього тертя азоту Температура газів
однакова (107)
38
109 Знайти коефіцієнт теплопровідності повітря при температурі
10ordmС і тиску 105 Па Діаметр молекули повітря прийняти рівним
3middot10-8 см (132middot10
-3 ВтмmiddotК)
110 Знайти залежність коефіцієнта теплопровідностіκ від тиску р
при наступних процесах 1)ізотермічному 2)ізохоричному
Зобразити ці залежності на графіках
( 1) Не залежить 2) κ ~ р )
Таблиця для самостійної роботи
Варіанти
завдань
Номери задач
1 1 11 35 45 60 73 85 97
2 2 12 36 46 61 74 86 98
3 3 13 37 47 62 75 87 99
4 4 14 38 48 63 76 88 100
5 5 15 39 49 64 77 89 103
6 6 16 40 50 65 80 92 104
7 7 17 41 51 66 81 93 105
8 8 18 42 52 67 82 94 106
9 9 19 43 53 68 83 95 107
10 10 20 44 54 69 84 96 108
Задачі для усного розвrsquoязування
111 Під час накачування повітря в гумову камеру одночасно
збільшується його обrsquoєм і тиск Чи не суперечить це закону Бойля -
Маріотта
112 Чому влітку шини коліс автомобілів накачують повітрям до
меншого тиску ніж взимку
113 Якої форми необхідно взяти посудину щоб сила тиску на дно
дорівнювала вазі рідини Була більша Менша ваги рідини
39
114 У посудині наповненій до краю водою плаває кусок льоду Чи
виллється вода з посудини коли лід розтане
115 Дві кульки ndash мідна та алюмінієва зрівноважені на пружинних
терезах Чи порушиться рівновага терезів якщо кульки упустити у
воду
116 Чи можна перелити воду з однієї склянки в іншу знаходячись в
кабіні штучного супутника Землі
117 Повітря складається з азоту кисню та інших газів Чи однакова
кінетична енергія поступального руху молекул цих газів при даній
температурі
118 Якими способами можна змінити внутрішню енергію тіла
119 В якому випадку зміна тиску газу буде більшою при адіабатній
чи ізотермічній зміні обrsquoєму
120 Чому ізотермічне розширення газу відбувається тільки внаслідок
підведення до нього деякої кількості теплоти
121 Чому в дизелі нема потреби запалювати пальну суміш
електричною іскрою як це робиться в інших двигунах
122 Під час роботи пневматичний молот що працює за рахунок
енергії стиснутого повітря зовні обмерзає Яка причина охолодження
123 Після сильного шторму вода в морі стає теплішою Чому
124 Деяку масу ідеального газу нагрівають на однакову кількість
градусів один раз при сталому тиску а другий раз при сталому обrsquoємі
В якому випадку потрібна більша кількість теплоти Чому
125 Чому вода на дні океану залишається холодною в той час як по
мірі просування в глибину Землі на кожні 100 м температура
збільшується приблизно на 3deg
40
126 Чи може теплова машина мати ККД=100 якщо працюватиме за
ідеальним циклом
127 Чи можна створити умови за яких внутрішня енергія переходила
б від тіл з нижчою температурою до тіл з вищою температурою
128 Чи охолоне повітря в кімнаті якщо відчинити двері домашнього
холодильника ввімкнутого в мережу
129 Чому температура пари яка надходить у парову турбіну нижча
за температуру пари що виходить з неї
130 Накреслити криві ізобарного ізохорного ізотермічного процесів
на діаграмах залежності V T P T P V
131 Як пояснити утворення роси і туману
132 Коли і чому на дроті лінії електропередач зrsquoявляється іній
133 Обrsquoєм посудини в якій міститься насичена пара ізотермічно
збільшили в 5 разів Що сталося з тиском пари
134 Чому туман зrsquoявляється в вечірній час а зранку зникає
135 Чому після дощу стає холодніше Пояснити це явище
4 Довідкові дані
Фундаментальні фізичні сталі
Гравітаційна стала 221110676 кгмНG sdotsdot= minus
Прискорення вільного падіння 2см819=g
Стала Авогадро 12310026 minussdot= мольN A
Стала Больцмана КДжk2310381 minussdot=
Стала Лошмідта 3250 10692 minussdot= мn
Газова стала КмольДжR sdot= 3148
41
Молярний обrsquoєм ідеального газу
при ну мольмV
330 1041322 minussdot=
Густина деяких речовин
Речов
ина ρsdot10
3 (кгм
3) Речовина ρsdot10
3
(кгм3)
мідь 86 вода 100
залізо 79 гліцерин 126
свине
ць
113 касторове
масло
089
ртуть 136 повітря 000129
Молярні маси деяких речовин
Речовин
а
Молекул
а
micro10- 3
кгмоль Речовина
Молекул
а
micro10-3
кгмоль
Азот N2 28 Гелій Hе 4
Аргон Ar 40 Кисень О2 32
Неон Ne 20 Повітря - 29
Вода H2O 18 Ртуть Hg 201
Водень H2 2 Кухонна
сіль NaCl 58
Вуглекг CO2 44
Нормальні умови
КT 2730 = атмстртммПаp 176010011 50 ==sdot=
Питомі теплоємності для деяких речовин
Сталь КкгДжc sdot= 460
Свинець КкгДжс sdot= 126
Питома теплота плавлення свинцю КкгДж sdotsdot= 410262λ
42
Символи і відносні атомні маси деяких хімічних елементів
H He C N O Cu K Li Na
1 4 12 14 16 64 39 6 23
Деякі параметри води
питома теплота пароутворення при 100degС ndash кгМДжr 262=
питома теплоємність ndash КкгкДжс sdot= 194
питома теплота плавлення при 0degС ndash кгДж510353 sdot=λ
43
Критичні параметри
Елемент КкрT
МПакрp
азот 12
6
34
кисень 15
4
507
Ефективні діаметри молекул
Елем
ент
нмσ
азот 03
0
гелій 02
0
Префікси для утворення кратних одиниць
Префікс Позначення Числове
значення Префікс Позначення
Числове
значення
тера Т T 1012
піко п p 10-12
гіга Г G 109 нано н n 10
-9
мега М M 106 мікро мк micro 10
-6
кіло к k 103 мілі м m 10
-3
Одиниці довжини обrsquoєму тиску концентрації кількості
теплоти коефіцієнта дифузії використані в задачах (в СІ) 333 10111 мдмл minussdot== Нкгс 891 = Джкал 1941 =
мдм 1101 minus= мсм 2101 minus= 363 101 мсм minus= 363 101 мсм =minus
Памкгс 891 2 = ПаабомНсмкгс 242 10891 sdot=
Паммкгс 62 10891 sdot= Паатм 5100111 sdot= (фізична атмосфера)
44
Паат 5109801 sdot= (технічна атмосфера) смссм 101 242 minus=
45
Одиниці в яких вимірюються деякі фізичні величини (в СІ)
Робота енергія ЕА Дж
Кількість теплоти Q Дж
Потужність P або N Джс=Вт
Тиск р Па=Нм2
Молярна маса micro кгмоль
Концентрація п м-3
Теплоємність питома с ДжкгmiddotК
Теплоємність молярна С ДжмольmiddotК
Поверхневий натяг α Нм
Динамічна вrsquoязкість η Паmiddotс=Нmiddotсм2=кгмmiddotс
Коефіцієнт дифузії D м2с
Коефіцієнт теплопровідності κ ВтмmiddotК
Приріст ентропії S∆ ДжК
Сталі Ван-дер-Ваальса а та b Нmiddotм4моль
2 та м
3моль
5Література
1 Загальна фізика за редакцією Ковалець МО Орленка ВФ
Частина1 Інтерактивний комплекс навчально-методичного
забезпечення Рівне 2009
2 Волькенштейн ВС Сборник задач по общему курсу физики- М
ldquoНаукаrdquo1985-1989
3 Иродов ИЕ Задачи по общей физике-МrdquoНаукаrdquo 1982
4 Савельев ИВ Сборник вопросов и задач по общей физике-
МldquoНаукаrdquo1982
5 Чертов АГВоробьев АА Федоров МВ Задачник по физике -М
ldquoВысшая школаrdquo1988
6 Х Кухлинг Справочник по физике-М ldquoМирrdquo1985
12
Приклад 5 Якою має бути кінетична енергія поступального руху
двох кіломолів кисню щоб його молекули могли покинути Землю
Яка при цьому має бути температура Знайти тиск газу за цих умов
якщо його обrsquoєм 10 м3 Газ вважати ідеальним
Розвrsquoязання
Молекула газу може покинути Землю якщо її
швидкість 2υυ ge 2υ ndash друга космічна швидкість
Отже має виконуватися нерівність
( )2
2201 υm
Ек ge (1)
а для заданої кількості газу кінетична енергія
поступального руху молекул 2
22υm
Eк ge
де ( )1кE ndash кінетична енергія поступального руху однієї молекули 0m
ndash маса однієї молекули m ndash маса всього газу Масу газу виразимо
через кількість речовини νmicro=m
Мінімальна кінетична енергія 2
2
2υνmicro=кE
молькг31032 minussdot=micro моль3102 sdot=ν см32 10211 sdot=υ
( )ДжEк
9
2333
10042
102111021032sdot=
sdotsdotsdotsdotsdot=
minus
Температуру газу знайдемо підставивши в (1) вираз ( )kTЕк
2
31 = і
застосувавши звязок молярної маси з масою однієї молекули
ANm0=micro та означення сталої Больцмана AN
Rk = R ndash універсальна
газова стала AN ndash стала Авогадро
Маємо 22
3 22υmicro
ANkT = або
RT
3
22microυ
=
( )КT
5
233
106113183
102111032sdot=
sdot
sdotsdot=
minus
Тиск розрахуємо виходячи з основного рівняння мкт газів
Дано 310мV =
2О кмоль2=ν
2υυ ge
Ек р Т
13
кEpV3
2=
V
Ep к
3
2=
Паp8
9
1072103
10042sdot=
sdot
sdotsdot=
Відповідь ДжEк91004 sdot= КT
510611 sdot= Пар 81072 sdot=
Приклад 6 Визначити густину суміші що містить гm 41 = водню
та гm 322 = кисню при температурі КT 280= і тиску кПаp 93=
Який обrsquoєм займає газ
Розвrsquoязання
Густина газу RT
pcmicroρ =
де cmicro ndash молярна маса R ndash універсальна газова
стала
Молярна маса суміші
sum=
i i
i
cc m
m
micro
micro
де cm ndash маса суміші ( )21 mmmc += im та imicro ndash маса і молярна
маса і-тої компоненти Тепер густина суміші
( )TRmm
pmm 1
2
2
1
1
21
micromicro
ρ+
+=
кгm3
1 104 minussdot= кгm3
2 1032 minussdot= молькг31 102 minussdot=micro
молькг32 1032 minussdot=micro Паp
41039 sdot=
( ) 3
3
3
3
3
433
480280318
1
1032
1032
102
104
10391032104мкг=
sdot
sdot
sdot+
sdot
sdot
sdotsdotsdot+sdot=
minus
minus
minus
minus
minusminus
ρ
Обrsquoєм газу знайдемо виходячи з означення густини
( )ρρ 21 mmmV c +==
( ) 333 01704801032104 мV =sdotsdot+sdot= minusminus
Відповідь 3480 мкг=ρ 30170 мV =
Дано
( )21 H4 гm =
( )22 32 Oгm =
КT 280=
кПаp 93=
ρ V
14
Приклад 7 Знайти середню довжину вільного пробігу молекул
водню при тиску 133 мПа якщо середня арифметична швидкість
молекул υ =103middot103
см
Розвrsquoязання
Середня довжина вільного пробігу
молекул знаходиться за формулою
n2
2
1
πσλ =
З рівняння стану ідеального газуkT
pn =
де AN
Rk = ndash стала Больцмана
Отже p
Тk22πσ
λsdot
=
(1)
де Т ndash температура k ndash стала Больцмана σ - ефективний діаметр
молекули Для знаходження температури врахуємо що середня
арифметична швидкість руху молекул microπ
υRT8
=
Температура R
T8
2υπmicro=
Підставляючи у формулу (1) вираз для температури отримаємо
pNpR
k
A2
2
2
2
2828 σ
υmicro
σ
υmicroλ ==
( )( )
2
21023
233
104413301032100264118
10031102 minus
minus
minus
sdot=sdotsdotsdotsdotsdotsdot
sdotsdotsdot=λ м
Відповідь =λ 44middot10ndash2
м
Приклад 8 Розрахувати молярну теплоємність ідеального газу за
умови що тиск прямо пропорційний до обrsquoєму
Дано
micro = 2middot10ndash3
молькг
р = 133 мПа = 0133
Па
σ = 23middot10ndash10
м
υ = 103middot103 см
NA =602middot1023
мольndash1
КмольДжR sdot= 318
λ
Дано
Vp ~
15
Розвrsquoязання
За означенням dT
QC
ν
δ=
де Qδ ndash елементарна кількість теплоти dT ndash елементарний приріст
температури ν ndash кількість речовини
Перше начало термодинаміки
dUAQ += δδ
де Aδ ndash елементарна робота газу проти зовнішніх сил
dU - елементарний приріст внутрішньої енергії системи
dTRi
dU2
ν=
де i ndash число ступенів вільності молекул R ndash універсальна газова
стала
pdVA =δ
За умовою задачі Vp α= де α ndash деяка стала величина Тиск
запишемо виходячи з рівняння Менделєєва-Клапейрона
V
RTp
ν=
Прирівняємо праві частини останніх двох рівнянь
RTV να =2
і продиференціюємо цю рівність
RdTVdV να =2 або RdTpdV ν=2
Тепер уже можна записати вираз для елементарної роботи
RdTA νδ2
1=
і розрахувати теплоємність
VCRiRR
dT
RdTi
RdT
C +=+=+
=222
22
1
ν
νν
де VC ndash молярна теплоємність при сталому обrsquoємі
Відповідь 2
RCC V +=
C
16
Приклад 9 В циліндрі під поршнем котрий може вільно
переміщуватися знаходиться 10г азоту Яка кількість теплоти 1Q
необхідна для нагрівання азоту від температури KT 2831 = до
температури KT 2982 = Порівняйте цю теплоту з необхідною
теплотою 2Q для нагрівання такої ж кількості газу в тому ж
температурному інтервалі при постійному обrsquoємі а також визначте
зміну внутрішньої енергії і роботу розширення
Розвrsquoязання
Будемо вважати що газ ідеальний У першому
випадку маємо справу з ізобарним процесом тому
TCm
Q p∆=micro
1
де micro ndash молярна маса pC - молярна теплоємність
при сталому тиску 12 TTT minus=∆
У процесі ізохорного нагрівання (другий
випадок)
TCm
Q V ∆=micro
2
Молярні теплоємності
Ri
CV2
= Ri
RCC Vp2
2+=+=
тому
i
i
C
C
V
p 2+=
i
i
Q
Q 2
2
1 +=
Зміну внутрішньої енергії розраховують за формулою
TRim
U ∆=∆2micro
а роботу розширення газу ndash на основі першого закону термодинаміки
( ) Ui
TTRm
TRim
TRim
UQA ∆=minus=∆minus∆+
=∆minus=2
22
2121
micromicromicro
або безпосередньо за формулою
TRm
A ∆=micro
Дано
гm 10=
N2
KT 2831 =
KT 2982 =
а) const=p
б) const=V
2
1
Q
Q U∆ A
17
кгm31010 minussdot= 5=i (двоатомний газ) молькг31028 minussdot=micro
КмольДжR sdot= 318
415
25
2
1 =+
=Q
Q ( ) ДжU 111283298318
2
5
1028
1010
3
3
=minussdotsdot
sdot=∆
minus
minus
ДжА 4441115
2=sdot=
Відповідь 4121 =QQ ДжU 111=∆ ДжА 444=
Приклад 10 В калориметр з водою з загальною
теплоємністю С=1670 ДжК при температурі Ct deg= 201 поклали
гm 1001 = льоду температура якого Ct degminus= 82 Яка встановиться
температура Питома теплота плавлення льоду кгДж 10353 5sdot=λ
питома теплоємність льоду КкгДжс sdotsdot= 31012
Розвrsquoязання В задачах про лід потрібно спочатку
зrsquoясувати чи розтане весь лід якщо про
це не сказано в умові Коли в
калориметр кинули лід вода в ньому
почала охолоджуватися Теплота яка
виділиться при охолодженні
калориметра
( )011 ttCQ minus=
де Ct deg= 00 - температура кристалізації
води або плавлення льоду
Теплота необхідна для нагрівання льоду
до температури плавлення Ct deg= 00
( )202 ttтсQ minus=
Теплотанеобхідна для плавлення льоду
mQ λ=3
Підставимо числові значення ( ) ДжQ 3340002016701 =minus=
( )( ) ДжQ 168080101012 32 =minusminussdotsdotsdot=
ДжQ 33000101033 53 =sdotsdot=
Дано
КДжС 1670=
Ct deg= 201
Сt degminus= 82
кггт 101001 ==
кгДж51033 sdot=λ
КкгДжс sdotsdot= 31012
Ct deg= 00
minust
18
Проаналізуємо отримані результати 21 QQ gt - це означає що лід
нагріється до Cdeg0 але 321 QQQ +lt (33400lt34680 Дж) - це означає
що не весь лід розтане Тому кінцева температура буде
Cdeg0
Відповідь t= Cdeg0
Приклад 11 Треба стиснути повітря від обrsquoєму 32101 мminussdot до
обrsquoєму 33102 мminussdot Як вигідніше його стискувати адіабатно чи
ізотермічно
Розвrsquoязання
Порівняємо роботу при заданих процесах У
випадку адіабатного процесу
TRi
Аад ∆minus=2
ν
де ν ndash кількість речовини i ndash число ступенів
вільності молекули R ndash універсальна газова стала
T∆ ndash приріст температури ( )12 TTT minus=∆
Скористаємося рівнянням Пуассона
const1 =minusγTV
і виразимо зміну температури через зміну обrsquoєму 1
221
11minusminus = γγ
VTVT
або
1
2
112
minus
=
γ
V
VTT або
minus
=∆
minus
1
1
2
11
γ
V
VTT
Врахуємо що показник адіабати i
i 2+=γ
тобто i21 =minusγ Тоді
minus
minus=
minus1
2
11 11
γ
γ
ν
V
VRTАад
У випадку ізотермічного процесу 1
21 ln
V
VRTАіз ν=
Дано 32
1 101 мVminussdot=
332 102 мV
minussdot=
із
ад
А
А
19
Тепер
1
2
1
2
1
ln
1
1
1
V
V
V
V
А
А
із
ад
minus
minus
minus=
γ
γ
Підставимо числові значення для повітря 41=γ
41
101
102ln
102
1011
141
1
3
2
141
3
2
=
sdot
sdot
sdot
sdotminus
minus=
minus
minus
minus
minus
minus
із
ад
А
А
Відповідь вигідніше стискувати ізотермічно
Приклад 12 В циліндрі під поршнем знаходиться водень масою
002 кг при температурі 300 К Водень спочатку розширився
адіабатно збільшивши свій обrsquoєм у 5 разів а потім був стиснутий
ізотермічно до попереднього обrsquoєму Знайти температуру в кінці
адіабатного процесу і роботу виконану газом під час цих процесів
Зобразити процеси графічно
Розвrsquoязання
Температура і обrsquoєм газу в адіабатному
процесі повrsquoязані рівнянням адіабати 1
2
1
1
2
minus
=
γ
V
V
Т
Т (1)
де i
i 2+=γ ndash показник адіабати
Для водню показник адіабати дорівнює
415
25=
+=γ
Згідно формули (1) γminus
=
1
1
212
V
VТТ
Роботу в адіабатному та ізотермічному
процесах знайдемо скориставшись відповідними формулами
Дано
М = 002 кг
micro = 2middot10ndash3
молькг
і = 5
V2 = 5V1
V3 = V1
Т1 = 300 К
КмольДжR sdot= 318
Т2 А1ndash2 А2ndash3
р
V V1 V2
1
Адіабата
Ізотерма 2
3
20
( ) ( )22
211221 ТТRіM
ТТRіM
А minussdot=minussdotminus=minusmicromicro
2
12
2
3232 lnln
V
VRT
M
V
VRT
MА
micromicro==minus
1585300 402 =sdot= minusТ К
4
321 10982)157300(3182
5
102
020sdot=minussdotsdotsdot
sdot=
minusminusА Дж
4
332 10125
1ln157318
102
020sdotminus=sdotsdot
sdot=
minusminusА Дж
Відповідь Т = 158 К А1-2 = 298middot104 Дж А2-3 = ndash21middot10
4 Дж Графік
процесів показано на малюнку
Приклад 13 Нагрівник теплової машини що працює за циклом
Карно має температуру Ct deg= 2001 Визначити температуру 2T
холодильника якщо при надходженні від нагрівника кількості
теплоти ДжQ 011 = машина виконує роботу ДжA 400=
Розвrsquoязання
За означенням ККД теплової машини
1Q
A=η
а для циклу Карно 1
21
T
TT minus=η
Прирівнявши праві частини виписаних співвідношень
Маємо 1
21
1 T
TT
Q
A minus=
Звідки
minus=
112 1
Q
ATT
Підставимо числові значення KT 4731 =
КT 28001
40014732 =
minus=
Дано
Ct deg= 2001 ДжQ 011 =
ДжA 400=
2T
21
Відповідь KT 2802 =
Приклад 14 Знайти витрату бензину автомобіля на S=1 км шляху
при швидкості годкм 60=υ Потужність двигуна 17 кВт ККД
двигуна 30=η питома теплота згоряння бензину q=45middot106 Джкг
Розвrsquoязання
При згорянні палива виділяється теплота
mqQ sdot=
ККД двигуна Q
Aкор=η Отже
qmQAкор ηη == З другої сторони з
врахуванням потужності υ
SNtNА sdot=sdot=
Прирівнявши ці два вирази отримаємо
q
NSm
ηυ=
Підставимо числові значення
кгт 08045middot1071630
1010176
33
asympsdotsdot
sdotsdot=
Відповідь m = 008 кг
Приклад 15 Ідеальний двоатомний газ здійснює цикл який
складається з двох ізотерм і двох ізохор При цьому найбільша
температура газу 500 К найменша ndash 300 К найбільший обrsquoєм 12 л
найменший ndash 3 л Знайти ККД циклу
Розвrsquoязання
Дано
мкмS3101 ==
смгодкм 71660 ==υ
ВтN31017 sdot=
3030 == ηη
кгДжq 1045 6sdot=
minusт
Дано
5=і
КТ 5001 =
КТ 3002 =
22
p 1
4
T1
T2
2
3
V1 V2 V
ККД циклу Q
А=η
де A - робота виконана газом Q - теплота
отримана газом Розглянемо ізопроцеси При
ізотермічних процесах 0=∆U оскільки
температура не змінюється З першого закону
термодинаміки ( AUQ +∆= ) випливає що в
цьому випадку вся отримана газом теплота
йде на виконання роботи AQ =
Для процесу 1rarr2 маємо
01
211121
2
1
2
1
gt==== intintrarrV
VnRT
m
V
dVRT
mpdVAQ
V
V
V
V
lmicromicro
де тиск V
RTт
р1
1 sdot=micro
Для процесу 3rarr4 маємо
01
222243
2
1
1
2
ltminus=minus=== intintrarrV
VnRT
m
V
dVRT
mpdVAQ
V
V
V
V
lmicromicro
- газ віддає
теплоту
Для ізохорних процесів обrsquoєм не змінюється тому 0=А З першого
закону термодинаміки TRmi
UQ ∆=∆=micro2
Для процесу 2rarr3 маємо
( ) ( ) 022
211232 ltminusminus=minus=rarr TTRmi
TTRmi
Qmicromicro
- газ віддає теплоту
Для процесу 4rarr1 маємо ( ) 02
2114 gtminus=rarr TTRmi
Qmicro
Отже газ виконав роботу ( )211
221 TT
V
VnR
mAAA minus=+= l
micro
Газ отримав теплоту ( )
minus+=+= rarrrarr 21
1
211421
2TT
i
V
VnTR
mQQQ l
micro
Тоді ККД цикла
331 1033 млV
minussdot==
332 101212 млV
minussdot==
minusη
23
( )
( )
( )
( )211
21
211
2
211
21
211
2
22TT
i
V
VnT
TTV
Vn
TTi
V
VnTR
m
TTV
VnR
m
Q
А
minus+
minus
=
minus+
minus
==
l
l
l
l
micro
microη
( )
( )23230
3005002
5
103
1012500
300500103
1012
3
3
3
3
=rArr=
minus+sdot
sdotsdot
minussdot
sdot
=
minus
minus
minus
minus
ηη
n
n
l
l
( 386169302224 =sdot== nn ll )
Відповідь 23=η
Приклад 16 Знайти приріст ентропії при перетворенні 1 г води з
температурою 0degС в пару при 100degС
Розвrsquoязання
Зміна ентропії у випадку оборотного
термодинамічного процесу
int=∆B
AT
QS
δ
де Qδ ndash елементарна кількість теплоти T ndash абсолютна
температура A та B ndash формальні позначення
вихідного і кінцевого стану системи
Розібrsquoємо інтеграл у правій частині виписаної формули на два
доданки що відповідають двом процесам заданим в умові
intint +equiv∆+∆=∆B
C
C
AT
Q
T
QSSS
δδ21
де 1S∆ ndash приріст ентропії при нагріванні води від температури 1T до
температури 2T 2S∆ ndash приріст ентропії при випаровуванні ( 2T за
умовою задачі ndash температура кипіння води)
У першому доданку
cmdTQ =δ
де c ndash питома теплоємність води У другому доданку const2 =T а
Дано
гm 1=
OH2 Ct deg= 01
Ct deg= 1002 S∆
24
rmQQ
B
C
==intδ
де r ndash питома теплота пароутворення Маємо
+=+=∆ intint
21
2
2
ln12
1T
r
T
TcmQ
TT
dTcmS
B
C
T
T
δ
КкгДжс sdotsdot= 310194 кгДжr510622 sdot= кгm
3101 minussdot=
КT 2731 = КT 3732 =
КДжS 47373
10622
273
373ln10194101
533 =
sdot+sdotsdot=∆ minus
Відповідь КДжS 47=∆
Приклад 17 105 г азоту ізотермічно розширюються від обrsquoєму
лV 21 = до обrsquoєму лV 52 = Знайти приріст ентропії при цьому
процесі
Розвrsquoязання
При ізотермічному процесі Т=const
отже зміна внутрішньої енергії 0=dU
Тоді з першого закону термодинаміки
маємо AQ δδ =
Елементарна робота з врахуванням виразу
для тиску р з рівняння Менделєєва-
Клапейрона V
dVRT
mрdVА
microδ ==
Зміна ентропії в оборотному термодинамічному процесі int=∆B
AT
QS
δ
В нашому випадку 1
22
1
V
VnR
m
TV
TdVR
m
T
АS
V
V
B
A
lmicromicro
δ===∆ intint
молькг 1028 3minussdot=micro - молярна маса азота
Підставимо числові значення
Дано
кггт 310510510 minussdot==
лV 21 =
лV 52 =
constТ =
minus∆S
25
КДжnS 922
5318
1028
10510
3
3
=sdotsdotsdot
sdot=∆
minus
minus
l
Відповідь КДжS 92=∆
Приклад 18 Два кіломолі триатомного газу адіабатно
розширюються в пустоту від 31 1мV = до 3
2 5мV = Температура газу
при цьому зменшується на 15 К Знайти за цими даними постійну laquoаraquo
з рівняння Ван-дер-Ваальса
Розвrsquoязання
Перше начало термодинаміки для адіабатного
процесу має вигляд dUA minus=δ де А ndash робота газу
проти зовнішніх сил U ndash внутрішня енергія За
умовою задачі зовнішнього тиску немає
(розширення в пустоту)
тому 0== dVpAδ
В підсумку маємо що 0=dU
Зміна внутрішньої енергії має дві складові
dTCVν що не залежить від зміни обrsquoєму та
( )VdU що залежить від обrsquoєму Остання складова
рівна роботі сили міжмолекулярного притягання
котра спричинює додатковий внутрішній тиск
2
20
V
aP ν=
( ) dVV
adVPVdU
2
20 ν==
Повна зміна внутрішньої енергії газу
02
2 =+ dVV
adTCV νν
Дано
моль3102 sdot=ν
6=i 0=Qδ
Паp 0=
31 1 мV =
32 5 мV =
KT 15minus=∆
a
26
Звідки dVCV
adT
V2
νminus=
Проінтегруємо останнє співвідношення
int int
minus=minus=
2
1
2
1
122
11T
T
V
V VV VVC
a
V
dV
C
adT νν
тобто
minus=∆
12
112
VViR
aT ν
оскільки молярна теплоємність при постійному обrsquoємі Ri
CV2
=
(і ndash число ступенів вільності R ndash універсальна газова стала)
Тепер маємо
( )21
21
2 VV
VTViRa
minus
∆=
ν
( )
( ) 2
4
3230
511022
51153186
моль
мНa
sdot=
minussdotsdot
sdotsdotminussdotsdot=
Відповідь 2
4
230моль
мН sdot=α
3 Задачі для самостійного розвrsquoязування
Вказівки до розвrsquoязування задач
1 В задачах на теплоту складають рівняння теплового балансу сума
теплоти що виділяється при певних процесах дорівнює сумі теплоти
що поглинається при інших процесах
2 В задачах про лід потрібно спочатку зrsquoясувати (кількісними
підрахунками) чи розтане весь лід якщо про це не сказано в умові
Якщо розтане не весь лід то кінцева температура дорівнюватиме 0ordmС
31 Молекулярна фізика
27
Рівняння стану ідеального газу
1 Балон місткістю 12 л заповнений азотом при тиску 81МПа і
температурі 17degС Знайти масу азоту (113 кг)
2 Яким може бути найменший обrsquoєм балона що містить 64 кг
кисню якщо його стінка при температурі 20degС витримує тиск
160 кгссм2 (32middot10
1 м
3)
3 До якої температури потрібно нагріти ідеальний газ щоб його
густина зменшилася у два рази порівняно з густиною цього газу
при Ct deg= 00 (Т=2Т0=546 К)
4 5 г азоту що знаходиться в закритій посудині місткістю 4 л при
температурі 20degС нагрівають до температури 40degС Знайти тиск
газу до і після нагрівання (р1=108middot105Па р2=116middot10
5Па)
5 Знайти густину водню при температурі 15degС і тиску 730 мм ртст
( 30810 мкг=ρ )
6 Густина деякого газу при температурі 10degС і тиску 2sdot105Па
дорівнює 034 3мкг Чому дорівнює маса одного кіломоля цього
газу ( молькг3104
minussdot=micro )
7 10 г кисню знаходяться під тиском 3 атм при температурі 10degС
Після розширення внаслідок нагрівання при постійному тиску
кисень зайняв обrsquoєм 10 л Знайти 1) обrsquoєм газу до розширення 2)
густину газу до розширення 3) температуру газу після
розширення 4) густину газу після розширення
( 331 1042)1 мV
minussdot= 2) 31 144 мкг=ρ 3) Т2=1170 К 4) 3
2 1 мкг=ρ )
8 6 г вуглекислого газу ( )2CO і 5 г закису азоту ( )ON2 заповнюють
посудину місткістю 2 дм3 Який загальний тиск у посудині при
температурі 127degС (415middot105Па)
9 Яка кількість речовини є в газовому балоні обrsquoємом 2 л при тиску
1013 МПа і температурі 10degС (86 моль)
10 Балон для газового зварювання місткістю 20 л був заповнений
киснем при температурі 15degС Коли частину кисню витратили
тиск у балоні знизився на 5065 кПа Скільки кисню було
витрачено ( кгm 1350=∆ )
11 Температура повітря в посудині обrsquoємом 5 л становить 27degС його
тиск 2026 МПа Визначити масу повітря яке потрібно випустити з
посудини щоб тиск у ній знизився до 1013 МПа ( кгm 0590=∆ )
28
12 Визначити густину повітря в камері шин автомобіля ВАЗ 2110
якщо тиск у камері 018 МПа (надлишковий) а температура 20degС
( 3353 кгм=ρ )
13 Знайти густину суміші 10-2 кг вуглекислого газу і 15sdot10
- 2 кг азоту
при температурі 300 К і тиску 015 МПа ( 3981 кгм=ρ )
14 Знайти молярну масу суміші що утворилася з 38sdot10-3 кг кисню і
22sdot10-2 кг вуглекислого газу ( кгмоль2104 minussdot=micro )
15 Накреслити графіки ізотермічного ізобарного та ізохорного
процесів в ідеальному газі у системах координат р V p T V T
Порівняти ці графіки
16 На рис1 зображено графік зміни стану ідеального газу в
координатах V T Виразити ці процеси графічно в координатах p V
та p T Назвати ці процеси
17 Зміна стану ідеального газу сталої маси зображена на рис2 В т1
температура газу Т0 Визначити температуру газу в т234
(Т2=3Т0 Т3=6Т0 Т4=2Т0)
18 Який обrsquoєм займає суміш газів ndash азоту масою кгm 11 = і гелію
масою кгm 12 = ndash при нормальних умовах (64 м3)
19 Скільки молекул міститься в 1 г водяної пари (33sdot1022
)
20 Скільки молекул буде знаходитися в 1 см3 посудини при 10degС
якщо посудину підкачано до ртстммp11101 minussdot= (34sdot10
5)
21 У балоні місткістю лV 3= знаходиться кисень масою 4 г
Визначити кількість речовини ν газу і концентрацію n його
молекул (ν =0125 моль n=251sdot1025м
-3)
Рис 1 Рис 2
29
22 У балоні було 10 кг газу при тиску 10 МПа Знайти яку масу газу
взяли з балона якщо тиск став рівним 25 МПа Температуру
вважати постійною (75 кг)
23 Балони місткістю лV 201 = і лV 442 = заповнені газом Тиск у
першому балоні МПаp 421 = у другому ndash МПаp 612 =
Визначити загальний тиск p після сполучення балонів якщо
температура газу залишилася попередньою (076 МПа)
24 Газ в кількості m=16 г при тиску р=106 Нм
2 і температурі t=112degС
займає обrsquoєм V=1600 см3 Визначити який це газ (кисень)
25 При якому тиску р густина ρ газоподібного азоту що має
температуру t= - 73degС складає 04 густини води кімнатної
температури 33
010 кгмρ = ( 271042 Нмр sdot= )
26 Відкрита посудина нагріта до температури t2=450degС Яка частина
маси повітря залишилась в ній в порівнянні з тією кількістю яка
була при t1=27degС Розширенням посудини знехтувати
(m2m1=0415)
27 10 г кисню знаходяться під тиском 0303 мкПа при температурі
10degС Після розширення внаслідок нагрівання при постійному
тиску кисень зайняв обrsquoєм 10 л Знайти обrsquoєм газу до розширення і
температуру газу після розширення (V1=24sdot10-3 м
3 Т2=118sdot10
3 К)
28 Скільки молекул повітря буде знаходитись в 1 см3 посудині при
10degС якщо повітря в посудині відкачане до тиску 133 мкПа
(34sdot108)
29 У 1 кг сухого повітря знаходиться m1=232 г кисню і m2=768 г
азоту Знайти відносну молярну масу повітря (microсм=288 кгмоль
microвідн=288 кгмоль)
30 У скільки разів вага повітря взимку (7 0
С) більша за його вагу
влітку (37 0 С) Тиск однаковий (11 рази)
31 У відкритій посудині при Ct0
1 20= є повітря гm 1501 = На яку
величину m∆ зменшиться маса повітря в посудині при нагріванні
її до Ct0
1 100= Зміною розмірів посудини при нагріванні
знехтувати ( m∆ =322 г)
32 У посудині знаходиться суміш 10 г вуглекислого газу і 15 г азоту
Знайти густину цієї суміші при температурі 27 0
С і тиску
15sdot10 5 Па ( 3981 мкг=ρ )
33 Знайти масу атома 1)водню 2) гелію
30
( )(10656)(10671 2727 геліюкгmводнюкгmminusminus sdot=sdot= )
34 Визначити концентрацію n молекул ідеального газу при
температурі Т= 300 К і тиску р =1 МПа ( n=224sdot10 17 м
-3)
Основне рівняння молекулярно-кінетичної теорії газів
швидкості молекул
35 Тиск p газу дорівнює 1 мПа концентрація n його молекул рівна
310101 minussdot см Визначити 1) температуру Т газу 2) середню
кінетичну енергію ( )1кЕ поступального руху молекули
( 1) Т=725 кК 2) ( )1кЕ =15sdot10
-19 Дж)
36 Молекула кисню при нормальних умовах рухається зі швидкістю
425 мс Визначити кінетичну енергію молекули
( ( )1кЕ =48sdot10
-21Дж)
37 Визначити кінетичну енергію поступального руху молекули
аміаку а також повну кінетичну енергію молекул одного моля
аміаку при температурі 373 К ( ( )1кЕ =773sdot10
-21Дж Еk=932 Дж)
38 Визначити сумарну кінетичну енергію теплового руху всіх
молекул кисню (О2) що займають обrsquoєм V=55sdot10-3 м
3 при тиску
р=2026 кПа (Еk=279 кДж)
39 Густина деякого газу 3060 мкгρ = середня квадратична
швидкість його молекул смкв 500=υ Знайти тиск газу на стінки
посудини (5 кПа)
40 Газ займає обrsquoєм лV 1= під тиском атмр 2= Визначити
кінетичну енергію kE поступального руху всіх молекул в даному
обrsquoємі (03 кДж)
41 Кількість речовини деякого газу моль51=ν температура
КТ 120= Визначити кінетичну енергію kE поступального руху
всіх молекул цього газу (73 кДж)
31
42 При якій температурі середня кінетична енергія ( )1кЕ
поступального руху молекули газу рівна Дж2110144 minussdot
(200 К)
43 Посудина зі внутрішнім обrsquoємом лV 4= містить гm 60=
деякого газу під тиском атмр 2= Визначити середню
квадратичну швидкість молекул газу (2 103
см )
43 Середня квадратична швидкість руху молекул деякого газу що
перебуває під тиском 50 кПа дорівнює 449 мс Визначити
густину газу при цих умовах ( 37440 мкг=ρ )
44 При якій температурі середня квадратична швидкість молекул
кисню дорівнює швидкості молекул азоту при температурі 373 К
(Т = 426 К)
46 Знайти середню арифметичну швидкість молекул газу коли
відомо що середня квадратична швидкість 400 мс
( см370=υ )
47 Знайти найбільш імовірну та середню арифметичну швидкості
молекул газу густина якого при тиску 40 кПа дорівнює 03 кгм3
( імυ = 5164 мс υ = 6324 мс)
48 Знайти середню квадратичну швидкість молекул повітря при
температурі 17deg С Повітря вважати однорідним газом з молярною
масою 29sdot10-3 кгмоль ( 500=квυ мс)
49 Визначити середню квадратичну швидкість квυ молекул газу
масою гm 30= що знаходиться в посудині місткістю лV 2= під
тиском кПаp 200= (2sdot10 3 мс)
50 Знайти відношення середніх квадратичних швидкостей молекул
гелію та азоту при однакових температурах (265)
51 Знайти середню квадратичну квυ середню арифметичну υ та
найімовірнішу імυ швидкості молекул водню Обчислення
виконати для трьох значень температури 1) КТ 20=
2) КТ 300= 3) КТ 5000= ( 1) 500 мс 462мс 407 мс
2) 194 кмс 179 кмс 158 кмс 3) 790 кмс 730 кмс 648 кмс)
52 При якій температурі Т середня квадратична швидкість атомів
гелію буде дорівнювати другій космічній швидкості
скм2112 =υ (201 кК)
32
53 Знайти середню арифметичну швидкість υ молекул газу якщо їх
середня квадратична швидкість скмкв 1=υ (092 кмс)
54 Кінетична енергія поступального руху молекул азоту що
знаходиться в обrsquoємі 20 дм3 дорівнює 5 кДж а середня
квадратична швидкість його молекул рівна 2 кмс Знайти 1) масу
азоту в балоні 2) тиск під яким знаходиться азот
( 1) т=25sdot103 кг 2) р=167sdot10
5 Па)
55 Посудина що містить деяку масу одноатомного газу рухається зі
швидкістю u На скільки збільшиться середній квадрат швидкості
теплового руху молекул при зупинці посудини Теплоємність
теплопровідність і маса стінок посудини зникаюче малі
56 Обчислити кількість теплоти що необхідна для нагрівання повітря
від Т1= 273 К до Т2= 303 К при сталому тиску якщо спочатку воно
перебувало при нормальному тиску р1 і мало обrsquoєм V1=50 м3
(∆Q=1948 кДж)
57 Яка кількість теплоти необхідна для нагрівання одного моля
одноатомного газу на 1 К при сталому обrsquoємі (∆Q=124 кДж)
58 Балон місткістю 2sdot10-2
м3 з киснем що має тиск 1013 МПа і
температуру 280 К нагрівають до 300 К Яку кількість теплоти
дістає при цьому газ (∆Q=35 кДж)
59 Визначити кількість теплоти (∆Q) що необхідна для нагрівання
повітря від Т1= 273 К до Т2=298 К при сталому обrsquoємі V1=30 м3
якщо початковий тиск повітря р1 був нормальний
(∆Q=6957 кДж)
32 Термодинаміка Реальні гази
Внутрішня енергія робота розширення газу
перше начало термодинаміки
60 Чому дорівнює енергія теплового руху молекул двоатомного газу
що знаходиться в посудині місткістю 2 л під тиском 015 МПа
(U=750 Дж)
61 10 г кисню знаходяться під тиском 03 МПа при температурі 10degС
Після нагрівання при постійному тиску газ зайняв обrsquoєм 10 л
Знайти 1) кількість теплоти одержаної газом 2) зміну
33
внутрішньої енергії газу 3) роботу виконану газом при
розширенні ( 1) 792sdot103Дж 2) 5660 Дж 3) 226sdot10
3 Дж)
62 2 кмолі вуглекислого газу нагріваються при постійному тиску на
50degС Знайти 1) зміну його внутрішньої енергії 2) роботу
розширення 3) кількість теплоти наданої газу
( 1) 2500 Дж 2) 830 кДж 3) 3300 кДж)
63 Газ що займав обrsquoєм 5 л і знаходився під тиском 02 МПа при
температурі 17degС було нагріто внаслідок чого він ізобарно
розширився Робота розширення газу при цьому виявилася рівною
196 Дж Наскільки нагріто газ (57 К)
64 При ізотермічному розширенні 10 г азоту що знаходиться при
температурі 17degС було виконано роботу 860 Дж У скільки разів
змінився тиск азоту при розширенні (272)
65 1л гелію котрий знаходиться при нормальних умовах ізотермічно
розширюється за рахунок одержаної ззовні теплоти до обrsquoєму 2 л
Знайти 1) роботу виконану газом при розширенні 2) кількість
наданої газу теплоти ( 1) 70 Дж 2) 70 Дж )
66 1 кг двоатомного газу знаходиться під тиском 80 кПа і має
густину 34 мкг=ρ Знайти енергію теплового руху молекул газу
при цих умовах (5sdot104Дж)
67 У посудину в котрій міститься 28 л води при температурі 20degС
вкинули нагрітий до 460degС кусок сталі що має масу 3кг Від цього
вода в посудині нагрілася до 60degС а частина її перетворилася в
пару Визначити масу води котра випарувалася Теплоємністю
посудини знехтувати
68 Знайти для кисню відношення питомої теплоємності при сталому
тиску до питомої теплоємності при постійному обrsquoємі (14)
69 1 кмоль азоту який знаходився при нормальних умовах
розширюється адіабатно від обrsquoєму 1V до обrsquoєму 12 5VV =
Знайти1) зміну внутрішньої енергії газу 2) роботу виконану при
розширенні ( 1) 269 sdot10 6 Дж 2) 269 sdot10
6 Дж)
70 Повітря що при нормальному атмосферному тиску зайняло обrsquoєм
2sdot10-2
м3 адіабатно стискується до обrsquoєму 2sdot10
-3 м
3 Визначити
тиск повітря після стискання (р=254 МПа)
71 Знайти питомі теплоємності азоту та їхні відношення при сталому
обrsquoємі та сталому тиску ( КкДжкгcV sdot= 7420
КкгкДжcp sdot= 041 )
34
72 Знаючи молярну масу газу ( кгмольmicro 31044 minussdot= ) і відношення
питомих теплоємностей (γ=133) обчислити молярні теплоємності
Ср і СV ( СV=0566 кДжкгsdotК Ср=0754 кДжкгsdotК)
Теплоємність адіабатний процес
73 Різниця питомих теплоємностей Vp cc minus деякого двоатомного газу
дорівнює 260 Джкг К Знайти молярну масу micro газу і його питомі
теплоємності pc та cV
( micro=0032 молькг cV=650 ДжкгmiddotК pc =910 ДжкгmiddotК)
74 Молярна маса деякого газу мольг30=micro відношення
41=Vp cc Знайти питомі теплоємності pc і сV цього газу
( сV=693 ДжкгmiddotК pc =910 ДжкгsdotК )
75 До якої температури охолодиться повітря що знаходиться при
температурі 0degС якщо воно розширюється адіабатно від обrsquoєму 1V
до обrsquoєму 12 2VV = (207 К)
76 Газ розширюється адіабатно при цьому обrsquoєм його збільшується
вдвічі а температура падає в 132 рази Яке число ступенів
вільності мають молекули цього газу (5)
77 Чому дорівнюють питомі теплоємності pc і сV деякого
двоатомного газу якщо густина цього газу при нормальних
умовах дорівнює 143 кгм3 (сV=650 ДжкгmiddotК pc =910 ДжкгmiddotК)
78 Двоатомний газ займає обrsquoєм лV 501 = при тиску атмp 501 =
Газ стискується адіабатно до деякого обrsquoєму 2V і тиску 2p а
потім при постійному обrsquoємі 2V охолоджується до початкової
температури При цьому тиск його стає рівним атмp 10 =
Зобразити описаний процес графічно знайти обrsquoєм 2V і тиск 2p
(025 л 132 атм)
79 Газ розширюється адіабатно так що його тиск спадає від 2 атм
до 1 атм Потім він нагрівається при постійному обrsquoємі до
початкової температури причому його тиск зростає до 122 атм
35
Зобразити описаний процес графічно і визначити відношення
Vp cc газу (14)
Цикл Карно ентропія
80 Ідеальна теплова машина що працює за циклом Карно отримує за
кожний цикл від нагрівника 600 кал теплоти Температура
нагрівника 400 К температура холодильника 300 К Знайти
роботу що виконує машина за один цикл і кількість теплоти
котра віддається холодильнику за один цикл
( А=630 Дж Q2=1880 Дж)
81 Ідеальна теплова машина що працює за циклом Карно 23
теплоти одержаної від нагрівника передає холодильнику з
температурою 10degС Визначити температуру нагрівника (4245 К)
82 Ідеальна теплова машина працює за циклом Карно При цьому
80 теплоти одержаної від нагрівника передається
холодильнику Від нагрівника надходить за цикл 15 ккал теплоти
Знайти 1) ККД циклу 2) роботу виконану за цикл
( 1) 20 2) 126sdot103Дж)
83 Ідеальна теплова машина що працює за циклом Карно виконує
за один цикл роботу 735sdot 10 4 Дж Температура нагрівника 100
0 С
температура холодильника 00 С Знайти1) ККД машини
2) кількість теплоти одержаної машиною за один цикл від
нагрівника 3) кількість теплоти яка віддається за один цикл
холодильнику ( 1) 268 2) 274 sdot10 4 Дж 3) 126 sdot10
4 Дж)
84 Ідеальна теплова машина отримує від нагрівника температура
якого 500 К за один цикл 3360 Дж теплоти Знайти кількість
теплоти що передається за один цикл холодильнику температура
якого 400 К Знайти роботу машини за один цикл
(Q2= 2688 Дж А= 672 Дж)
85 Ідеальна теплова машина що працює за циклом Карно має
температуру нагрівника 600 К а холодильника 500 К У скільки
разів потрібно збільшити абсолютну температуру нагрівника щоб
ККД машини збільшився вдвічі (в 125)
86 Визначити ККД циклу і температуру нагрівника теплової
машини яка працює за циклом Карно якщо за рахунок 2 кДж
теплоти одержаної від нагрівника вона виконує роботу 400 Дж
Температура холодильника 480 К (20 600 К)
36
87 Знайти зміну ентропії при ізотермічному розширенні 6 г водню зі
зменшенням тиску від 01 МПа до 50 кПа (173 ДжК)
88 105 г азоту ізотермічно розширюються від обrsquoєму лV 21 = до
обrsquoєму лV 52 = Знайти приріст ентропії в цьому процесі
(29 ДжК)
89 10 г кисню нагріваються від Ct deg= 501 до Ct deg= 1502 Знайти зміну
ентропії якщо нагрівання відбувається 1) ізохорно 2) ізобарно
( 1) 176 ДжК 2) 246 ДжК )
90 У циклі Карно робочим тілом є двоатомний газ Визначити ККД
циклу якщо при адіабатичному розширенні обrsquoєм газу збільшився
від 80 до 102 дм3 (01 або 10)
91 05 кг розплавленого свинцю при температурі плавлення влили в
лід при 0degС Частина льоду розплавилася Знайти зміну ентропії
(50 ДжК)
Реальні гази явища перенесення
92 Знайти критичний молярний обrsquoєм азоту
93 Розрахувати густину кисню у критичному стані
94 Знайти середню довжину вільного пробігу атомів гелію в умовах
коли густина гелію 321 мг=ρ (18sdot10-6 м)
95 Знайти середню довжину вільного пробігу атомів азоту при
температурі 17 0 С і тиску 10
4 Па ( м610 minus=λ )
96 Знайти залежність середнього числа зіткнень молекул z ідеального
газу від тиску р в наступних процесах 1) ізохорному
2)ізотермічному Зобразити ці залежності на графіках
( pzpz asympasymp )2)1 )
97 У посудині знаходиться вуглекислий газ густина якого 321012 мкгminussdot=ρ середня довжина вільного пробігу його
молекул при цих умовах дорівнює см61097 minussdot=λ Знайти
діаметр молекул вуглекислого газу ( d =35sdot 10 -10
м )
37
98 Знайти діаметр молекули кисню якщо відомо що для кисню
коефіцієнт внутрішнього тертя при 0ordm С дорівнює
сПа sdotsdot= minus610818η ( d = 3middot10
-10 м)
99 Знайти динамічну вrsquoязкість азоту при нормальних умовах якщо
коефіцієнт дифузії для нього при цих умовах дорівнює
сcм21420 (η = 178sdot10-5 Паsdotс)
100 Знайти коефіцієнт теплопровідності водню якщо його
динамічна вrsquoязкість при таких самих умовах рівна смкПа sdot68
(0090 ВтмmiddotК)
101 Коефіцієнт дифузії і динамічної вrsquoязкість кисню дорівнюють
см2510221
minussdot та сПа sdotsdot= minus510951η відповідно Знайти при
цих умовах 1) густину кисню 2) середню довжину вільного
пробігу його молекул і 3) середню арифметичну швидкість його
молекул ( 1) 16 кгм3 2) 835sdot10
-8 м 3) 440 мс)
102 Знайти залежність коефіцієнта теплопровідності κ газу від
температури Т в умовах ізобарного та ізохорного процесів
Зобразити ці залежності графічно (1 κ~ Т 2 κ~ Т )
103 Зайти коефіцієнт дифузії при нормальних умовах 1)гелію
2)кисню ( 1) сcм2720 2) сcм2180 )
104 Коефіцієнт дифузії D кисню при температурі t=0ordmС дорівнює
019 см2с Визначити середню довжину вільного пробігу λ
молекул кисню ( λ =135 нм)
105 Визначити залежність коефіцієнта дифузії D ідеального газу від
температури при наступних процесах 1)ізобарному
2)ізохорному ( 1) D~ 3Т 2) D~ Т )
106 Визначити залежність динамічної вrsquoязкості η від температури Т
при наступних процесах 1)ізобарному 2) ізохорному Зобразити
ці залежності на графіках ( 1) η ~ Т 2) η ~ Т )
107 Знайти коефіцієнт дифузії та коефіцієнт внутрішнього тертя
повітря при тиску 760 мм рт ст і температурі 10ordmС Діаметр
молекули повітря прийняти 3middot10-1 м
(148middot10-5 м
2с 185middot10
- 5 Паsdotс)
108 У скільки разів коефіцієнт внутрішнього тертя кисню більший за
коефіцієнт внутрішнього тертя азоту Температура газів
однакова (107)
38
109 Знайти коефіцієнт теплопровідності повітря при температурі
10ordmС і тиску 105 Па Діаметр молекули повітря прийняти рівним
3middot10-8 см (132middot10
-3 ВтмmiddotК)
110 Знайти залежність коефіцієнта теплопровідностіκ від тиску р
при наступних процесах 1)ізотермічному 2)ізохоричному
Зобразити ці залежності на графіках
( 1) Не залежить 2) κ ~ р )
Таблиця для самостійної роботи
Варіанти
завдань
Номери задач
1 1 11 35 45 60 73 85 97
2 2 12 36 46 61 74 86 98
3 3 13 37 47 62 75 87 99
4 4 14 38 48 63 76 88 100
5 5 15 39 49 64 77 89 103
6 6 16 40 50 65 80 92 104
7 7 17 41 51 66 81 93 105
8 8 18 42 52 67 82 94 106
9 9 19 43 53 68 83 95 107
10 10 20 44 54 69 84 96 108
Задачі для усного розвrsquoязування
111 Під час накачування повітря в гумову камеру одночасно
збільшується його обrsquoєм і тиск Чи не суперечить це закону Бойля -
Маріотта
112 Чому влітку шини коліс автомобілів накачують повітрям до
меншого тиску ніж взимку
113 Якої форми необхідно взяти посудину щоб сила тиску на дно
дорівнювала вазі рідини Була більша Менша ваги рідини
39
114 У посудині наповненій до краю водою плаває кусок льоду Чи
виллється вода з посудини коли лід розтане
115 Дві кульки ndash мідна та алюмінієва зрівноважені на пружинних
терезах Чи порушиться рівновага терезів якщо кульки упустити у
воду
116 Чи можна перелити воду з однієї склянки в іншу знаходячись в
кабіні штучного супутника Землі
117 Повітря складається з азоту кисню та інших газів Чи однакова
кінетична енергія поступального руху молекул цих газів при даній
температурі
118 Якими способами можна змінити внутрішню енергію тіла
119 В якому випадку зміна тиску газу буде більшою при адіабатній
чи ізотермічній зміні обrsquoєму
120 Чому ізотермічне розширення газу відбувається тільки внаслідок
підведення до нього деякої кількості теплоти
121 Чому в дизелі нема потреби запалювати пальну суміш
електричною іскрою як це робиться в інших двигунах
122 Під час роботи пневматичний молот що працює за рахунок
енергії стиснутого повітря зовні обмерзає Яка причина охолодження
123 Після сильного шторму вода в морі стає теплішою Чому
124 Деяку масу ідеального газу нагрівають на однакову кількість
градусів один раз при сталому тиску а другий раз при сталому обrsquoємі
В якому випадку потрібна більша кількість теплоти Чому
125 Чому вода на дні океану залишається холодною в той час як по
мірі просування в глибину Землі на кожні 100 м температура
збільшується приблизно на 3deg
40
126 Чи може теплова машина мати ККД=100 якщо працюватиме за
ідеальним циклом
127 Чи можна створити умови за яких внутрішня енергія переходила
б від тіл з нижчою температурою до тіл з вищою температурою
128 Чи охолоне повітря в кімнаті якщо відчинити двері домашнього
холодильника ввімкнутого в мережу
129 Чому температура пари яка надходить у парову турбіну нижча
за температуру пари що виходить з неї
130 Накреслити криві ізобарного ізохорного ізотермічного процесів
на діаграмах залежності V T P T P V
131 Як пояснити утворення роси і туману
132 Коли і чому на дроті лінії електропередач зrsquoявляється іній
133 Обrsquoєм посудини в якій міститься насичена пара ізотермічно
збільшили в 5 разів Що сталося з тиском пари
134 Чому туман зrsquoявляється в вечірній час а зранку зникає
135 Чому після дощу стає холодніше Пояснити це явище
4 Довідкові дані
Фундаментальні фізичні сталі
Гравітаційна стала 221110676 кгмНG sdotsdot= minus
Прискорення вільного падіння 2см819=g
Стала Авогадро 12310026 minussdot= мольN A
Стала Больцмана КДжk2310381 minussdot=
Стала Лошмідта 3250 10692 minussdot= мn
Газова стала КмольДжR sdot= 3148
41
Молярний обrsquoєм ідеального газу
при ну мольмV
330 1041322 minussdot=
Густина деяких речовин
Речов
ина ρsdot10
3 (кгм
3) Речовина ρsdot10
3
(кгм3)
мідь 86 вода 100
залізо 79 гліцерин 126
свине
ць
113 касторове
масло
089
ртуть 136 повітря 000129
Молярні маси деяких речовин
Речовин
а
Молекул
а
micro10- 3
кгмоль Речовина
Молекул
а
micro10-3
кгмоль
Азот N2 28 Гелій Hе 4
Аргон Ar 40 Кисень О2 32
Неон Ne 20 Повітря - 29
Вода H2O 18 Ртуть Hg 201
Водень H2 2 Кухонна
сіль NaCl 58
Вуглекг CO2 44
Нормальні умови
КT 2730 = атмстртммПаp 176010011 50 ==sdot=
Питомі теплоємності для деяких речовин
Сталь КкгДжc sdot= 460
Свинець КкгДжс sdot= 126
Питома теплота плавлення свинцю КкгДж sdotsdot= 410262λ
42
Символи і відносні атомні маси деяких хімічних елементів
H He C N O Cu K Li Na
1 4 12 14 16 64 39 6 23
Деякі параметри води
питома теплота пароутворення при 100degС ndash кгМДжr 262=
питома теплоємність ndash КкгкДжс sdot= 194
питома теплота плавлення при 0degС ndash кгДж510353 sdot=λ
43
Критичні параметри
Елемент КкрT
МПакрp
азот 12
6
34
кисень 15
4
507
Ефективні діаметри молекул
Елем
ент
нмσ
азот 03
0
гелій 02
0
Префікси для утворення кратних одиниць
Префікс Позначення Числове
значення Префікс Позначення
Числове
значення
тера Т T 1012
піко п p 10-12
гіга Г G 109 нано н n 10
-9
мега М M 106 мікро мк micro 10
-6
кіло к k 103 мілі м m 10
-3
Одиниці довжини обrsquoєму тиску концентрації кількості
теплоти коефіцієнта дифузії використані в задачах (в СІ) 333 10111 мдмл minussdot== Нкгс 891 = Джкал 1941 =
мдм 1101 minus= мсм 2101 minus= 363 101 мсм minus= 363 101 мсм =minus
Памкгс 891 2 = ПаабомНсмкгс 242 10891 sdot=
Паммкгс 62 10891 sdot= Паатм 5100111 sdot= (фізична атмосфера)
44
Паат 5109801 sdot= (технічна атмосфера) смссм 101 242 minus=
45
Одиниці в яких вимірюються деякі фізичні величини (в СІ)
Робота енергія ЕА Дж
Кількість теплоти Q Дж
Потужність P або N Джс=Вт
Тиск р Па=Нм2
Молярна маса micro кгмоль
Концентрація п м-3
Теплоємність питома с ДжкгmiddotК
Теплоємність молярна С ДжмольmiddotК
Поверхневий натяг α Нм
Динамічна вrsquoязкість η Паmiddotс=Нmiddotсм2=кгмmiddotс
Коефіцієнт дифузії D м2с
Коефіцієнт теплопровідності κ ВтмmiddotК
Приріст ентропії S∆ ДжК
Сталі Ван-дер-Ваальса а та b Нmiddotм4моль
2 та м
3моль
5Література
1 Загальна фізика за редакцією Ковалець МО Орленка ВФ
Частина1 Інтерактивний комплекс навчально-методичного
забезпечення Рівне 2009
2 Волькенштейн ВС Сборник задач по общему курсу физики- М
ldquoНаукаrdquo1985-1989
3 Иродов ИЕ Задачи по общей физике-МrdquoНаукаrdquo 1982
4 Савельев ИВ Сборник вопросов и задач по общей физике-
МldquoНаукаrdquo1982
5 Чертов АГВоробьев АА Федоров МВ Задачник по физике -М
ldquoВысшая школаrdquo1988
6 Х Кухлинг Справочник по физике-М ldquoМирrdquo1985
13
кEpV3
2=
V
Ep к
3
2=
Паp8
9
1072103
10042sdot=
sdot
sdotsdot=
Відповідь ДжEк91004 sdot= КT
510611 sdot= Пар 81072 sdot=
Приклад 6 Визначити густину суміші що містить гm 41 = водню
та гm 322 = кисню при температурі КT 280= і тиску кПаp 93=
Який обrsquoєм займає газ
Розвrsquoязання
Густина газу RT
pcmicroρ =
де cmicro ndash молярна маса R ndash універсальна газова
стала
Молярна маса суміші
sum=
i i
i
cc m
m
micro
micro
де cm ndash маса суміші ( )21 mmmc += im та imicro ndash маса і молярна
маса і-тої компоненти Тепер густина суміші
( )TRmm
pmm 1
2
2
1
1
21
micromicro
ρ+
+=
кгm3
1 104 minussdot= кгm3
2 1032 minussdot= молькг31 102 minussdot=micro
молькг32 1032 minussdot=micro Паp
41039 sdot=
( ) 3
3
3
3
3
433
480280318
1
1032
1032
102
104
10391032104мкг=
sdot
sdot
sdot+
sdot
sdot
sdotsdotsdot+sdot=
minus
minus
minus
minus
minusminus
ρ
Обrsquoєм газу знайдемо виходячи з означення густини
( )ρρ 21 mmmV c +==
( ) 333 01704801032104 мV =sdotsdot+sdot= minusminus
Відповідь 3480 мкг=ρ 30170 мV =
Дано
( )21 H4 гm =
( )22 32 Oгm =
КT 280=
кПаp 93=
ρ V
14
Приклад 7 Знайти середню довжину вільного пробігу молекул
водню при тиску 133 мПа якщо середня арифметична швидкість
молекул υ =103middot103
см
Розвrsquoязання
Середня довжина вільного пробігу
молекул знаходиться за формулою
n2
2
1
πσλ =
З рівняння стану ідеального газуkT
pn =
де AN
Rk = ndash стала Больцмана
Отже p
Тk22πσ
λsdot
=
(1)
де Т ndash температура k ndash стала Больцмана σ - ефективний діаметр
молекули Для знаходження температури врахуємо що середня
арифметична швидкість руху молекул microπ
υRT8
=
Температура R
T8
2υπmicro=
Підставляючи у формулу (1) вираз для температури отримаємо
pNpR
k
A2
2
2
2
2828 σ
υmicro
σ
υmicroλ ==
( )( )
2
21023
233
104413301032100264118
10031102 minus
minus
minus
sdot=sdotsdotsdotsdotsdotsdot
sdotsdotsdot=λ м
Відповідь =λ 44middot10ndash2
м
Приклад 8 Розрахувати молярну теплоємність ідеального газу за
умови що тиск прямо пропорційний до обrsquoєму
Дано
micro = 2middot10ndash3
молькг
р = 133 мПа = 0133
Па
σ = 23middot10ndash10
м
υ = 103middot103 см
NA =602middot1023
мольndash1
КмольДжR sdot= 318
λ
Дано
Vp ~
15
Розвrsquoязання
За означенням dT
QC
ν
δ=
де Qδ ndash елементарна кількість теплоти dT ndash елементарний приріст
температури ν ndash кількість речовини
Перше начало термодинаміки
dUAQ += δδ
де Aδ ndash елементарна робота газу проти зовнішніх сил
dU - елементарний приріст внутрішньої енергії системи
dTRi
dU2
ν=
де i ndash число ступенів вільності молекул R ndash універсальна газова
стала
pdVA =δ
За умовою задачі Vp α= де α ndash деяка стала величина Тиск
запишемо виходячи з рівняння Менделєєва-Клапейрона
V
RTp
ν=
Прирівняємо праві частини останніх двох рівнянь
RTV να =2
і продиференціюємо цю рівність
RdTVdV να =2 або RdTpdV ν=2
Тепер уже можна записати вираз для елементарної роботи
RdTA νδ2
1=
і розрахувати теплоємність
VCRiRR
dT
RdTi
RdT
C +=+=+
=222
22
1
ν
νν
де VC ndash молярна теплоємність при сталому обrsquoємі
Відповідь 2
RCC V +=
C
16
Приклад 9 В циліндрі під поршнем котрий може вільно
переміщуватися знаходиться 10г азоту Яка кількість теплоти 1Q
необхідна для нагрівання азоту від температури KT 2831 = до
температури KT 2982 = Порівняйте цю теплоту з необхідною
теплотою 2Q для нагрівання такої ж кількості газу в тому ж
температурному інтервалі при постійному обrsquoємі а також визначте
зміну внутрішньої енергії і роботу розширення
Розвrsquoязання
Будемо вважати що газ ідеальний У першому
випадку маємо справу з ізобарним процесом тому
TCm
Q p∆=micro
1
де micro ndash молярна маса pC - молярна теплоємність
при сталому тиску 12 TTT minus=∆
У процесі ізохорного нагрівання (другий
випадок)
TCm
Q V ∆=micro
2
Молярні теплоємності
Ri
CV2
= Ri
RCC Vp2
2+=+=
тому
i
i
C
C
V
p 2+=
i
i
Q
Q 2
2
1 +=
Зміну внутрішньої енергії розраховують за формулою
TRim
U ∆=∆2micro
а роботу розширення газу ndash на основі першого закону термодинаміки
( ) Ui
TTRm
TRim
TRim
UQA ∆=minus=∆minus∆+
=∆minus=2
22
2121
micromicromicro
або безпосередньо за формулою
TRm
A ∆=micro
Дано
гm 10=
N2
KT 2831 =
KT 2982 =
а) const=p
б) const=V
2
1
Q
Q U∆ A
17
кгm31010 minussdot= 5=i (двоатомний газ) молькг31028 minussdot=micro
КмольДжR sdot= 318
415
25
2
1 =+
=Q
Q ( ) ДжU 111283298318
2
5
1028
1010
3
3
=minussdotsdot
sdot=∆
minus
minus
ДжА 4441115
2=sdot=
Відповідь 4121 =QQ ДжU 111=∆ ДжА 444=
Приклад 10 В калориметр з водою з загальною
теплоємністю С=1670 ДжК при температурі Ct deg= 201 поклали
гm 1001 = льоду температура якого Ct degminus= 82 Яка встановиться
температура Питома теплота плавлення льоду кгДж 10353 5sdot=λ
питома теплоємність льоду КкгДжс sdotsdot= 31012
Розвrsquoязання В задачах про лід потрібно спочатку
зrsquoясувати чи розтане весь лід якщо про
це не сказано в умові Коли в
калориметр кинули лід вода в ньому
почала охолоджуватися Теплота яка
виділиться при охолодженні
калориметра
( )011 ttCQ minus=
де Ct deg= 00 - температура кристалізації
води або плавлення льоду
Теплота необхідна для нагрівання льоду
до температури плавлення Ct deg= 00
( )202 ttтсQ minus=
Теплотанеобхідна для плавлення льоду
mQ λ=3
Підставимо числові значення ( ) ДжQ 3340002016701 =minus=
( )( ) ДжQ 168080101012 32 =minusminussdotsdotsdot=
ДжQ 33000101033 53 =sdotsdot=
Дано
КДжС 1670=
Ct deg= 201
Сt degminus= 82
кггт 101001 ==
кгДж51033 sdot=λ
КкгДжс sdotsdot= 31012
Ct deg= 00
minust
18
Проаналізуємо отримані результати 21 QQ gt - це означає що лід
нагріється до Cdeg0 але 321 QQQ +lt (33400lt34680 Дж) - це означає
що не весь лід розтане Тому кінцева температура буде
Cdeg0
Відповідь t= Cdeg0
Приклад 11 Треба стиснути повітря від обrsquoєму 32101 мminussdot до
обrsquoєму 33102 мminussdot Як вигідніше його стискувати адіабатно чи
ізотермічно
Розвrsquoязання
Порівняємо роботу при заданих процесах У
випадку адіабатного процесу
TRi
Аад ∆minus=2
ν
де ν ndash кількість речовини i ndash число ступенів
вільності молекули R ndash універсальна газова стала
T∆ ndash приріст температури ( )12 TTT minus=∆
Скористаємося рівнянням Пуассона
const1 =minusγTV
і виразимо зміну температури через зміну обrsquoєму 1
221
11minusminus = γγ
VTVT
або
1
2
112
minus
=
γ
V
VTT або
minus
=∆
minus
1
1
2
11
γ
V
VTT
Врахуємо що показник адіабати i
i 2+=γ
тобто i21 =minusγ Тоді
minus
minus=
minus1
2
11 11
γ
γ
ν
V
VRTАад
У випадку ізотермічного процесу 1
21 ln
V
VRTАіз ν=
Дано 32
1 101 мVminussdot=
332 102 мV
minussdot=
із
ад
А
А
19
Тепер
1
2
1
2
1
ln
1
1
1
V
V
V
V
А
А
із
ад
minus
minus
minus=
γ
γ
Підставимо числові значення для повітря 41=γ
41
101
102ln
102
1011
141
1
3
2
141
3
2
=
sdot
sdot
sdot
sdotminus
minus=
minus
minus
minus
minus
minus
із
ад
А
А
Відповідь вигідніше стискувати ізотермічно
Приклад 12 В циліндрі під поршнем знаходиться водень масою
002 кг при температурі 300 К Водень спочатку розширився
адіабатно збільшивши свій обrsquoєм у 5 разів а потім був стиснутий
ізотермічно до попереднього обrsquoєму Знайти температуру в кінці
адіабатного процесу і роботу виконану газом під час цих процесів
Зобразити процеси графічно
Розвrsquoязання
Температура і обrsquoєм газу в адіабатному
процесі повrsquoязані рівнянням адіабати 1
2
1
1
2
minus
=
γ
V
V
Т
Т (1)
де i
i 2+=γ ndash показник адіабати
Для водню показник адіабати дорівнює
415
25=
+=γ
Згідно формули (1) γminus
=
1
1
212
V
VТТ
Роботу в адіабатному та ізотермічному
процесах знайдемо скориставшись відповідними формулами
Дано
М = 002 кг
micro = 2middot10ndash3
молькг
і = 5
V2 = 5V1
V3 = V1
Т1 = 300 К
КмольДжR sdot= 318
Т2 А1ndash2 А2ndash3
р
V V1 V2
1
Адіабата
Ізотерма 2
3
20
( ) ( )22
211221 ТТRіM
ТТRіM
А minussdot=minussdotminus=minusmicromicro
2
12
2
3232 lnln
V
VRT
M
V
VRT
MА
micromicro==minus
1585300 402 =sdot= minusТ К
4
321 10982)157300(3182
5
102
020sdot=minussdotsdotsdot
sdot=
minusminusА Дж
4
332 10125
1ln157318
102
020sdotminus=sdotsdot
sdot=
minusminusА Дж
Відповідь Т = 158 К А1-2 = 298middot104 Дж А2-3 = ndash21middot10
4 Дж Графік
процесів показано на малюнку
Приклад 13 Нагрівник теплової машини що працює за циклом
Карно має температуру Ct deg= 2001 Визначити температуру 2T
холодильника якщо при надходженні від нагрівника кількості
теплоти ДжQ 011 = машина виконує роботу ДжA 400=
Розвrsquoязання
За означенням ККД теплової машини
1Q
A=η
а для циклу Карно 1
21
T
TT minus=η
Прирівнявши праві частини виписаних співвідношень
Маємо 1
21
1 T
TT
Q
A minus=
Звідки
minus=
112 1
Q
ATT
Підставимо числові значення KT 4731 =
КT 28001
40014732 =
minus=
Дано
Ct deg= 2001 ДжQ 011 =
ДжA 400=
2T
21
Відповідь KT 2802 =
Приклад 14 Знайти витрату бензину автомобіля на S=1 км шляху
при швидкості годкм 60=υ Потужність двигуна 17 кВт ККД
двигуна 30=η питома теплота згоряння бензину q=45middot106 Джкг
Розвrsquoязання
При згорянні палива виділяється теплота
mqQ sdot=
ККД двигуна Q
Aкор=η Отже
qmQAкор ηη == З другої сторони з
врахуванням потужності υ
SNtNА sdot=sdot=
Прирівнявши ці два вирази отримаємо
q
NSm
ηυ=
Підставимо числові значення
кгт 08045middot1071630
1010176
33
asympsdotsdot
sdotsdot=
Відповідь m = 008 кг
Приклад 15 Ідеальний двоатомний газ здійснює цикл який
складається з двох ізотерм і двох ізохор При цьому найбільша
температура газу 500 К найменша ndash 300 К найбільший обrsquoєм 12 л
найменший ndash 3 л Знайти ККД циклу
Розвrsquoязання
Дано
мкмS3101 ==
смгодкм 71660 ==υ
ВтN31017 sdot=
3030 == ηη
кгДжq 1045 6sdot=
minusт
Дано
5=і
КТ 5001 =
КТ 3002 =
22
p 1
4
T1
T2
2
3
V1 V2 V
ККД циклу Q
А=η
де A - робота виконана газом Q - теплота
отримана газом Розглянемо ізопроцеси При
ізотермічних процесах 0=∆U оскільки
температура не змінюється З першого закону
термодинаміки ( AUQ +∆= ) випливає що в
цьому випадку вся отримана газом теплота
йде на виконання роботи AQ =
Для процесу 1rarr2 маємо
01
211121
2
1
2
1
gt==== intintrarrV
VnRT
m
V
dVRT
mpdVAQ
V
V
V
V
lmicromicro
де тиск V
RTт
р1
1 sdot=micro
Для процесу 3rarr4 маємо
01
222243
2
1
1
2
ltminus=minus=== intintrarrV
VnRT
m
V
dVRT
mpdVAQ
V
V
V
V
lmicromicro
- газ віддає
теплоту
Для ізохорних процесів обrsquoєм не змінюється тому 0=А З першого
закону термодинаміки TRmi
UQ ∆=∆=micro2
Для процесу 2rarr3 маємо
( ) ( ) 022
211232 ltminusminus=minus=rarr TTRmi
TTRmi
Qmicromicro
- газ віддає теплоту
Для процесу 4rarr1 маємо ( ) 02
2114 gtminus=rarr TTRmi
Qmicro
Отже газ виконав роботу ( )211
221 TT
V
VnR
mAAA minus=+= l
micro
Газ отримав теплоту ( )
minus+=+= rarrrarr 21
1
211421
2TT
i
V
VnTR
mQQQ l
micro
Тоді ККД цикла
331 1033 млV
minussdot==
332 101212 млV
minussdot==
minusη
23
( )
( )
( )
( )211
21
211
2
211
21
211
2
22TT
i
V
VnT
TTV
Vn
TTi
V
VnTR
m
TTV
VnR
m
Q
А
minus+
minus
=
minus+
minus
==
l
l
l
l
micro
microη
( )
( )23230
3005002
5
103
1012500
300500103
1012
3
3
3
3
=rArr=
minus+sdot
sdotsdot
minussdot
sdot
=
minus
minus
minus
minus
ηη
n
n
l
l
( 386169302224 =sdot== nn ll )
Відповідь 23=η
Приклад 16 Знайти приріст ентропії при перетворенні 1 г води з
температурою 0degС в пару при 100degС
Розвrsquoязання
Зміна ентропії у випадку оборотного
термодинамічного процесу
int=∆B
AT
QS
δ
де Qδ ndash елементарна кількість теплоти T ndash абсолютна
температура A та B ndash формальні позначення
вихідного і кінцевого стану системи
Розібrsquoємо інтеграл у правій частині виписаної формули на два
доданки що відповідають двом процесам заданим в умові
intint +equiv∆+∆=∆B
C
C
AT
Q
T
QSSS
δδ21
де 1S∆ ndash приріст ентропії при нагріванні води від температури 1T до
температури 2T 2S∆ ndash приріст ентропії при випаровуванні ( 2T за
умовою задачі ndash температура кипіння води)
У першому доданку
cmdTQ =δ
де c ndash питома теплоємність води У другому доданку const2 =T а
Дано
гm 1=
OH2 Ct deg= 01
Ct deg= 1002 S∆
24
rmQQ
B
C
==intδ
де r ndash питома теплота пароутворення Маємо
+=+=∆ intint
21
2
2
ln12
1T
r
T
TcmQ
TT
dTcmS
B
C
T
T
δ
КкгДжс sdotsdot= 310194 кгДжr510622 sdot= кгm
3101 minussdot=
КT 2731 = КT 3732 =
КДжS 47373
10622
273
373ln10194101
533 =
sdot+sdotsdot=∆ minus
Відповідь КДжS 47=∆
Приклад 17 105 г азоту ізотермічно розширюються від обrsquoєму
лV 21 = до обrsquoєму лV 52 = Знайти приріст ентропії при цьому
процесі
Розвrsquoязання
При ізотермічному процесі Т=const
отже зміна внутрішньої енергії 0=dU
Тоді з першого закону термодинаміки
маємо AQ δδ =
Елементарна робота з врахуванням виразу
для тиску р з рівняння Менделєєва-
Клапейрона V
dVRT
mрdVА
microδ ==
Зміна ентропії в оборотному термодинамічному процесі int=∆B
AT
QS
δ
В нашому випадку 1
22
1
V
VnR
m
TV
TdVR
m
T
АS
V
V
B
A
lmicromicro
δ===∆ intint
молькг 1028 3minussdot=micro - молярна маса азота
Підставимо числові значення
Дано
кггт 310510510 minussdot==
лV 21 =
лV 52 =
constТ =
minus∆S
25
КДжnS 922
5318
1028
10510
3
3
=sdotsdotsdot
sdot=∆
minus
minus
l
Відповідь КДжS 92=∆
Приклад 18 Два кіломолі триатомного газу адіабатно
розширюються в пустоту від 31 1мV = до 3
2 5мV = Температура газу
при цьому зменшується на 15 К Знайти за цими даними постійну laquoаraquo
з рівняння Ван-дер-Ваальса
Розвrsquoязання
Перше начало термодинаміки для адіабатного
процесу має вигляд dUA minus=δ де А ndash робота газу
проти зовнішніх сил U ndash внутрішня енергія За
умовою задачі зовнішнього тиску немає
(розширення в пустоту)
тому 0== dVpAδ
В підсумку маємо що 0=dU
Зміна внутрішньої енергії має дві складові
dTCVν що не залежить від зміни обrsquoєму та
( )VdU що залежить від обrsquoєму Остання складова
рівна роботі сили міжмолекулярного притягання
котра спричинює додатковий внутрішній тиск
2
20
V
aP ν=
( ) dVV
adVPVdU
2
20 ν==
Повна зміна внутрішньої енергії газу
02
2 =+ dVV
adTCV νν
Дано
моль3102 sdot=ν
6=i 0=Qδ
Паp 0=
31 1 мV =
32 5 мV =
KT 15minus=∆
a
26
Звідки dVCV
adT
V2
νminus=
Проінтегруємо останнє співвідношення
int int
minus=minus=
2
1
2
1
122
11T
T
V
V VV VVC
a
V
dV
C
adT νν
тобто
minus=∆
12
112
VViR
aT ν
оскільки молярна теплоємність при постійному обrsquoємі Ri
CV2
=
(і ndash число ступенів вільності R ndash універсальна газова стала)
Тепер маємо
( )21
21
2 VV
VTViRa
minus
∆=
ν
( )
( ) 2
4
3230
511022
51153186
моль
мНa
sdot=
minussdotsdot
sdotsdotminussdotsdot=
Відповідь 2
4
230моль
мН sdot=α
3 Задачі для самостійного розвrsquoязування
Вказівки до розвrsquoязування задач
1 В задачах на теплоту складають рівняння теплового балансу сума
теплоти що виділяється при певних процесах дорівнює сумі теплоти
що поглинається при інших процесах
2 В задачах про лід потрібно спочатку зrsquoясувати (кількісними
підрахунками) чи розтане весь лід якщо про це не сказано в умові
Якщо розтане не весь лід то кінцева температура дорівнюватиме 0ordmС
31 Молекулярна фізика
27
Рівняння стану ідеального газу
1 Балон місткістю 12 л заповнений азотом при тиску 81МПа і
температурі 17degС Знайти масу азоту (113 кг)
2 Яким може бути найменший обrsquoєм балона що містить 64 кг
кисню якщо його стінка при температурі 20degС витримує тиск
160 кгссм2 (32middot10
1 м
3)
3 До якої температури потрібно нагріти ідеальний газ щоб його
густина зменшилася у два рази порівняно з густиною цього газу
при Ct deg= 00 (Т=2Т0=546 К)
4 5 г азоту що знаходиться в закритій посудині місткістю 4 л при
температурі 20degС нагрівають до температури 40degС Знайти тиск
газу до і після нагрівання (р1=108middot105Па р2=116middot10
5Па)
5 Знайти густину водню при температурі 15degС і тиску 730 мм ртст
( 30810 мкг=ρ )
6 Густина деякого газу при температурі 10degС і тиску 2sdot105Па
дорівнює 034 3мкг Чому дорівнює маса одного кіломоля цього
газу ( молькг3104
minussdot=micro )
7 10 г кисню знаходяться під тиском 3 атм при температурі 10degС
Після розширення внаслідок нагрівання при постійному тиску
кисень зайняв обrsquoєм 10 л Знайти 1) обrsquoєм газу до розширення 2)
густину газу до розширення 3) температуру газу після
розширення 4) густину газу після розширення
( 331 1042)1 мV
minussdot= 2) 31 144 мкг=ρ 3) Т2=1170 К 4) 3
2 1 мкг=ρ )
8 6 г вуглекислого газу ( )2CO і 5 г закису азоту ( )ON2 заповнюють
посудину місткістю 2 дм3 Який загальний тиск у посудині при
температурі 127degС (415middot105Па)
9 Яка кількість речовини є в газовому балоні обrsquoємом 2 л при тиску
1013 МПа і температурі 10degС (86 моль)
10 Балон для газового зварювання місткістю 20 л був заповнений
киснем при температурі 15degС Коли частину кисню витратили
тиск у балоні знизився на 5065 кПа Скільки кисню було
витрачено ( кгm 1350=∆ )
11 Температура повітря в посудині обrsquoємом 5 л становить 27degС його
тиск 2026 МПа Визначити масу повітря яке потрібно випустити з
посудини щоб тиск у ній знизився до 1013 МПа ( кгm 0590=∆ )
28
12 Визначити густину повітря в камері шин автомобіля ВАЗ 2110
якщо тиск у камері 018 МПа (надлишковий) а температура 20degС
( 3353 кгм=ρ )
13 Знайти густину суміші 10-2 кг вуглекислого газу і 15sdot10
- 2 кг азоту
при температурі 300 К і тиску 015 МПа ( 3981 кгм=ρ )
14 Знайти молярну масу суміші що утворилася з 38sdot10-3 кг кисню і
22sdot10-2 кг вуглекислого газу ( кгмоль2104 minussdot=micro )
15 Накреслити графіки ізотермічного ізобарного та ізохорного
процесів в ідеальному газі у системах координат р V p T V T
Порівняти ці графіки
16 На рис1 зображено графік зміни стану ідеального газу в
координатах V T Виразити ці процеси графічно в координатах p V
та p T Назвати ці процеси
17 Зміна стану ідеального газу сталої маси зображена на рис2 В т1
температура газу Т0 Визначити температуру газу в т234
(Т2=3Т0 Т3=6Т0 Т4=2Т0)
18 Який обrsquoєм займає суміш газів ndash азоту масою кгm 11 = і гелію
масою кгm 12 = ndash при нормальних умовах (64 м3)
19 Скільки молекул міститься в 1 г водяної пари (33sdot1022
)
20 Скільки молекул буде знаходитися в 1 см3 посудини при 10degС
якщо посудину підкачано до ртстммp11101 minussdot= (34sdot10
5)
21 У балоні місткістю лV 3= знаходиться кисень масою 4 г
Визначити кількість речовини ν газу і концентрацію n його
молекул (ν =0125 моль n=251sdot1025м
-3)
Рис 1 Рис 2
29
22 У балоні було 10 кг газу при тиску 10 МПа Знайти яку масу газу
взяли з балона якщо тиск став рівним 25 МПа Температуру
вважати постійною (75 кг)
23 Балони місткістю лV 201 = і лV 442 = заповнені газом Тиск у
першому балоні МПаp 421 = у другому ndash МПаp 612 =
Визначити загальний тиск p після сполучення балонів якщо
температура газу залишилася попередньою (076 МПа)
24 Газ в кількості m=16 г при тиску р=106 Нм
2 і температурі t=112degС
займає обrsquoєм V=1600 см3 Визначити який це газ (кисень)
25 При якому тиску р густина ρ газоподібного азоту що має
температуру t= - 73degС складає 04 густини води кімнатної
температури 33
010 кгмρ = ( 271042 Нмр sdot= )
26 Відкрита посудина нагріта до температури t2=450degС Яка частина
маси повітря залишилась в ній в порівнянні з тією кількістю яка
була при t1=27degС Розширенням посудини знехтувати
(m2m1=0415)
27 10 г кисню знаходяться під тиском 0303 мкПа при температурі
10degС Після розширення внаслідок нагрівання при постійному
тиску кисень зайняв обrsquoєм 10 л Знайти обrsquoєм газу до розширення і
температуру газу після розширення (V1=24sdot10-3 м
3 Т2=118sdot10
3 К)
28 Скільки молекул повітря буде знаходитись в 1 см3 посудині при
10degС якщо повітря в посудині відкачане до тиску 133 мкПа
(34sdot108)
29 У 1 кг сухого повітря знаходиться m1=232 г кисню і m2=768 г
азоту Знайти відносну молярну масу повітря (microсм=288 кгмоль
microвідн=288 кгмоль)
30 У скільки разів вага повітря взимку (7 0
С) більша за його вагу
влітку (37 0 С) Тиск однаковий (11 рази)
31 У відкритій посудині при Ct0
1 20= є повітря гm 1501 = На яку
величину m∆ зменшиться маса повітря в посудині при нагріванні
її до Ct0
1 100= Зміною розмірів посудини при нагріванні
знехтувати ( m∆ =322 г)
32 У посудині знаходиться суміш 10 г вуглекислого газу і 15 г азоту
Знайти густину цієї суміші при температурі 27 0
С і тиску
15sdot10 5 Па ( 3981 мкг=ρ )
33 Знайти масу атома 1)водню 2) гелію
30
( )(10656)(10671 2727 геліюкгmводнюкгmminusminus sdot=sdot= )
34 Визначити концентрацію n молекул ідеального газу при
температурі Т= 300 К і тиску р =1 МПа ( n=224sdot10 17 м
-3)
Основне рівняння молекулярно-кінетичної теорії газів
швидкості молекул
35 Тиск p газу дорівнює 1 мПа концентрація n його молекул рівна
310101 minussdot см Визначити 1) температуру Т газу 2) середню
кінетичну енергію ( )1кЕ поступального руху молекули
( 1) Т=725 кК 2) ( )1кЕ =15sdot10
-19 Дж)
36 Молекула кисню при нормальних умовах рухається зі швидкістю
425 мс Визначити кінетичну енергію молекули
( ( )1кЕ =48sdot10
-21Дж)
37 Визначити кінетичну енергію поступального руху молекули
аміаку а також повну кінетичну енергію молекул одного моля
аміаку при температурі 373 К ( ( )1кЕ =773sdot10
-21Дж Еk=932 Дж)
38 Визначити сумарну кінетичну енергію теплового руху всіх
молекул кисню (О2) що займають обrsquoєм V=55sdot10-3 м
3 при тиску
р=2026 кПа (Еk=279 кДж)
39 Густина деякого газу 3060 мкгρ = середня квадратична
швидкість його молекул смкв 500=υ Знайти тиск газу на стінки
посудини (5 кПа)
40 Газ займає обrsquoєм лV 1= під тиском атмр 2= Визначити
кінетичну енергію kE поступального руху всіх молекул в даному
обrsquoємі (03 кДж)
41 Кількість речовини деякого газу моль51=ν температура
КТ 120= Визначити кінетичну енергію kE поступального руху
всіх молекул цього газу (73 кДж)
31
42 При якій температурі середня кінетична енергія ( )1кЕ
поступального руху молекули газу рівна Дж2110144 minussdot
(200 К)
43 Посудина зі внутрішнім обrsquoємом лV 4= містить гm 60=
деякого газу під тиском атмр 2= Визначити середню
квадратичну швидкість молекул газу (2 103
см )
43 Середня квадратична швидкість руху молекул деякого газу що
перебуває під тиском 50 кПа дорівнює 449 мс Визначити
густину газу при цих умовах ( 37440 мкг=ρ )
44 При якій температурі середня квадратична швидкість молекул
кисню дорівнює швидкості молекул азоту при температурі 373 К
(Т = 426 К)
46 Знайти середню арифметичну швидкість молекул газу коли
відомо що середня квадратична швидкість 400 мс
( см370=υ )
47 Знайти найбільш імовірну та середню арифметичну швидкості
молекул газу густина якого при тиску 40 кПа дорівнює 03 кгм3
( імυ = 5164 мс υ = 6324 мс)
48 Знайти середню квадратичну швидкість молекул повітря при
температурі 17deg С Повітря вважати однорідним газом з молярною
масою 29sdot10-3 кгмоль ( 500=квυ мс)
49 Визначити середню квадратичну швидкість квυ молекул газу
масою гm 30= що знаходиться в посудині місткістю лV 2= під
тиском кПаp 200= (2sdot10 3 мс)
50 Знайти відношення середніх квадратичних швидкостей молекул
гелію та азоту при однакових температурах (265)
51 Знайти середню квадратичну квυ середню арифметичну υ та
найімовірнішу імυ швидкості молекул водню Обчислення
виконати для трьох значень температури 1) КТ 20=
2) КТ 300= 3) КТ 5000= ( 1) 500 мс 462мс 407 мс
2) 194 кмс 179 кмс 158 кмс 3) 790 кмс 730 кмс 648 кмс)
52 При якій температурі Т середня квадратична швидкість атомів
гелію буде дорівнювати другій космічній швидкості
скм2112 =υ (201 кК)
32
53 Знайти середню арифметичну швидкість υ молекул газу якщо їх
середня квадратична швидкість скмкв 1=υ (092 кмс)
54 Кінетична енергія поступального руху молекул азоту що
знаходиться в обrsquoємі 20 дм3 дорівнює 5 кДж а середня
квадратична швидкість його молекул рівна 2 кмс Знайти 1) масу
азоту в балоні 2) тиск під яким знаходиться азот
( 1) т=25sdot103 кг 2) р=167sdot10
5 Па)
55 Посудина що містить деяку масу одноатомного газу рухається зі
швидкістю u На скільки збільшиться середній квадрат швидкості
теплового руху молекул при зупинці посудини Теплоємність
теплопровідність і маса стінок посудини зникаюче малі
56 Обчислити кількість теплоти що необхідна для нагрівання повітря
від Т1= 273 К до Т2= 303 К при сталому тиску якщо спочатку воно
перебувало при нормальному тиску р1 і мало обrsquoєм V1=50 м3
(∆Q=1948 кДж)
57 Яка кількість теплоти необхідна для нагрівання одного моля
одноатомного газу на 1 К при сталому обrsquoємі (∆Q=124 кДж)
58 Балон місткістю 2sdot10-2
м3 з киснем що має тиск 1013 МПа і
температуру 280 К нагрівають до 300 К Яку кількість теплоти
дістає при цьому газ (∆Q=35 кДж)
59 Визначити кількість теплоти (∆Q) що необхідна для нагрівання
повітря від Т1= 273 К до Т2=298 К при сталому обrsquoємі V1=30 м3
якщо початковий тиск повітря р1 був нормальний
(∆Q=6957 кДж)
32 Термодинаміка Реальні гази
Внутрішня енергія робота розширення газу
перше начало термодинаміки
60 Чому дорівнює енергія теплового руху молекул двоатомного газу
що знаходиться в посудині місткістю 2 л під тиском 015 МПа
(U=750 Дж)
61 10 г кисню знаходяться під тиском 03 МПа при температурі 10degС
Після нагрівання при постійному тиску газ зайняв обrsquoєм 10 л
Знайти 1) кількість теплоти одержаної газом 2) зміну
33
внутрішньої енергії газу 3) роботу виконану газом при
розширенні ( 1) 792sdot103Дж 2) 5660 Дж 3) 226sdot10
3 Дж)
62 2 кмолі вуглекислого газу нагріваються при постійному тиску на
50degС Знайти 1) зміну його внутрішньої енергії 2) роботу
розширення 3) кількість теплоти наданої газу
( 1) 2500 Дж 2) 830 кДж 3) 3300 кДж)
63 Газ що займав обrsquoєм 5 л і знаходився під тиском 02 МПа при
температурі 17degС було нагріто внаслідок чого він ізобарно
розширився Робота розширення газу при цьому виявилася рівною
196 Дж Наскільки нагріто газ (57 К)
64 При ізотермічному розширенні 10 г азоту що знаходиться при
температурі 17degС було виконано роботу 860 Дж У скільки разів
змінився тиск азоту при розширенні (272)
65 1л гелію котрий знаходиться при нормальних умовах ізотермічно
розширюється за рахунок одержаної ззовні теплоти до обrsquoєму 2 л
Знайти 1) роботу виконану газом при розширенні 2) кількість
наданої газу теплоти ( 1) 70 Дж 2) 70 Дж )
66 1 кг двоатомного газу знаходиться під тиском 80 кПа і має
густину 34 мкг=ρ Знайти енергію теплового руху молекул газу
при цих умовах (5sdot104Дж)
67 У посудину в котрій міститься 28 л води при температурі 20degС
вкинули нагрітий до 460degС кусок сталі що має масу 3кг Від цього
вода в посудині нагрілася до 60degС а частина її перетворилася в
пару Визначити масу води котра випарувалася Теплоємністю
посудини знехтувати
68 Знайти для кисню відношення питомої теплоємності при сталому
тиску до питомої теплоємності при постійному обrsquoємі (14)
69 1 кмоль азоту який знаходився при нормальних умовах
розширюється адіабатно від обrsquoєму 1V до обrsquoєму 12 5VV =
Знайти1) зміну внутрішньої енергії газу 2) роботу виконану при
розширенні ( 1) 269 sdot10 6 Дж 2) 269 sdot10
6 Дж)
70 Повітря що при нормальному атмосферному тиску зайняло обrsquoєм
2sdot10-2
м3 адіабатно стискується до обrsquoєму 2sdot10
-3 м
3 Визначити
тиск повітря після стискання (р=254 МПа)
71 Знайти питомі теплоємності азоту та їхні відношення при сталому
обrsquoємі та сталому тиску ( КкДжкгcV sdot= 7420
КкгкДжcp sdot= 041 )
34
72 Знаючи молярну масу газу ( кгмольmicro 31044 minussdot= ) і відношення
питомих теплоємностей (γ=133) обчислити молярні теплоємності
Ср і СV ( СV=0566 кДжкгsdotК Ср=0754 кДжкгsdotК)
Теплоємність адіабатний процес
73 Різниця питомих теплоємностей Vp cc minus деякого двоатомного газу
дорівнює 260 Джкг К Знайти молярну масу micro газу і його питомі
теплоємності pc та cV
( micro=0032 молькг cV=650 ДжкгmiddotК pc =910 ДжкгmiddotК)
74 Молярна маса деякого газу мольг30=micro відношення
41=Vp cc Знайти питомі теплоємності pc і сV цього газу
( сV=693 ДжкгmiddotК pc =910 ДжкгsdotК )
75 До якої температури охолодиться повітря що знаходиться при
температурі 0degС якщо воно розширюється адіабатно від обrsquoєму 1V
до обrsquoєму 12 2VV = (207 К)
76 Газ розширюється адіабатно при цьому обrsquoєм його збільшується
вдвічі а температура падає в 132 рази Яке число ступенів
вільності мають молекули цього газу (5)
77 Чому дорівнюють питомі теплоємності pc і сV деякого
двоатомного газу якщо густина цього газу при нормальних
умовах дорівнює 143 кгм3 (сV=650 ДжкгmiddotК pc =910 ДжкгmiddotК)
78 Двоатомний газ займає обrsquoєм лV 501 = при тиску атмp 501 =
Газ стискується адіабатно до деякого обrsquoєму 2V і тиску 2p а
потім при постійному обrsquoємі 2V охолоджується до початкової
температури При цьому тиск його стає рівним атмp 10 =
Зобразити описаний процес графічно знайти обrsquoєм 2V і тиск 2p
(025 л 132 атм)
79 Газ розширюється адіабатно так що його тиск спадає від 2 атм
до 1 атм Потім він нагрівається при постійному обrsquoємі до
початкової температури причому його тиск зростає до 122 атм
35
Зобразити описаний процес графічно і визначити відношення
Vp cc газу (14)
Цикл Карно ентропія
80 Ідеальна теплова машина що працює за циклом Карно отримує за
кожний цикл від нагрівника 600 кал теплоти Температура
нагрівника 400 К температура холодильника 300 К Знайти
роботу що виконує машина за один цикл і кількість теплоти
котра віддається холодильнику за один цикл
( А=630 Дж Q2=1880 Дж)
81 Ідеальна теплова машина що працює за циклом Карно 23
теплоти одержаної від нагрівника передає холодильнику з
температурою 10degС Визначити температуру нагрівника (4245 К)
82 Ідеальна теплова машина працює за циклом Карно При цьому
80 теплоти одержаної від нагрівника передається
холодильнику Від нагрівника надходить за цикл 15 ккал теплоти
Знайти 1) ККД циклу 2) роботу виконану за цикл
( 1) 20 2) 126sdot103Дж)
83 Ідеальна теплова машина що працює за циклом Карно виконує
за один цикл роботу 735sdot 10 4 Дж Температура нагрівника 100
0 С
температура холодильника 00 С Знайти1) ККД машини
2) кількість теплоти одержаної машиною за один цикл від
нагрівника 3) кількість теплоти яка віддається за один цикл
холодильнику ( 1) 268 2) 274 sdot10 4 Дж 3) 126 sdot10
4 Дж)
84 Ідеальна теплова машина отримує від нагрівника температура
якого 500 К за один цикл 3360 Дж теплоти Знайти кількість
теплоти що передається за один цикл холодильнику температура
якого 400 К Знайти роботу машини за один цикл
(Q2= 2688 Дж А= 672 Дж)
85 Ідеальна теплова машина що працює за циклом Карно має
температуру нагрівника 600 К а холодильника 500 К У скільки
разів потрібно збільшити абсолютну температуру нагрівника щоб
ККД машини збільшився вдвічі (в 125)
86 Визначити ККД циклу і температуру нагрівника теплової
машини яка працює за циклом Карно якщо за рахунок 2 кДж
теплоти одержаної від нагрівника вона виконує роботу 400 Дж
Температура холодильника 480 К (20 600 К)
36
87 Знайти зміну ентропії при ізотермічному розширенні 6 г водню зі
зменшенням тиску від 01 МПа до 50 кПа (173 ДжК)
88 105 г азоту ізотермічно розширюються від обrsquoєму лV 21 = до
обrsquoєму лV 52 = Знайти приріст ентропії в цьому процесі
(29 ДжК)
89 10 г кисню нагріваються від Ct deg= 501 до Ct deg= 1502 Знайти зміну
ентропії якщо нагрівання відбувається 1) ізохорно 2) ізобарно
( 1) 176 ДжК 2) 246 ДжК )
90 У циклі Карно робочим тілом є двоатомний газ Визначити ККД
циклу якщо при адіабатичному розширенні обrsquoєм газу збільшився
від 80 до 102 дм3 (01 або 10)
91 05 кг розплавленого свинцю при температурі плавлення влили в
лід при 0degС Частина льоду розплавилася Знайти зміну ентропії
(50 ДжК)
Реальні гази явища перенесення
92 Знайти критичний молярний обrsquoєм азоту
93 Розрахувати густину кисню у критичному стані
94 Знайти середню довжину вільного пробігу атомів гелію в умовах
коли густина гелію 321 мг=ρ (18sdot10-6 м)
95 Знайти середню довжину вільного пробігу атомів азоту при
температурі 17 0 С і тиску 10
4 Па ( м610 minus=λ )
96 Знайти залежність середнього числа зіткнень молекул z ідеального
газу від тиску р в наступних процесах 1) ізохорному
2)ізотермічному Зобразити ці залежності на графіках
( pzpz asympasymp )2)1 )
97 У посудині знаходиться вуглекислий газ густина якого 321012 мкгminussdot=ρ середня довжина вільного пробігу його
молекул при цих умовах дорівнює см61097 minussdot=λ Знайти
діаметр молекул вуглекислого газу ( d =35sdot 10 -10
м )
37
98 Знайти діаметр молекули кисню якщо відомо що для кисню
коефіцієнт внутрішнього тертя при 0ordm С дорівнює
сПа sdotsdot= minus610818η ( d = 3middot10
-10 м)
99 Знайти динамічну вrsquoязкість азоту при нормальних умовах якщо
коефіцієнт дифузії для нього при цих умовах дорівнює
сcм21420 (η = 178sdot10-5 Паsdotс)
100 Знайти коефіцієнт теплопровідності водню якщо його
динамічна вrsquoязкість при таких самих умовах рівна смкПа sdot68
(0090 ВтмmiddotК)
101 Коефіцієнт дифузії і динамічної вrsquoязкість кисню дорівнюють
см2510221
minussdot та сПа sdotsdot= minus510951η відповідно Знайти при
цих умовах 1) густину кисню 2) середню довжину вільного
пробігу його молекул і 3) середню арифметичну швидкість його
молекул ( 1) 16 кгм3 2) 835sdot10
-8 м 3) 440 мс)
102 Знайти залежність коефіцієнта теплопровідності κ газу від
температури Т в умовах ізобарного та ізохорного процесів
Зобразити ці залежності графічно (1 κ~ Т 2 κ~ Т )
103 Зайти коефіцієнт дифузії при нормальних умовах 1)гелію
2)кисню ( 1) сcм2720 2) сcм2180 )
104 Коефіцієнт дифузії D кисню при температурі t=0ordmС дорівнює
019 см2с Визначити середню довжину вільного пробігу λ
молекул кисню ( λ =135 нм)
105 Визначити залежність коефіцієнта дифузії D ідеального газу від
температури при наступних процесах 1)ізобарному
2)ізохорному ( 1) D~ 3Т 2) D~ Т )
106 Визначити залежність динамічної вrsquoязкості η від температури Т
при наступних процесах 1)ізобарному 2) ізохорному Зобразити
ці залежності на графіках ( 1) η ~ Т 2) η ~ Т )
107 Знайти коефіцієнт дифузії та коефіцієнт внутрішнього тертя
повітря при тиску 760 мм рт ст і температурі 10ordmС Діаметр
молекули повітря прийняти 3middot10-1 м
(148middot10-5 м
2с 185middot10
- 5 Паsdotс)
108 У скільки разів коефіцієнт внутрішнього тертя кисню більший за
коефіцієнт внутрішнього тертя азоту Температура газів
однакова (107)
38
109 Знайти коефіцієнт теплопровідності повітря при температурі
10ordmС і тиску 105 Па Діаметр молекули повітря прийняти рівним
3middot10-8 см (132middot10
-3 ВтмmiddotК)
110 Знайти залежність коефіцієнта теплопровідностіκ від тиску р
при наступних процесах 1)ізотермічному 2)ізохоричному
Зобразити ці залежності на графіках
( 1) Не залежить 2) κ ~ р )
Таблиця для самостійної роботи
Варіанти
завдань
Номери задач
1 1 11 35 45 60 73 85 97
2 2 12 36 46 61 74 86 98
3 3 13 37 47 62 75 87 99
4 4 14 38 48 63 76 88 100
5 5 15 39 49 64 77 89 103
6 6 16 40 50 65 80 92 104
7 7 17 41 51 66 81 93 105
8 8 18 42 52 67 82 94 106
9 9 19 43 53 68 83 95 107
10 10 20 44 54 69 84 96 108
Задачі для усного розвrsquoязування
111 Під час накачування повітря в гумову камеру одночасно
збільшується його обrsquoєм і тиск Чи не суперечить це закону Бойля -
Маріотта
112 Чому влітку шини коліс автомобілів накачують повітрям до
меншого тиску ніж взимку
113 Якої форми необхідно взяти посудину щоб сила тиску на дно
дорівнювала вазі рідини Була більша Менша ваги рідини
39
114 У посудині наповненій до краю водою плаває кусок льоду Чи
виллється вода з посудини коли лід розтане
115 Дві кульки ndash мідна та алюмінієва зрівноважені на пружинних
терезах Чи порушиться рівновага терезів якщо кульки упустити у
воду
116 Чи можна перелити воду з однієї склянки в іншу знаходячись в
кабіні штучного супутника Землі
117 Повітря складається з азоту кисню та інших газів Чи однакова
кінетична енергія поступального руху молекул цих газів при даній
температурі
118 Якими способами можна змінити внутрішню енергію тіла
119 В якому випадку зміна тиску газу буде більшою при адіабатній
чи ізотермічній зміні обrsquoєму
120 Чому ізотермічне розширення газу відбувається тільки внаслідок
підведення до нього деякої кількості теплоти
121 Чому в дизелі нема потреби запалювати пальну суміш
електричною іскрою як це робиться в інших двигунах
122 Під час роботи пневматичний молот що працює за рахунок
енергії стиснутого повітря зовні обмерзає Яка причина охолодження
123 Після сильного шторму вода в морі стає теплішою Чому
124 Деяку масу ідеального газу нагрівають на однакову кількість
градусів один раз при сталому тиску а другий раз при сталому обrsquoємі
В якому випадку потрібна більша кількість теплоти Чому
125 Чому вода на дні океану залишається холодною в той час як по
мірі просування в глибину Землі на кожні 100 м температура
збільшується приблизно на 3deg
40
126 Чи може теплова машина мати ККД=100 якщо працюватиме за
ідеальним циклом
127 Чи можна створити умови за яких внутрішня енергія переходила
б від тіл з нижчою температурою до тіл з вищою температурою
128 Чи охолоне повітря в кімнаті якщо відчинити двері домашнього
холодильника ввімкнутого в мережу
129 Чому температура пари яка надходить у парову турбіну нижча
за температуру пари що виходить з неї
130 Накреслити криві ізобарного ізохорного ізотермічного процесів
на діаграмах залежності V T P T P V
131 Як пояснити утворення роси і туману
132 Коли і чому на дроті лінії електропередач зrsquoявляється іній
133 Обrsquoєм посудини в якій міститься насичена пара ізотермічно
збільшили в 5 разів Що сталося з тиском пари
134 Чому туман зrsquoявляється в вечірній час а зранку зникає
135 Чому після дощу стає холодніше Пояснити це явище
4 Довідкові дані
Фундаментальні фізичні сталі
Гравітаційна стала 221110676 кгмНG sdotsdot= minus
Прискорення вільного падіння 2см819=g
Стала Авогадро 12310026 minussdot= мольN A
Стала Больцмана КДжk2310381 minussdot=
Стала Лошмідта 3250 10692 minussdot= мn
Газова стала КмольДжR sdot= 3148
41
Молярний обrsquoєм ідеального газу
при ну мольмV
330 1041322 minussdot=
Густина деяких речовин
Речов
ина ρsdot10
3 (кгм
3) Речовина ρsdot10
3
(кгм3)
мідь 86 вода 100
залізо 79 гліцерин 126
свине
ць
113 касторове
масло
089
ртуть 136 повітря 000129
Молярні маси деяких речовин
Речовин
а
Молекул
а
micro10- 3
кгмоль Речовина
Молекул
а
micro10-3
кгмоль
Азот N2 28 Гелій Hе 4
Аргон Ar 40 Кисень О2 32
Неон Ne 20 Повітря - 29
Вода H2O 18 Ртуть Hg 201
Водень H2 2 Кухонна
сіль NaCl 58
Вуглекг CO2 44
Нормальні умови
КT 2730 = атмстртммПаp 176010011 50 ==sdot=
Питомі теплоємності для деяких речовин
Сталь КкгДжc sdot= 460
Свинець КкгДжс sdot= 126
Питома теплота плавлення свинцю КкгДж sdotsdot= 410262λ
42
Символи і відносні атомні маси деяких хімічних елементів
H He C N O Cu K Li Na
1 4 12 14 16 64 39 6 23
Деякі параметри води
питома теплота пароутворення при 100degС ndash кгМДжr 262=
питома теплоємність ndash КкгкДжс sdot= 194
питома теплота плавлення при 0degС ndash кгДж510353 sdot=λ
43
Критичні параметри
Елемент КкрT
МПакрp
азот 12
6
34
кисень 15
4
507
Ефективні діаметри молекул
Елем
ент
нмσ
азот 03
0
гелій 02
0
Префікси для утворення кратних одиниць
Префікс Позначення Числове
значення Префікс Позначення
Числове
значення
тера Т T 1012
піко п p 10-12
гіга Г G 109 нано н n 10
-9
мега М M 106 мікро мк micro 10
-6
кіло к k 103 мілі м m 10
-3
Одиниці довжини обrsquoєму тиску концентрації кількості
теплоти коефіцієнта дифузії використані в задачах (в СІ) 333 10111 мдмл minussdot== Нкгс 891 = Джкал 1941 =
мдм 1101 minus= мсм 2101 minus= 363 101 мсм minus= 363 101 мсм =minus
Памкгс 891 2 = ПаабомНсмкгс 242 10891 sdot=
Паммкгс 62 10891 sdot= Паатм 5100111 sdot= (фізична атмосфера)
44
Паат 5109801 sdot= (технічна атмосфера) смссм 101 242 minus=
45
Одиниці в яких вимірюються деякі фізичні величини (в СІ)
Робота енергія ЕА Дж
Кількість теплоти Q Дж
Потужність P або N Джс=Вт
Тиск р Па=Нм2
Молярна маса micro кгмоль
Концентрація п м-3
Теплоємність питома с ДжкгmiddotК
Теплоємність молярна С ДжмольmiddotК
Поверхневий натяг α Нм
Динамічна вrsquoязкість η Паmiddotс=Нmiddotсм2=кгмmiddotс
Коефіцієнт дифузії D м2с
Коефіцієнт теплопровідності κ ВтмmiddotК
Приріст ентропії S∆ ДжК
Сталі Ван-дер-Ваальса а та b Нmiddotм4моль
2 та м
3моль
5Література
1 Загальна фізика за редакцією Ковалець МО Орленка ВФ
Частина1 Інтерактивний комплекс навчально-методичного
забезпечення Рівне 2009
2 Волькенштейн ВС Сборник задач по общему курсу физики- М
ldquoНаукаrdquo1985-1989
3 Иродов ИЕ Задачи по общей физике-МrdquoНаукаrdquo 1982
4 Савельев ИВ Сборник вопросов и задач по общей физике-
МldquoНаукаrdquo1982
5 Чертов АГВоробьев АА Федоров МВ Задачник по физике -М
ldquoВысшая школаrdquo1988
6 Х Кухлинг Справочник по физике-М ldquoМирrdquo1985
14
Приклад 7 Знайти середню довжину вільного пробігу молекул
водню при тиску 133 мПа якщо середня арифметична швидкість
молекул υ =103middot103
см
Розвrsquoязання
Середня довжина вільного пробігу
молекул знаходиться за формулою
n2
2
1
πσλ =
З рівняння стану ідеального газуkT
pn =
де AN
Rk = ndash стала Больцмана
Отже p
Тk22πσ
λsdot
=
(1)
де Т ndash температура k ndash стала Больцмана σ - ефективний діаметр
молекули Для знаходження температури врахуємо що середня
арифметична швидкість руху молекул microπ
υRT8
=
Температура R
T8
2υπmicro=
Підставляючи у формулу (1) вираз для температури отримаємо
pNpR
k
A2
2
2
2
2828 σ
υmicro
σ
υmicroλ ==
( )( )
2
21023
233
104413301032100264118
10031102 minus
minus
minus
sdot=sdotsdotsdotsdotsdotsdot
sdotsdotsdot=λ м
Відповідь =λ 44middot10ndash2
м
Приклад 8 Розрахувати молярну теплоємність ідеального газу за
умови що тиск прямо пропорційний до обrsquoєму
Дано
micro = 2middot10ndash3
молькг
р = 133 мПа = 0133
Па
σ = 23middot10ndash10
м
υ = 103middot103 см
NA =602middot1023
мольndash1
КмольДжR sdot= 318
λ
Дано
Vp ~
15
Розвrsquoязання
За означенням dT
QC
ν
δ=
де Qδ ndash елементарна кількість теплоти dT ndash елементарний приріст
температури ν ndash кількість речовини
Перше начало термодинаміки
dUAQ += δδ
де Aδ ndash елементарна робота газу проти зовнішніх сил
dU - елементарний приріст внутрішньої енергії системи
dTRi
dU2
ν=
де i ndash число ступенів вільності молекул R ndash універсальна газова
стала
pdVA =δ
За умовою задачі Vp α= де α ndash деяка стала величина Тиск
запишемо виходячи з рівняння Менделєєва-Клапейрона
V
RTp
ν=
Прирівняємо праві частини останніх двох рівнянь
RTV να =2
і продиференціюємо цю рівність
RdTVdV να =2 або RdTpdV ν=2
Тепер уже можна записати вираз для елементарної роботи
RdTA νδ2
1=
і розрахувати теплоємність
VCRiRR
dT
RdTi
RdT
C +=+=+
=222
22
1
ν
νν
де VC ndash молярна теплоємність при сталому обrsquoємі
Відповідь 2
RCC V +=
C
16
Приклад 9 В циліндрі під поршнем котрий може вільно
переміщуватися знаходиться 10г азоту Яка кількість теплоти 1Q
необхідна для нагрівання азоту від температури KT 2831 = до
температури KT 2982 = Порівняйте цю теплоту з необхідною
теплотою 2Q для нагрівання такої ж кількості газу в тому ж
температурному інтервалі при постійному обrsquoємі а також визначте
зміну внутрішньої енергії і роботу розширення
Розвrsquoязання
Будемо вважати що газ ідеальний У першому
випадку маємо справу з ізобарним процесом тому
TCm
Q p∆=micro
1
де micro ndash молярна маса pC - молярна теплоємність
при сталому тиску 12 TTT minus=∆
У процесі ізохорного нагрівання (другий
випадок)
TCm
Q V ∆=micro
2
Молярні теплоємності
Ri
CV2
= Ri
RCC Vp2
2+=+=
тому
i
i
C
C
V
p 2+=
i
i
Q
Q 2
2
1 +=
Зміну внутрішньої енергії розраховують за формулою
TRim
U ∆=∆2micro
а роботу розширення газу ndash на основі першого закону термодинаміки
( ) Ui
TTRm
TRim
TRim
UQA ∆=minus=∆minus∆+
=∆minus=2
22
2121
micromicromicro
або безпосередньо за формулою
TRm
A ∆=micro
Дано
гm 10=
N2
KT 2831 =
KT 2982 =
а) const=p
б) const=V
2
1
Q
Q U∆ A
17
кгm31010 minussdot= 5=i (двоатомний газ) молькг31028 minussdot=micro
КмольДжR sdot= 318
415
25
2
1 =+
=Q
Q ( ) ДжU 111283298318
2
5
1028
1010
3
3
=minussdotsdot
sdot=∆
minus
minus
ДжА 4441115
2=sdot=
Відповідь 4121 =QQ ДжU 111=∆ ДжА 444=
Приклад 10 В калориметр з водою з загальною
теплоємністю С=1670 ДжК при температурі Ct deg= 201 поклали
гm 1001 = льоду температура якого Ct degminus= 82 Яка встановиться
температура Питома теплота плавлення льоду кгДж 10353 5sdot=λ
питома теплоємність льоду КкгДжс sdotsdot= 31012
Розвrsquoязання В задачах про лід потрібно спочатку
зrsquoясувати чи розтане весь лід якщо про
це не сказано в умові Коли в
калориметр кинули лід вода в ньому
почала охолоджуватися Теплота яка
виділиться при охолодженні
калориметра
( )011 ttCQ minus=
де Ct deg= 00 - температура кристалізації
води або плавлення льоду
Теплота необхідна для нагрівання льоду
до температури плавлення Ct deg= 00
( )202 ttтсQ minus=
Теплотанеобхідна для плавлення льоду
mQ λ=3
Підставимо числові значення ( ) ДжQ 3340002016701 =minus=
( )( ) ДжQ 168080101012 32 =minusminussdotsdotsdot=
ДжQ 33000101033 53 =sdotsdot=
Дано
КДжС 1670=
Ct deg= 201
Сt degminus= 82
кггт 101001 ==
кгДж51033 sdot=λ
КкгДжс sdotsdot= 31012
Ct deg= 00
minust
18
Проаналізуємо отримані результати 21 QQ gt - це означає що лід
нагріється до Cdeg0 але 321 QQQ +lt (33400lt34680 Дж) - це означає
що не весь лід розтане Тому кінцева температура буде
Cdeg0
Відповідь t= Cdeg0
Приклад 11 Треба стиснути повітря від обrsquoєму 32101 мminussdot до
обrsquoєму 33102 мminussdot Як вигідніше його стискувати адіабатно чи
ізотермічно
Розвrsquoязання
Порівняємо роботу при заданих процесах У
випадку адіабатного процесу
TRi
Аад ∆minus=2
ν
де ν ndash кількість речовини i ndash число ступенів
вільності молекули R ndash універсальна газова стала
T∆ ndash приріст температури ( )12 TTT minus=∆
Скористаємося рівнянням Пуассона
const1 =minusγTV
і виразимо зміну температури через зміну обrsquoєму 1
221
11minusminus = γγ
VTVT
або
1
2
112
minus
=
γ
V
VTT або
minus
=∆
minus
1
1
2
11
γ
V
VTT
Врахуємо що показник адіабати i
i 2+=γ
тобто i21 =minusγ Тоді
minus
minus=
minus1
2
11 11
γ
γ
ν
V
VRTАад
У випадку ізотермічного процесу 1
21 ln
V
VRTАіз ν=
Дано 32
1 101 мVminussdot=
332 102 мV
minussdot=
із
ад
А
А
19
Тепер
1
2
1
2
1
ln
1
1
1
V
V
V
V
А
А
із
ад
minus
minus
minus=
γ
γ
Підставимо числові значення для повітря 41=γ
41
101
102ln
102
1011
141
1
3
2
141
3
2
=
sdot
sdot
sdot
sdotminus
minus=
minus
minus
minus
minus
minus
із
ад
А
А
Відповідь вигідніше стискувати ізотермічно
Приклад 12 В циліндрі під поршнем знаходиться водень масою
002 кг при температурі 300 К Водень спочатку розширився
адіабатно збільшивши свій обrsquoєм у 5 разів а потім був стиснутий
ізотермічно до попереднього обrsquoєму Знайти температуру в кінці
адіабатного процесу і роботу виконану газом під час цих процесів
Зобразити процеси графічно
Розвrsquoязання
Температура і обrsquoєм газу в адіабатному
процесі повrsquoязані рівнянням адіабати 1
2
1
1
2
minus
=
γ
V
V
Т
Т (1)
де i
i 2+=γ ndash показник адіабати
Для водню показник адіабати дорівнює
415
25=
+=γ
Згідно формули (1) γminus
=
1
1
212
V
VТТ
Роботу в адіабатному та ізотермічному
процесах знайдемо скориставшись відповідними формулами
Дано
М = 002 кг
micro = 2middot10ndash3
молькг
і = 5
V2 = 5V1
V3 = V1
Т1 = 300 К
КмольДжR sdot= 318
Т2 А1ndash2 А2ndash3
р
V V1 V2
1
Адіабата
Ізотерма 2
3
20
( ) ( )22
211221 ТТRіM
ТТRіM
А minussdot=minussdotminus=minusmicromicro
2
12
2
3232 lnln
V
VRT
M
V
VRT
MА
micromicro==minus
1585300 402 =sdot= minusТ К
4
321 10982)157300(3182
5
102
020sdot=minussdotsdotsdot
sdot=
minusminusА Дж
4
332 10125
1ln157318
102
020sdotminus=sdotsdot
sdot=
minusminusА Дж
Відповідь Т = 158 К А1-2 = 298middot104 Дж А2-3 = ndash21middot10
4 Дж Графік
процесів показано на малюнку
Приклад 13 Нагрівник теплової машини що працює за циклом
Карно має температуру Ct deg= 2001 Визначити температуру 2T
холодильника якщо при надходженні від нагрівника кількості
теплоти ДжQ 011 = машина виконує роботу ДжA 400=
Розвrsquoязання
За означенням ККД теплової машини
1Q
A=η
а для циклу Карно 1
21
T
TT minus=η
Прирівнявши праві частини виписаних співвідношень
Маємо 1
21
1 T
TT
Q
A minus=
Звідки
minus=
112 1
Q
ATT
Підставимо числові значення KT 4731 =
КT 28001
40014732 =
minus=
Дано
Ct deg= 2001 ДжQ 011 =
ДжA 400=
2T
21
Відповідь KT 2802 =
Приклад 14 Знайти витрату бензину автомобіля на S=1 км шляху
при швидкості годкм 60=υ Потужність двигуна 17 кВт ККД
двигуна 30=η питома теплота згоряння бензину q=45middot106 Джкг
Розвrsquoязання
При згорянні палива виділяється теплота
mqQ sdot=
ККД двигуна Q
Aкор=η Отже
qmQAкор ηη == З другої сторони з
врахуванням потужності υ
SNtNА sdot=sdot=
Прирівнявши ці два вирази отримаємо
q
NSm
ηυ=
Підставимо числові значення
кгт 08045middot1071630
1010176
33
asympsdotsdot
sdotsdot=
Відповідь m = 008 кг
Приклад 15 Ідеальний двоатомний газ здійснює цикл який
складається з двох ізотерм і двох ізохор При цьому найбільша
температура газу 500 К найменша ndash 300 К найбільший обrsquoєм 12 л
найменший ndash 3 л Знайти ККД циклу
Розвrsquoязання
Дано
мкмS3101 ==
смгодкм 71660 ==υ
ВтN31017 sdot=
3030 == ηη
кгДжq 1045 6sdot=
minusт
Дано
5=і
КТ 5001 =
КТ 3002 =
22
p 1
4
T1
T2
2
3
V1 V2 V
ККД циклу Q
А=η
де A - робота виконана газом Q - теплота
отримана газом Розглянемо ізопроцеси При
ізотермічних процесах 0=∆U оскільки
температура не змінюється З першого закону
термодинаміки ( AUQ +∆= ) випливає що в
цьому випадку вся отримана газом теплота
йде на виконання роботи AQ =
Для процесу 1rarr2 маємо
01
211121
2
1
2
1
gt==== intintrarrV
VnRT
m
V
dVRT
mpdVAQ
V
V
V
V
lmicromicro
де тиск V
RTт
р1
1 sdot=micro
Для процесу 3rarr4 маємо
01
222243
2
1
1
2
ltminus=minus=== intintrarrV
VnRT
m
V
dVRT
mpdVAQ
V
V
V
V
lmicromicro
- газ віддає
теплоту
Для ізохорних процесів обrsquoєм не змінюється тому 0=А З першого
закону термодинаміки TRmi
UQ ∆=∆=micro2
Для процесу 2rarr3 маємо
( ) ( ) 022
211232 ltminusminus=minus=rarr TTRmi
TTRmi
Qmicromicro
- газ віддає теплоту
Для процесу 4rarr1 маємо ( ) 02
2114 gtminus=rarr TTRmi
Qmicro
Отже газ виконав роботу ( )211
221 TT
V
VnR
mAAA minus=+= l
micro
Газ отримав теплоту ( )
minus+=+= rarrrarr 21
1
211421
2TT
i
V
VnTR
mQQQ l
micro
Тоді ККД цикла
331 1033 млV
minussdot==
332 101212 млV
minussdot==
minusη
23
( )
( )
( )
( )211
21
211
2
211
21
211
2
22TT
i
V
VnT
TTV
Vn
TTi
V
VnTR
m
TTV
VnR
m
Q
А
minus+
minus
=
minus+
minus
==
l
l
l
l
micro
microη
( )
( )23230
3005002
5
103
1012500
300500103
1012
3
3
3
3
=rArr=
minus+sdot
sdotsdot
minussdot
sdot
=
minus
minus
minus
minus
ηη
n
n
l
l
( 386169302224 =sdot== nn ll )
Відповідь 23=η
Приклад 16 Знайти приріст ентропії при перетворенні 1 г води з
температурою 0degС в пару при 100degС
Розвrsquoязання
Зміна ентропії у випадку оборотного
термодинамічного процесу
int=∆B
AT
QS
δ
де Qδ ndash елементарна кількість теплоти T ndash абсолютна
температура A та B ndash формальні позначення
вихідного і кінцевого стану системи
Розібrsquoємо інтеграл у правій частині виписаної формули на два
доданки що відповідають двом процесам заданим в умові
intint +equiv∆+∆=∆B
C
C
AT
Q
T
QSSS
δδ21
де 1S∆ ndash приріст ентропії при нагріванні води від температури 1T до
температури 2T 2S∆ ndash приріст ентропії при випаровуванні ( 2T за
умовою задачі ndash температура кипіння води)
У першому доданку
cmdTQ =δ
де c ndash питома теплоємність води У другому доданку const2 =T а
Дано
гm 1=
OH2 Ct deg= 01
Ct deg= 1002 S∆
24
rmQQ
B
C
==intδ
де r ndash питома теплота пароутворення Маємо
+=+=∆ intint
21
2
2
ln12
1T
r
T
TcmQ
TT
dTcmS
B
C
T
T
δ
КкгДжс sdotsdot= 310194 кгДжr510622 sdot= кгm
3101 minussdot=
КT 2731 = КT 3732 =
КДжS 47373
10622
273
373ln10194101
533 =
sdot+sdotsdot=∆ minus
Відповідь КДжS 47=∆
Приклад 17 105 г азоту ізотермічно розширюються від обrsquoєму
лV 21 = до обrsquoєму лV 52 = Знайти приріст ентропії при цьому
процесі
Розвrsquoязання
При ізотермічному процесі Т=const
отже зміна внутрішньої енергії 0=dU
Тоді з першого закону термодинаміки
маємо AQ δδ =
Елементарна робота з врахуванням виразу
для тиску р з рівняння Менделєєва-
Клапейрона V
dVRT
mрdVА
microδ ==
Зміна ентропії в оборотному термодинамічному процесі int=∆B
AT
QS
δ
В нашому випадку 1
22
1
V
VnR
m
TV
TdVR
m
T
АS
V
V
B
A
lmicromicro
δ===∆ intint
молькг 1028 3minussdot=micro - молярна маса азота
Підставимо числові значення
Дано
кггт 310510510 minussdot==
лV 21 =
лV 52 =
constТ =
minus∆S
25
КДжnS 922
5318
1028
10510
3
3
=sdotsdotsdot
sdot=∆
minus
minus
l
Відповідь КДжS 92=∆
Приклад 18 Два кіломолі триатомного газу адіабатно
розширюються в пустоту від 31 1мV = до 3
2 5мV = Температура газу
при цьому зменшується на 15 К Знайти за цими даними постійну laquoаraquo
з рівняння Ван-дер-Ваальса
Розвrsquoязання
Перше начало термодинаміки для адіабатного
процесу має вигляд dUA minus=δ де А ndash робота газу
проти зовнішніх сил U ndash внутрішня енергія За
умовою задачі зовнішнього тиску немає
(розширення в пустоту)
тому 0== dVpAδ
В підсумку маємо що 0=dU
Зміна внутрішньої енергії має дві складові
dTCVν що не залежить від зміни обrsquoєму та
( )VdU що залежить від обrsquoєму Остання складова
рівна роботі сили міжмолекулярного притягання
котра спричинює додатковий внутрішній тиск
2
20
V
aP ν=
( ) dVV
adVPVdU
2
20 ν==
Повна зміна внутрішньої енергії газу
02
2 =+ dVV
adTCV νν
Дано
моль3102 sdot=ν
6=i 0=Qδ
Паp 0=
31 1 мV =
32 5 мV =
KT 15minus=∆
a
26
Звідки dVCV
adT
V2
νminus=
Проінтегруємо останнє співвідношення
int int
minus=minus=
2
1
2
1
122
11T
T
V
V VV VVC
a
V
dV
C
adT νν
тобто
minus=∆
12
112
VViR
aT ν
оскільки молярна теплоємність при постійному обrsquoємі Ri
CV2
=
(і ndash число ступенів вільності R ndash універсальна газова стала)
Тепер маємо
( )21
21
2 VV
VTViRa
minus
∆=
ν
( )
( ) 2
4
3230
511022
51153186
моль
мНa
sdot=
minussdotsdot
sdotsdotminussdotsdot=
Відповідь 2
4
230моль
мН sdot=α
3 Задачі для самостійного розвrsquoязування
Вказівки до розвrsquoязування задач
1 В задачах на теплоту складають рівняння теплового балансу сума
теплоти що виділяється при певних процесах дорівнює сумі теплоти
що поглинається при інших процесах
2 В задачах про лід потрібно спочатку зrsquoясувати (кількісними
підрахунками) чи розтане весь лід якщо про це не сказано в умові
Якщо розтане не весь лід то кінцева температура дорівнюватиме 0ordmС
31 Молекулярна фізика
27
Рівняння стану ідеального газу
1 Балон місткістю 12 л заповнений азотом при тиску 81МПа і
температурі 17degС Знайти масу азоту (113 кг)
2 Яким може бути найменший обrsquoєм балона що містить 64 кг
кисню якщо його стінка при температурі 20degС витримує тиск
160 кгссм2 (32middot10
1 м
3)
3 До якої температури потрібно нагріти ідеальний газ щоб його
густина зменшилася у два рази порівняно з густиною цього газу
при Ct deg= 00 (Т=2Т0=546 К)
4 5 г азоту що знаходиться в закритій посудині місткістю 4 л при
температурі 20degС нагрівають до температури 40degС Знайти тиск
газу до і після нагрівання (р1=108middot105Па р2=116middot10
5Па)
5 Знайти густину водню при температурі 15degС і тиску 730 мм ртст
( 30810 мкг=ρ )
6 Густина деякого газу при температурі 10degС і тиску 2sdot105Па
дорівнює 034 3мкг Чому дорівнює маса одного кіломоля цього
газу ( молькг3104
minussdot=micro )
7 10 г кисню знаходяться під тиском 3 атм при температурі 10degС
Після розширення внаслідок нагрівання при постійному тиску
кисень зайняв обrsquoєм 10 л Знайти 1) обrsquoєм газу до розширення 2)
густину газу до розширення 3) температуру газу після
розширення 4) густину газу після розширення
( 331 1042)1 мV
minussdot= 2) 31 144 мкг=ρ 3) Т2=1170 К 4) 3
2 1 мкг=ρ )
8 6 г вуглекислого газу ( )2CO і 5 г закису азоту ( )ON2 заповнюють
посудину місткістю 2 дм3 Який загальний тиск у посудині при
температурі 127degС (415middot105Па)
9 Яка кількість речовини є в газовому балоні обrsquoємом 2 л при тиску
1013 МПа і температурі 10degС (86 моль)
10 Балон для газового зварювання місткістю 20 л був заповнений
киснем при температурі 15degС Коли частину кисню витратили
тиск у балоні знизився на 5065 кПа Скільки кисню було
витрачено ( кгm 1350=∆ )
11 Температура повітря в посудині обrsquoємом 5 л становить 27degС його
тиск 2026 МПа Визначити масу повітря яке потрібно випустити з
посудини щоб тиск у ній знизився до 1013 МПа ( кгm 0590=∆ )
28
12 Визначити густину повітря в камері шин автомобіля ВАЗ 2110
якщо тиск у камері 018 МПа (надлишковий) а температура 20degС
( 3353 кгм=ρ )
13 Знайти густину суміші 10-2 кг вуглекислого газу і 15sdot10
- 2 кг азоту
при температурі 300 К і тиску 015 МПа ( 3981 кгм=ρ )
14 Знайти молярну масу суміші що утворилася з 38sdot10-3 кг кисню і
22sdot10-2 кг вуглекислого газу ( кгмоль2104 minussdot=micro )
15 Накреслити графіки ізотермічного ізобарного та ізохорного
процесів в ідеальному газі у системах координат р V p T V T
Порівняти ці графіки
16 На рис1 зображено графік зміни стану ідеального газу в
координатах V T Виразити ці процеси графічно в координатах p V
та p T Назвати ці процеси
17 Зміна стану ідеального газу сталої маси зображена на рис2 В т1
температура газу Т0 Визначити температуру газу в т234
(Т2=3Т0 Т3=6Т0 Т4=2Т0)
18 Який обrsquoєм займає суміш газів ndash азоту масою кгm 11 = і гелію
масою кгm 12 = ndash при нормальних умовах (64 м3)
19 Скільки молекул міститься в 1 г водяної пари (33sdot1022
)
20 Скільки молекул буде знаходитися в 1 см3 посудини при 10degС
якщо посудину підкачано до ртстммp11101 minussdot= (34sdot10
5)
21 У балоні місткістю лV 3= знаходиться кисень масою 4 г
Визначити кількість речовини ν газу і концентрацію n його
молекул (ν =0125 моль n=251sdot1025м
-3)
Рис 1 Рис 2
29
22 У балоні було 10 кг газу при тиску 10 МПа Знайти яку масу газу
взяли з балона якщо тиск став рівним 25 МПа Температуру
вважати постійною (75 кг)
23 Балони місткістю лV 201 = і лV 442 = заповнені газом Тиск у
першому балоні МПаp 421 = у другому ndash МПаp 612 =
Визначити загальний тиск p після сполучення балонів якщо
температура газу залишилася попередньою (076 МПа)
24 Газ в кількості m=16 г при тиску р=106 Нм
2 і температурі t=112degС
займає обrsquoєм V=1600 см3 Визначити який це газ (кисень)
25 При якому тиску р густина ρ газоподібного азоту що має
температуру t= - 73degС складає 04 густини води кімнатної
температури 33
010 кгмρ = ( 271042 Нмр sdot= )
26 Відкрита посудина нагріта до температури t2=450degС Яка частина
маси повітря залишилась в ній в порівнянні з тією кількістю яка
була при t1=27degС Розширенням посудини знехтувати
(m2m1=0415)
27 10 г кисню знаходяться під тиском 0303 мкПа при температурі
10degС Після розширення внаслідок нагрівання при постійному
тиску кисень зайняв обrsquoєм 10 л Знайти обrsquoєм газу до розширення і
температуру газу після розширення (V1=24sdot10-3 м
3 Т2=118sdot10
3 К)
28 Скільки молекул повітря буде знаходитись в 1 см3 посудині при
10degС якщо повітря в посудині відкачане до тиску 133 мкПа
(34sdot108)
29 У 1 кг сухого повітря знаходиться m1=232 г кисню і m2=768 г
азоту Знайти відносну молярну масу повітря (microсм=288 кгмоль
microвідн=288 кгмоль)
30 У скільки разів вага повітря взимку (7 0
С) більша за його вагу
влітку (37 0 С) Тиск однаковий (11 рази)
31 У відкритій посудині при Ct0
1 20= є повітря гm 1501 = На яку
величину m∆ зменшиться маса повітря в посудині при нагріванні
її до Ct0
1 100= Зміною розмірів посудини при нагріванні
знехтувати ( m∆ =322 г)
32 У посудині знаходиться суміш 10 г вуглекислого газу і 15 г азоту
Знайти густину цієї суміші при температурі 27 0
С і тиску
15sdot10 5 Па ( 3981 мкг=ρ )
33 Знайти масу атома 1)водню 2) гелію
30
( )(10656)(10671 2727 геліюкгmводнюкгmminusminus sdot=sdot= )
34 Визначити концентрацію n молекул ідеального газу при
температурі Т= 300 К і тиску р =1 МПа ( n=224sdot10 17 м
-3)
Основне рівняння молекулярно-кінетичної теорії газів
швидкості молекул
35 Тиск p газу дорівнює 1 мПа концентрація n його молекул рівна
310101 minussdot см Визначити 1) температуру Т газу 2) середню
кінетичну енергію ( )1кЕ поступального руху молекули
( 1) Т=725 кК 2) ( )1кЕ =15sdot10
-19 Дж)
36 Молекула кисню при нормальних умовах рухається зі швидкістю
425 мс Визначити кінетичну енергію молекули
( ( )1кЕ =48sdot10
-21Дж)
37 Визначити кінетичну енергію поступального руху молекули
аміаку а також повну кінетичну енергію молекул одного моля
аміаку при температурі 373 К ( ( )1кЕ =773sdot10
-21Дж Еk=932 Дж)
38 Визначити сумарну кінетичну енергію теплового руху всіх
молекул кисню (О2) що займають обrsquoєм V=55sdot10-3 м
3 при тиску
р=2026 кПа (Еk=279 кДж)
39 Густина деякого газу 3060 мкгρ = середня квадратична
швидкість його молекул смкв 500=υ Знайти тиск газу на стінки
посудини (5 кПа)
40 Газ займає обrsquoєм лV 1= під тиском атмр 2= Визначити
кінетичну енергію kE поступального руху всіх молекул в даному
обrsquoємі (03 кДж)
41 Кількість речовини деякого газу моль51=ν температура
КТ 120= Визначити кінетичну енергію kE поступального руху
всіх молекул цього газу (73 кДж)
31
42 При якій температурі середня кінетична енергія ( )1кЕ
поступального руху молекули газу рівна Дж2110144 minussdot
(200 К)
43 Посудина зі внутрішнім обrsquoємом лV 4= містить гm 60=
деякого газу під тиском атмр 2= Визначити середню
квадратичну швидкість молекул газу (2 103
см )
43 Середня квадратична швидкість руху молекул деякого газу що
перебуває під тиском 50 кПа дорівнює 449 мс Визначити
густину газу при цих умовах ( 37440 мкг=ρ )
44 При якій температурі середня квадратична швидкість молекул
кисню дорівнює швидкості молекул азоту при температурі 373 К
(Т = 426 К)
46 Знайти середню арифметичну швидкість молекул газу коли
відомо що середня квадратична швидкість 400 мс
( см370=υ )
47 Знайти найбільш імовірну та середню арифметичну швидкості
молекул газу густина якого при тиску 40 кПа дорівнює 03 кгм3
( імυ = 5164 мс υ = 6324 мс)
48 Знайти середню квадратичну швидкість молекул повітря при
температурі 17deg С Повітря вважати однорідним газом з молярною
масою 29sdot10-3 кгмоль ( 500=квυ мс)
49 Визначити середню квадратичну швидкість квυ молекул газу
масою гm 30= що знаходиться в посудині місткістю лV 2= під
тиском кПаp 200= (2sdot10 3 мс)
50 Знайти відношення середніх квадратичних швидкостей молекул
гелію та азоту при однакових температурах (265)
51 Знайти середню квадратичну квυ середню арифметичну υ та
найімовірнішу імυ швидкості молекул водню Обчислення
виконати для трьох значень температури 1) КТ 20=
2) КТ 300= 3) КТ 5000= ( 1) 500 мс 462мс 407 мс
2) 194 кмс 179 кмс 158 кмс 3) 790 кмс 730 кмс 648 кмс)
52 При якій температурі Т середня квадратична швидкість атомів
гелію буде дорівнювати другій космічній швидкості
скм2112 =υ (201 кК)
32
53 Знайти середню арифметичну швидкість υ молекул газу якщо їх
середня квадратична швидкість скмкв 1=υ (092 кмс)
54 Кінетична енергія поступального руху молекул азоту що
знаходиться в обrsquoємі 20 дм3 дорівнює 5 кДж а середня
квадратична швидкість його молекул рівна 2 кмс Знайти 1) масу
азоту в балоні 2) тиск під яким знаходиться азот
( 1) т=25sdot103 кг 2) р=167sdot10
5 Па)
55 Посудина що містить деяку масу одноатомного газу рухається зі
швидкістю u На скільки збільшиться середній квадрат швидкості
теплового руху молекул при зупинці посудини Теплоємність
теплопровідність і маса стінок посудини зникаюче малі
56 Обчислити кількість теплоти що необхідна для нагрівання повітря
від Т1= 273 К до Т2= 303 К при сталому тиску якщо спочатку воно
перебувало при нормальному тиску р1 і мало обrsquoєм V1=50 м3
(∆Q=1948 кДж)
57 Яка кількість теплоти необхідна для нагрівання одного моля
одноатомного газу на 1 К при сталому обrsquoємі (∆Q=124 кДж)
58 Балон місткістю 2sdot10-2
м3 з киснем що має тиск 1013 МПа і
температуру 280 К нагрівають до 300 К Яку кількість теплоти
дістає при цьому газ (∆Q=35 кДж)
59 Визначити кількість теплоти (∆Q) що необхідна для нагрівання
повітря від Т1= 273 К до Т2=298 К при сталому обrsquoємі V1=30 м3
якщо початковий тиск повітря р1 був нормальний
(∆Q=6957 кДж)
32 Термодинаміка Реальні гази
Внутрішня енергія робота розширення газу
перше начало термодинаміки
60 Чому дорівнює енергія теплового руху молекул двоатомного газу
що знаходиться в посудині місткістю 2 л під тиском 015 МПа
(U=750 Дж)
61 10 г кисню знаходяться під тиском 03 МПа при температурі 10degС
Після нагрівання при постійному тиску газ зайняв обrsquoєм 10 л
Знайти 1) кількість теплоти одержаної газом 2) зміну
33
внутрішньої енергії газу 3) роботу виконану газом при
розширенні ( 1) 792sdot103Дж 2) 5660 Дж 3) 226sdot10
3 Дж)
62 2 кмолі вуглекислого газу нагріваються при постійному тиску на
50degС Знайти 1) зміну його внутрішньої енергії 2) роботу
розширення 3) кількість теплоти наданої газу
( 1) 2500 Дж 2) 830 кДж 3) 3300 кДж)
63 Газ що займав обrsquoєм 5 л і знаходився під тиском 02 МПа при
температурі 17degС було нагріто внаслідок чого він ізобарно
розширився Робота розширення газу при цьому виявилася рівною
196 Дж Наскільки нагріто газ (57 К)
64 При ізотермічному розширенні 10 г азоту що знаходиться при
температурі 17degС було виконано роботу 860 Дж У скільки разів
змінився тиск азоту при розширенні (272)
65 1л гелію котрий знаходиться при нормальних умовах ізотермічно
розширюється за рахунок одержаної ззовні теплоти до обrsquoєму 2 л
Знайти 1) роботу виконану газом при розширенні 2) кількість
наданої газу теплоти ( 1) 70 Дж 2) 70 Дж )
66 1 кг двоатомного газу знаходиться під тиском 80 кПа і має
густину 34 мкг=ρ Знайти енергію теплового руху молекул газу
при цих умовах (5sdot104Дж)
67 У посудину в котрій міститься 28 л води при температурі 20degС
вкинули нагрітий до 460degС кусок сталі що має масу 3кг Від цього
вода в посудині нагрілася до 60degС а частина її перетворилася в
пару Визначити масу води котра випарувалася Теплоємністю
посудини знехтувати
68 Знайти для кисню відношення питомої теплоємності при сталому
тиску до питомої теплоємності при постійному обrsquoємі (14)
69 1 кмоль азоту який знаходився при нормальних умовах
розширюється адіабатно від обrsquoєму 1V до обrsquoєму 12 5VV =
Знайти1) зміну внутрішньої енергії газу 2) роботу виконану при
розширенні ( 1) 269 sdot10 6 Дж 2) 269 sdot10
6 Дж)
70 Повітря що при нормальному атмосферному тиску зайняло обrsquoєм
2sdot10-2
м3 адіабатно стискується до обrsquoєму 2sdot10
-3 м
3 Визначити
тиск повітря після стискання (р=254 МПа)
71 Знайти питомі теплоємності азоту та їхні відношення при сталому
обrsquoємі та сталому тиску ( КкДжкгcV sdot= 7420
КкгкДжcp sdot= 041 )
34
72 Знаючи молярну масу газу ( кгмольmicro 31044 minussdot= ) і відношення
питомих теплоємностей (γ=133) обчислити молярні теплоємності
Ср і СV ( СV=0566 кДжкгsdotК Ср=0754 кДжкгsdotК)
Теплоємність адіабатний процес
73 Різниця питомих теплоємностей Vp cc minus деякого двоатомного газу
дорівнює 260 Джкг К Знайти молярну масу micro газу і його питомі
теплоємності pc та cV
( micro=0032 молькг cV=650 ДжкгmiddotК pc =910 ДжкгmiddotК)
74 Молярна маса деякого газу мольг30=micro відношення
41=Vp cc Знайти питомі теплоємності pc і сV цього газу
( сV=693 ДжкгmiddotК pc =910 ДжкгsdotК )
75 До якої температури охолодиться повітря що знаходиться при
температурі 0degС якщо воно розширюється адіабатно від обrsquoєму 1V
до обrsquoєму 12 2VV = (207 К)
76 Газ розширюється адіабатно при цьому обrsquoєм його збільшується
вдвічі а температура падає в 132 рази Яке число ступенів
вільності мають молекули цього газу (5)
77 Чому дорівнюють питомі теплоємності pc і сV деякого
двоатомного газу якщо густина цього газу при нормальних
умовах дорівнює 143 кгм3 (сV=650 ДжкгmiddotК pc =910 ДжкгmiddotК)
78 Двоатомний газ займає обrsquoєм лV 501 = при тиску атмp 501 =
Газ стискується адіабатно до деякого обrsquoєму 2V і тиску 2p а
потім при постійному обrsquoємі 2V охолоджується до початкової
температури При цьому тиск його стає рівним атмp 10 =
Зобразити описаний процес графічно знайти обrsquoєм 2V і тиск 2p
(025 л 132 атм)
79 Газ розширюється адіабатно так що його тиск спадає від 2 атм
до 1 атм Потім він нагрівається при постійному обrsquoємі до
початкової температури причому його тиск зростає до 122 атм
35
Зобразити описаний процес графічно і визначити відношення
Vp cc газу (14)
Цикл Карно ентропія
80 Ідеальна теплова машина що працює за циклом Карно отримує за
кожний цикл від нагрівника 600 кал теплоти Температура
нагрівника 400 К температура холодильника 300 К Знайти
роботу що виконує машина за один цикл і кількість теплоти
котра віддається холодильнику за один цикл
( А=630 Дж Q2=1880 Дж)
81 Ідеальна теплова машина що працює за циклом Карно 23
теплоти одержаної від нагрівника передає холодильнику з
температурою 10degС Визначити температуру нагрівника (4245 К)
82 Ідеальна теплова машина працює за циклом Карно При цьому
80 теплоти одержаної від нагрівника передається
холодильнику Від нагрівника надходить за цикл 15 ккал теплоти
Знайти 1) ККД циклу 2) роботу виконану за цикл
( 1) 20 2) 126sdot103Дж)
83 Ідеальна теплова машина що працює за циклом Карно виконує
за один цикл роботу 735sdot 10 4 Дж Температура нагрівника 100
0 С
температура холодильника 00 С Знайти1) ККД машини
2) кількість теплоти одержаної машиною за один цикл від
нагрівника 3) кількість теплоти яка віддається за один цикл
холодильнику ( 1) 268 2) 274 sdot10 4 Дж 3) 126 sdot10
4 Дж)
84 Ідеальна теплова машина отримує від нагрівника температура
якого 500 К за один цикл 3360 Дж теплоти Знайти кількість
теплоти що передається за один цикл холодильнику температура
якого 400 К Знайти роботу машини за один цикл
(Q2= 2688 Дж А= 672 Дж)
85 Ідеальна теплова машина що працює за циклом Карно має
температуру нагрівника 600 К а холодильника 500 К У скільки
разів потрібно збільшити абсолютну температуру нагрівника щоб
ККД машини збільшився вдвічі (в 125)
86 Визначити ККД циклу і температуру нагрівника теплової
машини яка працює за циклом Карно якщо за рахунок 2 кДж
теплоти одержаної від нагрівника вона виконує роботу 400 Дж
Температура холодильника 480 К (20 600 К)
36
87 Знайти зміну ентропії при ізотермічному розширенні 6 г водню зі
зменшенням тиску від 01 МПа до 50 кПа (173 ДжК)
88 105 г азоту ізотермічно розширюються від обrsquoєму лV 21 = до
обrsquoєму лV 52 = Знайти приріст ентропії в цьому процесі
(29 ДжК)
89 10 г кисню нагріваються від Ct deg= 501 до Ct deg= 1502 Знайти зміну
ентропії якщо нагрівання відбувається 1) ізохорно 2) ізобарно
( 1) 176 ДжК 2) 246 ДжК )
90 У циклі Карно робочим тілом є двоатомний газ Визначити ККД
циклу якщо при адіабатичному розширенні обrsquoєм газу збільшився
від 80 до 102 дм3 (01 або 10)
91 05 кг розплавленого свинцю при температурі плавлення влили в
лід при 0degС Частина льоду розплавилася Знайти зміну ентропії
(50 ДжК)
Реальні гази явища перенесення
92 Знайти критичний молярний обrsquoєм азоту
93 Розрахувати густину кисню у критичному стані
94 Знайти середню довжину вільного пробігу атомів гелію в умовах
коли густина гелію 321 мг=ρ (18sdot10-6 м)
95 Знайти середню довжину вільного пробігу атомів азоту при
температурі 17 0 С і тиску 10
4 Па ( м610 minus=λ )
96 Знайти залежність середнього числа зіткнень молекул z ідеального
газу від тиску р в наступних процесах 1) ізохорному
2)ізотермічному Зобразити ці залежності на графіках
( pzpz asympasymp )2)1 )
97 У посудині знаходиться вуглекислий газ густина якого 321012 мкгminussdot=ρ середня довжина вільного пробігу його
молекул при цих умовах дорівнює см61097 minussdot=λ Знайти
діаметр молекул вуглекислого газу ( d =35sdot 10 -10
м )
37
98 Знайти діаметр молекули кисню якщо відомо що для кисню
коефіцієнт внутрішнього тертя при 0ordm С дорівнює
сПа sdotsdot= minus610818η ( d = 3middot10
-10 м)
99 Знайти динамічну вrsquoязкість азоту при нормальних умовах якщо
коефіцієнт дифузії для нього при цих умовах дорівнює
сcм21420 (η = 178sdot10-5 Паsdotс)
100 Знайти коефіцієнт теплопровідності водню якщо його
динамічна вrsquoязкість при таких самих умовах рівна смкПа sdot68
(0090 ВтмmiddotК)
101 Коефіцієнт дифузії і динамічної вrsquoязкість кисню дорівнюють
см2510221
minussdot та сПа sdotsdot= minus510951η відповідно Знайти при
цих умовах 1) густину кисню 2) середню довжину вільного
пробігу його молекул і 3) середню арифметичну швидкість його
молекул ( 1) 16 кгм3 2) 835sdot10
-8 м 3) 440 мс)
102 Знайти залежність коефіцієнта теплопровідності κ газу від
температури Т в умовах ізобарного та ізохорного процесів
Зобразити ці залежності графічно (1 κ~ Т 2 κ~ Т )
103 Зайти коефіцієнт дифузії при нормальних умовах 1)гелію
2)кисню ( 1) сcм2720 2) сcм2180 )
104 Коефіцієнт дифузії D кисню при температурі t=0ordmС дорівнює
019 см2с Визначити середню довжину вільного пробігу λ
молекул кисню ( λ =135 нм)
105 Визначити залежність коефіцієнта дифузії D ідеального газу від
температури при наступних процесах 1)ізобарному
2)ізохорному ( 1) D~ 3Т 2) D~ Т )
106 Визначити залежність динамічної вrsquoязкості η від температури Т
при наступних процесах 1)ізобарному 2) ізохорному Зобразити
ці залежності на графіках ( 1) η ~ Т 2) η ~ Т )
107 Знайти коефіцієнт дифузії та коефіцієнт внутрішнього тертя
повітря при тиску 760 мм рт ст і температурі 10ordmС Діаметр
молекули повітря прийняти 3middot10-1 м
(148middot10-5 м
2с 185middot10
- 5 Паsdotс)
108 У скільки разів коефіцієнт внутрішнього тертя кисню більший за
коефіцієнт внутрішнього тертя азоту Температура газів
однакова (107)
38
109 Знайти коефіцієнт теплопровідності повітря при температурі
10ordmС і тиску 105 Па Діаметр молекули повітря прийняти рівним
3middot10-8 см (132middot10
-3 ВтмmiddotК)
110 Знайти залежність коефіцієнта теплопровідностіκ від тиску р
при наступних процесах 1)ізотермічному 2)ізохоричному
Зобразити ці залежності на графіках
( 1) Не залежить 2) κ ~ р )
Таблиця для самостійної роботи
Варіанти
завдань
Номери задач
1 1 11 35 45 60 73 85 97
2 2 12 36 46 61 74 86 98
3 3 13 37 47 62 75 87 99
4 4 14 38 48 63 76 88 100
5 5 15 39 49 64 77 89 103
6 6 16 40 50 65 80 92 104
7 7 17 41 51 66 81 93 105
8 8 18 42 52 67 82 94 106
9 9 19 43 53 68 83 95 107
10 10 20 44 54 69 84 96 108
Задачі для усного розвrsquoязування
111 Під час накачування повітря в гумову камеру одночасно
збільшується його обrsquoєм і тиск Чи не суперечить це закону Бойля -
Маріотта
112 Чому влітку шини коліс автомобілів накачують повітрям до
меншого тиску ніж взимку
113 Якої форми необхідно взяти посудину щоб сила тиску на дно
дорівнювала вазі рідини Була більша Менша ваги рідини
39
114 У посудині наповненій до краю водою плаває кусок льоду Чи
виллється вода з посудини коли лід розтане
115 Дві кульки ndash мідна та алюмінієва зрівноважені на пружинних
терезах Чи порушиться рівновага терезів якщо кульки упустити у
воду
116 Чи можна перелити воду з однієї склянки в іншу знаходячись в
кабіні штучного супутника Землі
117 Повітря складається з азоту кисню та інших газів Чи однакова
кінетична енергія поступального руху молекул цих газів при даній
температурі
118 Якими способами можна змінити внутрішню енергію тіла
119 В якому випадку зміна тиску газу буде більшою при адіабатній
чи ізотермічній зміні обrsquoєму
120 Чому ізотермічне розширення газу відбувається тільки внаслідок
підведення до нього деякої кількості теплоти
121 Чому в дизелі нема потреби запалювати пальну суміш
електричною іскрою як це робиться в інших двигунах
122 Під час роботи пневматичний молот що працює за рахунок
енергії стиснутого повітря зовні обмерзає Яка причина охолодження
123 Після сильного шторму вода в морі стає теплішою Чому
124 Деяку масу ідеального газу нагрівають на однакову кількість
градусів один раз при сталому тиску а другий раз при сталому обrsquoємі
В якому випадку потрібна більша кількість теплоти Чому
125 Чому вода на дні океану залишається холодною в той час як по
мірі просування в глибину Землі на кожні 100 м температура
збільшується приблизно на 3deg
40
126 Чи може теплова машина мати ККД=100 якщо працюватиме за
ідеальним циклом
127 Чи можна створити умови за яких внутрішня енергія переходила
б від тіл з нижчою температурою до тіл з вищою температурою
128 Чи охолоне повітря в кімнаті якщо відчинити двері домашнього
холодильника ввімкнутого в мережу
129 Чому температура пари яка надходить у парову турбіну нижча
за температуру пари що виходить з неї
130 Накреслити криві ізобарного ізохорного ізотермічного процесів
на діаграмах залежності V T P T P V
131 Як пояснити утворення роси і туману
132 Коли і чому на дроті лінії електропередач зrsquoявляється іній
133 Обrsquoєм посудини в якій міститься насичена пара ізотермічно
збільшили в 5 разів Що сталося з тиском пари
134 Чому туман зrsquoявляється в вечірній час а зранку зникає
135 Чому після дощу стає холодніше Пояснити це явище
4 Довідкові дані
Фундаментальні фізичні сталі
Гравітаційна стала 221110676 кгмНG sdotsdot= minus
Прискорення вільного падіння 2см819=g
Стала Авогадро 12310026 minussdot= мольN A
Стала Больцмана КДжk2310381 minussdot=
Стала Лошмідта 3250 10692 minussdot= мn
Газова стала КмольДжR sdot= 3148
41
Молярний обrsquoєм ідеального газу
при ну мольмV
330 1041322 minussdot=
Густина деяких речовин
Речов
ина ρsdot10
3 (кгм
3) Речовина ρsdot10
3
(кгм3)
мідь 86 вода 100
залізо 79 гліцерин 126
свине
ць
113 касторове
масло
089
ртуть 136 повітря 000129
Молярні маси деяких речовин
Речовин
а
Молекул
а
micro10- 3
кгмоль Речовина
Молекул
а
micro10-3
кгмоль
Азот N2 28 Гелій Hе 4
Аргон Ar 40 Кисень О2 32
Неон Ne 20 Повітря - 29
Вода H2O 18 Ртуть Hg 201
Водень H2 2 Кухонна
сіль NaCl 58
Вуглекг CO2 44
Нормальні умови
КT 2730 = атмстртммПаp 176010011 50 ==sdot=
Питомі теплоємності для деяких речовин
Сталь КкгДжc sdot= 460
Свинець КкгДжс sdot= 126
Питома теплота плавлення свинцю КкгДж sdotsdot= 410262λ
42
Символи і відносні атомні маси деяких хімічних елементів
H He C N O Cu K Li Na
1 4 12 14 16 64 39 6 23
Деякі параметри води
питома теплота пароутворення при 100degС ndash кгМДжr 262=
питома теплоємність ndash КкгкДжс sdot= 194
питома теплота плавлення при 0degС ndash кгДж510353 sdot=λ
43
Критичні параметри
Елемент КкрT
МПакрp
азот 12
6
34
кисень 15
4
507
Ефективні діаметри молекул
Елем
ент
нмσ
азот 03
0
гелій 02
0
Префікси для утворення кратних одиниць
Префікс Позначення Числове
значення Префікс Позначення
Числове
значення
тера Т T 1012
піко п p 10-12
гіга Г G 109 нано н n 10
-9
мега М M 106 мікро мк micro 10
-6
кіло к k 103 мілі м m 10
-3
Одиниці довжини обrsquoєму тиску концентрації кількості
теплоти коефіцієнта дифузії використані в задачах (в СІ) 333 10111 мдмл minussdot== Нкгс 891 = Джкал 1941 =
мдм 1101 minus= мсм 2101 minus= 363 101 мсм minus= 363 101 мсм =minus
Памкгс 891 2 = ПаабомНсмкгс 242 10891 sdot=
Паммкгс 62 10891 sdot= Паатм 5100111 sdot= (фізична атмосфера)
44
Паат 5109801 sdot= (технічна атмосфера) смссм 101 242 minus=
45
Одиниці в яких вимірюються деякі фізичні величини (в СІ)
Робота енергія ЕА Дж
Кількість теплоти Q Дж
Потужність P або N Джс=Вт
Тиск р Па=Нм2
Молярна маса micro кгмоль
Концентрація п м-3
Теплоємність питома с ДжкгmiddotК
Теплоємність молярна С ДжмольmiddotК
Поверхневий натяг α Нм
Динамічна вrsquoязкість η Паmiddotс=Нmiddotсм2=кгмmiddotс
Коефіцієнт дифузії D м2с
Коефіцієнт теплопровідності κ ВтмmiddotК
Приріст ентропії S∆ ДжК
Сталі Ван-дер-Ваальса а та b Нmiddotм4моль
2 та м
3моль
5Література
1 Загальна фізика за редакцією Ковалець МО Орленка ВФ
Частина1 Інтерактивний комплекс навчально-методичного
забезпечення Рівне 2009
2 Волькенштейн ВС Сборник задач по общему курсу физики- М
ldquoНаукаrdquo1985-1989
3 Иродов ИЕ Задачи по общей физике-МrdquoНаукаrdquo 1982
4 Савельев ИВ Сборник вопросов и задач по общей физике-
МldquoНаукаrdquo1982
5 Чертов АГВоробьев АА Федоров МВ Задачник по физике -М
ldquoВысшая школаrdquo1988
6 Х Кухлинг Справочник по физике-М ldquoМирrdquo1985
15
Розвrsquoязання
За означенням dT
QC
ν
δ=
де Qδ ndash елементарна кількість теплоти dT ndash елементарний приріст
температури ν ndash кількість речовини
Перше начало термодинаміки
dUAQ += δδ
де Aδ ndash елементарна робота газу проти зовнішніх сил
dU - елементарний приріст внутрішньої енергії системи
dTRi
dU2
ν=
де i ndash число ступенів вільності молекул R ndash універсальна газова
стала
pdVA =δ
За умовою задачі Vp α= де α ndash деяка стала величина Тиск
запишемо виходячи з рівняння Менделєєва-Клапейрона
V
RTp
ν=
Прирівняємо праві частини останніх двох рівнянь
RTV να =2
і продиференціюємо цю рівність
RdTVdV να =2 або RdTpdV ν=2
Тепер уже можна записати вираз для елементарної роботи
RdTA νδ2
1=
і розрахувати теплоємність
VCRiRR
dT
RdTi
RdT
C +=+=+
=222
22
1
ν
νν
де VC ndash молярна теплоємність при сталому обrsquoємі
Відповідь 2
RCC V +=
C
16
Приклад 9 В циліндрі під поршнем котрий може вільно
переміщуватися знаходиться 10г азоту Яка кількість теплоти 1Q
необхідна для нагрівання азоту від температури KT 2831 = до
температури KT 2982 = Порівняйте цю теплоту з необхідною
теплотою 2Q для нагрівання такої ж кількості газу в тому ж
температурному інтервалі при постійному обrsquoємі а також визначте
зміну внутрішньої енергії і роботу розширення
Розвrsquoязання
Будемо вважати що газ ідеальний У першому
випадку маємо справу з ізобарним процесом тому
TCm
Q p∆=micro
1
де micro ndash молярна маса pC - молярна теплоємність
при сталому тиску 12 TTT minus=∆
У процесі ізохорного нагрівання (другий
випадок)
TCm
Q V ∆=micro
2
Молярні теплоємності
Ri
CV2
= Ri
RCC Vp2
2+=+=
тому
i
i
C
C
V
p 2+=
i
i
Q
Q 2
2
1 +=
Зміну внутрішньої енергії розраховують за формулою
TRim
U ∆=∆2micro
а роботу розширення газу ndash на основі першого закону термодинаміки
( ) Ui
TTRm
TRim
TRim
UQA ∆=minus=∆minus∆+
=∆minus=2
22
2121
micromicromicro
або безпосередньо за формулою
TRm
A ∆=micro
Дано
гm 10=
N2
KT 2831 =
KT 2982 =
а) const=p
б) const=V
2
1
Q
Q U∆ A
17
кгm31010 minussdot= 5=i (двоатомний газ) молькг31028 minussdot=micro
КмольДжR sdot= 318
415
25
2
1 =+
=Q
Q ( ) ДжU 111283298318
2
5
1028
1010
3
3
=minussdotsdot
sdot=∆
minus
minus
ДжА 4441115
2=sdot=
Відповідь 4121 =QQ ДжU 111=∆ ДжА 444=
Приклад 10 В калориметр з водою з загальною
теплоємністю С=1670 ДжК при температурі Ct deg= 201 поклали
гm 1001 = льоду температура якого Ct degminus= 82 Яка встановиться
температура Питома теплота плавлення льоду кгДж 10353 5sdot=λ
питома теплоємність льоду КкгДжс sdotsdot= 31012
Розвrsquoязання В задачах про лід потрібно спочатку
зrsquoясувати чи розтане весь лід якщо про
це не сказано в умові Коли в
калориметр кинули лід вода в ньому
почала охолоджуватися Теплота яка
виділиться при охолодженні
калориметра
( )011 ttCQ minus=
де Ct deg= 00 - температура кристалізації
води або плавлення льоду
Теплота необхідна для нагрівання льоду
до температури плавлення Ct deg= 00
( )202 ttтсQ minus=
Теплотанеобхідна для плавлення льоду
mQ λ=3
Підставимо числові значення ( ) ДжQ 3340002016701 =minus=
( )( ) ДжQ 168080101012 32 =minusminussdotsdotsdot=
ДжQ 33000101033 53 =sdotsdot=
Дано
КДжС 1670=
Ct deg= 201
Сt degminus= 82
кггт 101001 ==
кгДж51033 sdot=λ
КкгДжс sdotsdot= 31012
Ct deg= 00
minust
18
Проаналізуємо отримані результати 21 QQ gt - це означає що лід
нагріється до Cdeg0 але 321 QQQ +lt (33400lt34680 Дж) - це означає
що не весь лід розтане Тому кінцева температура буде
Cdeg0
Відповідь t= Cdeg0
Приклад 11 Треба стиснути повітря від обrsquoєму 32101 мminussdot до
обrsquoєму 33102 мminussdot Як вигідніше його стискувати адіабатно чи
ізотермічно
Розвrsquoязання
Порівняємо роботу при заданих процесах У
випадку адіабатного процесу
TRi
Аад ∆minus=2
ν
де ν ndash кількість речовини i ndash число ступенів
вільності молекули R ndash універсальна газова стала
T∆ ndash приріст температури ( )12 TTT minus=∆
Скористаємося рівнянням Пуассона
const1 =minusγTV
і виразимо зміну температури через зміну обrsquoєму 1
221
11minusminus = γγ
VTVT
або
1
2
112
minus
=
γ
V
VTT або
minus
=∆
minus
1
1
2
11
γ
V
VTT
Врахуємо що показник адіабати i
i 2+=γ
тобто i21 =minusγ Тоді
minus
minus=
minus1
2
11 11
γ
γ
ν
V
VRTАад
У випадку ізотермічного процесу 1
21 ln
V
VRTАіз ν=
Дано 32
1 101 мVminussdot=
332 102 мV
minussdot=
із
ад
А
А
19
Тепер
1
2
1
2
1
ln
1
1
1
V
V
V
V
А
А
із
ад
minus
minus
minus=
γ
γ
Підставимо числові значення для повітря 41=γ
41
101
102ln
102
1011
141
1
3
2
141
3
2
=
sdot
sdot
sdot
sdotminus
minus=
minus
minus
minus
minus
minus
із
ад
А
А
Відповідь вигідніше стискувати ізотермічно
Приклад 12 В циліндрі під поршнем знаходиться водень масою
002 кг при температурі 300 К Водень спочатку розширився
адіабатно збільшивши свій обrsquoєм у 5 разів а потім був стиснутий
ізотермічно до попереднього обrsquoєму Знайти температуру в кінці
адіабатного процесу і роботу виконану газом під час цих процесів
Зобразити процеси графічно
Розвrsquoязання
Температура і обrsquoєм газу в адіабатному
процесі повrsquoязані рівнянням адіабати 1
2
1
1
2
minus
=
γ
V
V
Т
Т (1)
де i
i 2+=γ ndash показник адіабати
Для водню показник адіабати дорівнює
415
25=
+=γ
Згідно формули (1) γminus
=
1
1
212
V
VТТ
Роботу в адіабатному та ізотермічному
процесах знайдемо скориставшись відповідними формулами
Дано
М = 002 кг
micro = 2middot10ndash3
молькг
і = 5
V2 = 5V1
V3 = V1
Т1 = 300 К
КмольДжR sdot= 318
Т2 А1ndash2 А2ndash3
р
V V1 V2
1
Адіабата
Ізотерма 2
3
20
( ) ( )22
211221 ТТRіM
ТТRіM
А minussdot=minussdotminus=minusmicromicro
2
12
2
3232 lnln
V
VRT
M
V
VRT
MА
micromicro==minus
1585300 402 =sdot= minusТ К
4
321 10982)157300(3182
5
102
020sdot=minussdotsdotsdot
sdot=
minusminusА Дж
4
332 10125
1ln157318
102
020sdotminus=sdotsdot
sdot=
minusminusА Дж
Відповідь Т = 158 К А1-2 = 298middot104 Дж А2-3 = ndash21middot10
4 Дж Графік
процесів показано на малюнку
Приклад 13 Нагрівник теплової машини що працює за циклом
Карно має температуру Ct deg= 2001 Визначити температуру 2T
холодильника якщо при надходженні від нагрівника кількості
теплоти ДжQ 011 = машина виконує роботу ДжA 400=
Розвrsquoязання
За означенням ККД теплової машини
1Q
A=η
а для циклу Карно 1
21
T
TT minus=η
Прирівнявши праві частини виписаних співвідношень
Маємо 1
21
1 T
TT
Q
A minus=
Звідки
minus=
112 1
Q
ATT
Підставимо числові значення KT 4731 =
КT 28001
40014732 =
minus=
Дано
Ct deg= 2001 ДжQ 011 =
ДжA 400=
2T
21
Відповідь KT 2802 =
Приклад 14 Знайти витрату бензину автомобіля на S=1 км шляху
при швидкості годкм 60=υ Потужність двигуна 17 кВт ККД
двигуна 30=η питома теплота згоряння бензину q=45middot106 Джкг
Розвrsquoязання
При згорянні палива виділяється теплота
mqQ sdot=
ККД двигуна Q
Aкор=η Отже
qmQAкор ηη == З другої сторони з
врахуванням потужності υ
SNtNА sdot=sdot=
Прирівнявши ці два вирази отримаємо
q
NSm
ηυ=
Підставимо числові значення
кгт 08045middot1071630
1010176
33
asympsdotsdot
sdotsdot=
Відповідь m = 008 кг
Приклад 15 Ідеальний двоатомний газ здійснює цикл який
складається з двох ізотерм і двох ізохор При цьому найбільша
температура газу 500 К найменша ndash 300 К найбільший обrsquoєм 12 л
найменший ndash 3 л Знайти ККД циклу
Розвrsquoязання
Дано
мкмS3101 ==
смгодкм 71660 ==υ
ВтN31017 sdot=
3030 == ηη
кгДжq 1045 6sdot=
minusт
Дано
5=і
КТ 5001 =
КТ 3002 =
22
p 1
4
T1
T2
2
3
V1 V2 V
ККД циклу Q
А=η
де A - робота виконана газом Q - теплота
отримана газом Розглянемо ізопроцеси При
ізотермічних процесах 0=∆U оскільки
температура не змінюється З першого закону
термодинаміки ( AUQ +∆= ) випливає що в
цьому випадку вся отримана газом теплота
йде на виконання роботи AQ =
Для процесу 1rarr2 маємо
01
211121
2
1
2
1
gt==== intintrarrV
VnRT
m
V
dVRT
mpdVAQ
V
V
V
V
lmicromicro
де тиск V
RTт
р1
1 sdot=micro
Для процесу 3rarr4 маємо
01
222243
2
1
1
2
ltminus=minus=== intintrarrV
VnRT
m
V
dVRT
mpdVAQ
V
V
V
V
lmicromicro
- газ віддає
теплоту
Для ізохорних процесів обrsquoєм не змінюється тому 0=А З першого
закону термодинаміки TRmi
UQ ∆=∆=micro2
Для процесу 2rarr3 маємо
( ) ( ) 022
211232 ltminusminus=minus=rarr TTRmi
TTRmi
Qmicromicro
- газ віддає теплоту
Для процесу 4rarr1 маємо ( ) 02
2114 gtminus=rarr TTRmi
Qmicro
Отже газ виконав роботу ( )211
221 TT
V
VnR
mAAA minus=+= l
micro
Газ отримав теплоту ( )
minus+=+= rarrrarr 21
1
211421
2TT
i
V
VnTR
mQQQ l
micro
Тоді ККД цикла
331 1033 млV
minussdot==
332 101212 млV
minussdot==
minusη
23
( )
( )
( )
( )211
21
211
2
211
21
211
2
22TT
i
V
VnT
TTV
Vn
TTi
V
VnTR
m
TTV
VnR
m
Q
А
minus+
minus
=
minus+
minus
==
l
l
l
l
micro
microη
( )
( )23230
3005002
5
103
1012500
300500103
1012
3
3
3
3
=rArr=
minus+sdot
sdotsdot
minussdot
sdot
=
minus
minus
minus
minus
ηη
n
n
l
l
( 386169302224 =sdot== nn ll )
Відповідь 23=η
Приклад 16 Знайти приріст ентропії при перетворенні 1 г води з
температурою 0degС в пару при 100degС
Розвrsquoязання
Зміна ентропії у випадку оборотного
термодинамічного процесу
int=∆B
AT
QS
δ
де Qδ ndash елементарна кількість теплоти T ndash абсолютна
температура A та B ndash формальні позначення
вихідного і кінцевого стану системи
Розібrsquoємо інтеграл у правій частині виписаної формули на два
доданки що відповідають двом процесам заданим в умові
intint +equiv∆+∆=∆B
C
C
AT
Q
T
QSSS
δδ21
де 1S∆ ndash приріст ентропії при нагріванні води від температури 1T до
температури 2T 2S∆ ndash приріст ентропії при випаровуванні ( 2T за
умовою задачі ndash температура кипіння води)
У першому доданку
cmdTQ =δ
де c ndash питома теплоємність води У другому доданку const2 =T а
Дано
гm 1=
OH2 Ct deg= 01
Ct deg= 1002 S∆
24
rmQQ
B
C
==intδ
де r ndash питома теплота пароутворення Маємо
+=+=∆ intint
21
2
2
ln12
1T
r
T
TcmQ
TT
dTcmS
B
C
T
T
δ
КкгДжс sdotsdot= 310194 кгДжr510622 sdot= кгm
3101 minussdot=
КT 2731 = КT 3732 =
КДжS 47373
10622
273
373ln10194101
533 =
sdot+sdotsdot=∆ minus
Відповідь КДжS 47=∆
Приклад 17 105 г азоту ізотермічно розширюються від обrsquoєму
лV 21 = до обrsquoєму лV 52 = Знайти приріст ентропії при цьому
процесі
Розвrsquoязання
При ізотермічному процесі Т=const
отже зміна внутрішньої енергії 0=dU
Тоді з першого закону термодинаміки
маємо AQ δδ =
Елементарна робота з врахуванням виразу
для тиску р з рівняння Менделєєва-
Клапейрона V
dVRT
mрdVА
microδ ==
Зміна ентропії в оборотному термодинамічному процесі int=∆B
AT
QS
δ
В нашому випадку 1
22
1
V
VnR
m
TV
TdVR
m
T
АS
V
V
B
A
lmicromicro
δ===∆ intint
молькг 1028 3minussdot=micro - молярна маса азота
Підставимо числові значення
Дано
кггт 310510510 minussdot==
лV 21 =
лV 52 =
constТ =
minus∆S
25
КДжnS 922
5318
1028
10510
3
3
=sdotsdotsdot
sdot=∆
minus
minus
l
Відповідь КДжS 92=∆
Приклад 18 Два кіломолі триатомного газу адіабатно
розширюються в пустоту від 31 1мV = до 3
2 5мV = Температура газу
при цьому зменшується на 15 К Знайти за цими даними постійну laquoаraquo
з рівняння Ван-дер-Ваальса
Розвrsquoязання
Перше начало термодинаміки для адіабатного
процесу має вигляд dUA minus=δ де А ndash робота газу
проти зовнішніх сил U ndash внутрішня енергія За
умовою задачі зовнішнього тиску немає
(розширення в пустоту)
тому 0== dVpAδ
В підсумку маємо що 0=dU
Зміна внутрішньої енергії має дві складові
dTCVν що не залежить від зміни обrsquoєму та
( )VdU що залежить від обrsquoєму Остання складова
рівна роботі сили міжмолекулярного притягання
котра спричинює додатковий внутрішній тиск
2
20
V
aP ν=
( ) dVV
adVPVdU
2
20 ν==
Повна зміна внутрішньої енергії газу
02
2 =+ dVV
adTCV νν
Дано
моль3102 sdot=ν
6=i 0=Qδ
Паp 0=
31 1 мV =
32 5 мV =
KT 15minus=∆
a
26
Звідки dVCV
adT
V2
νminus=
Проінтегруємо останнє співвідношення
int int
minus=minus=
2
1
2
1
122
11T
T
V
V VV VVC
a
V
dV
C
adT νν
тобто
minus=∆
12
112
VViR
aT ν
оскільки молярна теплоємність при постійному обrsquoємі Ri
CV2
=
(і ndash число ступенів вільності R ndash універсальна газова стала)
Тепер маємо
( )21
21
2 VV
VTViRa
minus
∆=
ν
( )
( ) 2
4
3230
511022
51153186
моль
мНa
sdot=
minussdotsdot
sdotsdotminussdotsdot=
Відповідь 2
4
230моль
мН sdot=α
3 Задачі для самостійного розвrsquoязування
Вказівки до розвrsquoязування задач
1 В задачах на теплоту складають рівняння теплового балансу сума
теплоти що виділяється при певних процесах дорівнює сумі теплоти
що поглинається при інших процесах
2 В задачах про лід потрібно спочатку зrsquoясувати (кількісними
підрахунками) чи розтане весь лід якщо про це не сказано в умові
Якщо розтане не весь лід то кінцева температура дорівнюватиме 0ordmС
31 Молекулярна фізика
27
Рівняння стану ідеального газу
1 Балон місткістю 12 л заповнений азотом при тиску 81МПа і
температурі 17degС Знайти масу азоту (113 кг)
2 Яким може бути найменший обrsquoєм балона що містить 64 кг
кисню якщо його стінка при температурі 20degС витримує тиск
160 кгссм2 (32middot10
1 м
3)
3 До якої температури потрібно нагріти ідеальний газ щоб його
густина зменшилася у два рази порівняно з густиною цього газу
при Ct deg= 00 (Т=2Т0=546 К)
4 5 г азоту що знаходиться в закритій посудині місткістю 4 л при
температурі 20degС нагрівають до температури 40degС Знайти тиск
газу до і після нагрівання (р1=108middot105Па р2=116middot10
5Па)
5 Знайти густину водню при температурі 15degС і тиску 730 мм ртст
( 30810 мкг=ρ )
6 Густина деякого газу при температурі 10degС і тиску 2sdot105Па
дорівнює 034 3мкг Чому дорівнює маса одного кіломоля цього
газу ( молькг3104
minussdot=micro )
7 10 г кисню знаходяться під тиском 3 атм при температурі 10degС
Після розширення внаслідок нагрівання при постійному тиску
кисень зайняв обrsquoєм 10 л Знайти 1) обrsquoєм газу до розширення 2)
густину газу до розширення 3) температуру газу після
розширення 4) густину газу після розширення
( 331 1042)1 мV
minussdot= 2) 31 144 мкг=ρ 3) Т2=1170 К 4) 3
2 1 мкг=ρ )
8 6 г вуглекислого газу ( )2CO і 5 г закису азоту ( )ON2 заповнюють
посудину місткістю 2 дм3 Який загальний тиск у посудині при
температурі 127degС (415middot105Па)
9 Яка кількість речовини є в газовому балоні обrsquoємом 2 л при тиску
1013 МПа і температурі 10degС (86 моль)
10 Балон для газового зварювання місткістю 20 л був заповнений
киснем при температурі 15degС Коли частину кисню витратили
тиск у балоні знизився на 5065 кПа Скільки кисню було
витрачено ( кгm 1350=∆ )
11 Температура повітря в посудині обrsquoємом 5 л становить 27degС його
тиск 2026 МПа Визначити масу повітря яке потрібно випустити з
посудини щоб тиск у ній знизився до 1013 МПа ( кгm 0590=∆ )
28
12 Визначити густину повітря в камері шин автомобіля ВАЗ 2110
якщо тиск у камері 018 МПа (надлишковий) а температура 20degС
( 3353 кгм=ρ )
13 Знайти густину суміші 10-2 кг вуглекислого газу і 15sdot10
- 2 кг азоту
при температурі 300 К і тиску 015 МПа ( 3981 кгм=ρ )
14 Знайти молярну масу суміші що утворилася з 38sdot10-3 кг кисню і
22sdot10-2 кг вуглекислого газу ( кгмоль2104 minussdot=micro )
15 Накреслити графіки ізотермічного ізобарного та ізохорного
процесів в ідеальному газі у системах координат р V p T V T
Порівняти ці графіки
16 На рис1 зображено графік зміни стану ідеального газу в
координатах V T Виразити ці процеси графічно в координатах p V
та p T Назвати ці процеси
17 Зміна стану ідеального газу сталої маси зображена на рис2 В т1
температура газу Т0 Визначити температуру газу в т234
(Т2=3Т0 Т3=6Т0 Т4=2Т0)
18 Який обrsquoєм займає суміш газів ndash азоту масою кгm 11 = і гелію
масою кгm 12 = ndash при нормальних умовах (64 м3)
19 Скільки молекул міститься в 1 г водяної пари (33sdot1022
)
20 Скільки молекул буде знаходитися в 1 см3 посудини при 10degС
якщо посудину підкачано до ртстммp11101 minussdot= (34sdot10
5)
21 У балоні місткістю лV 3= знаходиться кисень масою 4 г
Визначити кількість речовини ν газу і концентрацію n його
молекул (ν =0125 моль n=251sdot1025м
-3)
Рис 1 Рис 2
29
22 У балоні було 10 кг газу при тиску 10 МПа Знайти яку масу газу
взяли з балона якщо тиск став рівним 25 МПа Температуру
вважати постійною (75 кг)
23 Балони місткістю лV 201 = і лV 442 = заповнені газом Тиск у
першому балоні МПаp 421 = у другому ndash МПаp 612 =
Визначити загальний тиск p після сполучення балонів якщо
температура газу залишилася попередньою (076 МПа)
24 Газ в кількості m=16 г при тиску р=106 Нм
2 і температурі t=112degС
займає обrsquoєм V=1600 см3 Визначити який це газ (кисень)
25 При якому тиску р густина ρ газоподібного азоту що має
температуру t= - 73degС складає 04 густини води кімнатної
температури 33
010 кгмρ = ( 271042 Нмр sdot= )
26 Відкрита посудина нагріта до температури t2=450degС Яка частина
маси повітря залишилась в ній в порівнянні з тією кількістю яка
була при t1=27degС Розширенням посудини знехтувати
(m2m1=0415)
27 10 г кисню знаходяться під тиском 0303 мкПа при температурі
10degС Після розширення внаслідок нагрівання при постійному
тиску кисень зайняв обrsquoєм 10 л Знайти обrsquoєм газу до розширення і
температуру газу після розширення (V1=24sdot10-3 м
3 Т2=118sdot10
3 К)
28 Скільки молекул повітря буде знаходитись в 1 см3 посудині при
10degС якщо повітря в посудині відкачане до тиску 133 мкПа
(34sdot108)
29 У 1 кг сухого повітря знаходиться m1=232 г кисню і m2=768 г
азоту Знайти відносну молярну масу повітря (microсм=288 кгмоль
microвідн=288 кгмоль)
30 У скільки разів вага повітря взимку (7 0
С) більша за його вагу
влітку (37 0 С) Тиск однаковий (11 рази)
31 У відкритій посудині при Ct0
1 20= є повітря гm 1501 = На яку
величину m∆ зменшиться маса повітря в посудині при нагріванні
її до Ct0
1 100= Зміною розмірів посудини при нагріванні
знехтувати ( m∆ =322 г)
32 У посудині знаходиться суміш 10 г вуглекислого газу і 15 г азоту
Знайти густину цієї суміші при температурі 27 0
С і тиску
15sdot10 5 Па ( 3981 мкг=ρ )
33 Знайти масу атома 1)водню 2) гелію
30
( )(10656)(10671 2727 геліюкгmводнюкгmminusminus sdot=sdot= )
34 Визначити концентрацію n молекул ідеального газу при
температурі Т= 300 К і тиску р =1 МПа ( n=224sdot10 17 м
-3)
Основне рівняння молекулярно-кінетичної теорії газів
швидкості молекул
35 Тиск p газу дорівнює 1 мПа концентрація n його молекул рівна
310101 minussdot см Визначити 1) температуру Т газу 2) середню
кінетичну енергію ( )1кЕ поступального руху молекули
( 1) Т=725 кК 2) ( )1кЕ =15sdot10
-19 Дж)
36 Молекула кисню при нормальних умовах рухається зі швидкістю
425 мс Визначити кінетичну енергію молекули
( ( )1кЕ =48sdot10
-21Дж)
37 Визначити кінетичну енергію поступального руху молекули
аміаку а також повну кінетичну енергію молекул одного моля
аміаку при температурі 373 К ( ( )1кЕ =773sdot10
-21Дж Еk=932 Дж)
38 Визначити сумарну кінетичну енергію теплового руху всіх
молекул кисню (О2) що займають обrsquoєм V=55sdot10-3 м
3 при тиску
р=2026 кПа (Еk=279 кДж)
39 Густина деякого газу 3060 мкгρ = середня квадратична
швидкість його молекул смкв 500=υ Знайти тиск газу на стінки
посудини (5 кПа)
40 Газ займає обrsquoєм лV 1= під тиском атмр 2= Визначити
кінетичну енергію kE поступального руху всіх молекул в даному
обrsquoємі (03 кДж)
41 Кількість речовини деякого газу моль51=ν температура
КТ 120= Визначити кінетичну енергію kE поступального руху
всіх молекул цього газу (73 кДж)
31
42 При якій температурі середня кінетична енергія ( )1кЕ
поступального руху молекули газу рівна Дж2110144 minussdot
(200 К)
43 Посудина зі внутрішнім обrsquoємом лV 4= містить гm 60=
деякого газу під тиском атмр 2= Визначити середню
квадратичну швидкість молекул газу (2 103
см )
43 Середня квадратична швидкість руху молекул деякого газу що
перебуває під тиском 50 кПа дорівнює 449 мс Визначити
густину газу при цих умовах ( 37440 мкг=ρ )
44 При якій температурі середня квадратична швидкість молекул
кисню дорівнює швидкості молекул азоту при температурі 373 К
(Т = 426 К)
46 Знайти середню арифметичну швидкість молекул газу коли
відомо що середня квадратична швидкість 400 мс
( см370=υ )
47 Знайти найбільш імовірну та середню арифметичну швидкості
молекул газу густина якого при тиску 40 кПа дорівнює 03 кгм3
( імυ = 5164 мс υ = 6324 мс)
48 Знайти середню квадратичну швидкість молекул повітря при
температурі 17deg С Повітря вважати однорідним газом з молярною
масою 29sdot10-3 кгмоль ( 500=квυ мс)
49 Визначити середню квадратичну швидкість квυ молекул газу
масою гm 30= що знаходиться в посудині місткістю лV 2= під
тиском кПаp 200= (2sdot10 3 мс)
50 Знайти відношення середніх квадратичних швидкостей молекул
гелію та азоту при однакових температурах (265)
51 Знайти середню квадратичну квυ середню арифметичну υ та
найімовірнішу імυ швидкості молекул водню Обчислення
виконати для трьох значень температури 1) КТ 20=
2) КТ 300= 3) КТ 5000= ( 1) 500 мс 462мс 407 мс
2) 194 кмс 179 кмс 158 кмс 3) 790 кмс 730 кмс 648 кмс)
52 При якій температурі Т середня квадратична швидкість атомів
гелію буде дорівнювати другій космічній швидкості
скм2112 =υ (201 кК)
32
53 Знайти середню арифметичну швидкість υ молекул газу якщо їх
середня квадратична швидкість скмкв 1=υ (092 кмс)
54 Кінетична енергія поступального руху молекул азоту що
знаходиться в обrsquoємі 20 дм3 дорівнює 5 кДж а середня
квадратична швидкість його молекул рівна 2 кмс Знайти 1) масу
азоту в балоні 2) тиск під яким знаходиться азот
( 1) т=25sdot103 кг 2) р=167sdot10
5 Па)
55 Посудина що містить деяку масу одноатомного газу рухається зі
швидкістю u На скільки збільшиться середній квадрат швидкості
теплового руху молекул при зупинці посудини Теплоємність
теплопровідність і маса стінок посудини зникаюче малі
56 Обчислити кількість теплоти що необхідна для нагрівання повітря
від Т1= 273 К до Т2= 303 К при сталому тиску якщо спочатку воно
перебувало при нормальному тиску р1 і мало обrsquoєм V1=50 м3
(∆Q=1948 кДж)
57 Яка кількість теплоти необхідна для нагрівання одного моля
одноатомного газу на 1 К при сталому обrsquoємі (∆Q=124 кДж)
58 Балон місткістю 2sdot10-2
м3 з киснем що має тиск 1013 МПа і
температуру 280 К нагрівають до 300 К Яку кількість теплоти
дістає при цьому газ (∆Q=35 кДж)
59 Визначити кількість теплоти (∆Q) що необхідна для нагрівання
повітря від Т1= 273 К до Т2=298 К при сталому обrsquoємі V1=30 м3
якщо початковий тиск повітря р1 був нормальний
(∆Q=6957 кДж)
32 Термодинаміка Реальні гази
Внутрішня енергія робота розширення газу
перше начало термодинаміки
60 Чому дорівнює енергія теплового руху молекул двоатомного газу
що знаходиться в посудині місткістю 2 л під тиском 015 МПа
(U=750 Дж)
61 10 г кисню знаходяться під тиском 03 МПа при температурі 10degС
Після нагрівання при постійному тиску газ зайняв обrsquoєм 10 л
Знайти 1) кількість теплоти одержаної газом 2) зміну
33
внутрішньої енергії газу 3) роботу виконану газом при
розширенні ( 1) 792sdot103Дж 2) 5660 Дж 3) 226sdot10
3 Дж)
62 2 кмолі вуглекислого газу нагріваються при постійному тиску на
50degС Знайти 1) зміну його внутрішньої енергії 2) роботу
розширення 3) кількість теплоти наданої газу
( 1) 2500 Дж 2) 830 кДж 3) 3300 кДж)
63 Газ що займав обrsquoєм 5 л і знаходився під тиском 02 МПа при
температурі 17degС було нагріто внаслідок чого він ізобарно
розширився Робота розширення газу при цьому виявилася рівною
196 Дж Наскільки нагріто газ (57 К)
64 При ізотермічному розширенні 10 г азоту що знаходиться при
температурі 17degС було виконано роботу 860 Дж У скільки разів
змінився тиск азоту при розширенні (272)
65 1л гелію котрий знаходиться при нормальних умовах ізотермічно
розширюється за рахунок одержаної ззовні теплоти до обrsquoєму 2 л
Знайти 1) роботу виконану газом при розширенні 2) кількість
наданої газу теплоти ( 1) 70 Дж 2) 70 Дж )
66 1 кг двоатомного газу знаходиться під тиском 80 кПа і має
густину 34 мкг=ρ Знайти енергію теплового руху молекул газу
при цих умовах (5sdot104Дж)
67 У посудину в котрій міститься 28 л води при температурі 20degС
вкинули нагрітий до 460degС кусок сталі що має масу 3кг Від цього
вода в посудині нагрілася до 60degС а частина її перетворилася в
пару Визначити масу води котра випарувалася Теплоємністю
посудини знехтувати
68 Знайти для кисню відношення питомої теплоємності при сталому
тиску до питомої теплоємності при постійному обrsquoємі (14)
69 1 кмоль азоту який знаходився при нормальних умовах
розширюється адіабатно від обrsquoєму 1V до обrsquoєму 12 5VV =
Знайти1) зміну внутрішньої енергії газу 2) роботу виконану при
розширенні ( 1) 269 sdot10 6 Дж 2) 269 sdot10
6 Дж)
70 Повітря що при нормальному атмосферному тиску зайняло обrsquoєм
2sdot10-2
м3 адіабатно стискується до обrsquoєму 2sdot10
-3 м
3 Визначити
тиск повітря після стискання (р=254 МПа)
71 Знайти питомі теплоємності азоту та їхні відношення при сталому
обrsquoємі та сталому тиску ( КкДжкгcV sdot= 7420
КкгкДжcp sdot= 041 )
34
72 Знаючи молярну масу газу ( кгмольmicro 31044 minussdot= ) і відношення
питомих теплоємностей (γ=133) обчислити молярні теплоємності
Ср і СV ( СV=0566 кДжкгsdotК Ср=0754 кДжкгsdotК)
Теплоємність адіабатний процес
73 Різниця питомих теплоємностей Vp cc minus деякого двоатомного газу
дорівнює 260 Джкг К Знайти молярну масу micro газу і його питомі
теплоємності pc та cV
( micro=0032 молькг cV=650 ДжкгmiddotК pc =910 ДжкгmiddotК)
74 Молярна маса деякого газу мольг30=micro відношення
41=Vp cc Знайти питомі теплоємності pc і сV цього газу
( сV=693 ДжкгmiddotК pc =910 ДжкгsdotК )
75 До якої температури охолодиться повітря що знаходиться при
температурі 0degС якщо воно розширюється адіабатно від обrsquoєму 1V
до обrsquoєму 12 2VV = (207 К)
76 Газ розширюється адіабатно при цьому обrsquoєм його збільшується
вдвічі а температура падає в 132 рази Яке число ступенів
вільності мають молекули цього газу (5)
77 Чому дорівнюють питомі теплоємності pc і сV деякого
двоатомного газу якщо густина цього газу при нормальних
умовах дорівнює 143 кгм3 (сV=650 ДжкгmiddotК pc =910 ДжкгmiddotК)
78 Двоатомний газ займає обrsquoєм лV 501 = при тиску атмp 501 =
Газ стискується адіабатно до деякого обrsquoєму 2V і тиску 2p а
потім при постійному обrsquoємі 2V охолоджується до початкової
температури При цьому тиск його стає рівним атмp 10 =
Зобразити описаний процес графічно знайти обrsquoєм 2V і тиск 2p
(025 л 132 атм)
79 Газ розширюється адіабатно так що його тиск спадає від 2 атм
до 1 атм Потім він нагрівається при постійному обrsquoємі до
початкової температури причому його тиск зростає до 122 атм
35
Зобразити описаний процес графічно і визначити відношення
Vp cc газу (14)
Цикл Карно ентропія
80 Ідеальна теплова машина що працює за циклом Карно отримує за
кожний цикл від нагрівника 600 кал теплоти Температура
нагрівника 400 К температура холодильника 300 К Знайти
роботу що виконує машина за один цикл і кількість теплоти
котра віддається холодильнику за один цикл
( А=630 Дж Q2=1880 Дж)
81 Ідеальна теплова машина що працює за циклом Карно 23
теплоти одержаної від нагрівника передає холодильнику з
температурою 10degС Визначити температуру нагрівника (4245 К)
82 Ідеальна теплова машина працює за циклом Карно При цьому
80 теплоти одержаної від нагрівника передається
холодильнику Від нагрівника надходить за цикл 15 ккал теплоти
Знайти 1) ККД циклу 2) роботу виконану за цикл
( 1) 20 2) 126sdot103Дж)
83 Ідеальна теплова машина що працює за циклом Карно виконує
за один цикл роботу 735sdot 10 4 Дж Температура нагрівника 100
0 С
температура холодильника 00 С Знайти1) ККД машини
2) кількість теплоти одержаної машиною за один цикл від
нагрівника 3) кількість теплоти яка віддається за один цикл
холодильнику ( 1) 268 2) 274 sdot10 4 Дж 3) 126 sdot10
4 Дж)
84 Ідеальна теплова машина отримує від нагрівника температура
якого 500 К за один цикл 3360 Дж теплоти Знайти кількість
теплоти що передається за один цикл холодильнику температура
якого 400 К Знайти роботу машини за один цикл
(Q2= 2688 Дж А= 672 Дж)
85 Ідеальна теплова машина що працює за циклом Карно має
температуру нагрівника 600 К а холодильника 500 К У скільки
разів потрібно збільшити абсолютну температуру нагрівника щоб
ККД машини збільшився вдвічі (в 125)
86 Визначити ККД циклу і температуру нагрівника теплової
машини яка працює за циклом Карно якщо за рахунок 2 кДж
теплоти одержаної від нагрівника вона виконує роботу 400 Дж
Температура холодильника 480 К (20 600 К)
36
87 Знайти зміну ентропії при ізотермічному розширенні 6 г водню зі
зменшенням тиску від 01 МПа до 50 кПа (173 ДжК)
88 105 г азоту ізотермічно розширюються від обrsquoєму лV 21 = до
обrsquoєму лV 52 = Знайти приріст ентропії в цьому процесі
(29 ДжК)
89 10 г кисню нагріваються від Ct deg= 501 до Ct deg= 1502 Знайти зміну
ентропії якщо нагрівання відбувається 1) ізохорно 2) ізобарно
( 1) 176 ДжК 2) 246 ДжК )
90 У циклі Карно робочим тілом є двоатомний газ Визначити ККД
циклу якщо при адіабатичному розширенні обrsquoєм газу збільшився
від 80 до 102 дм3 (01 або 10)
91 05 кг розплавленого свинцю при температурі плавлення влили в
лід при 0degС Частина льоду розплавилася Знайти зміну ентропії
(50 ДжК)
Реальні гази явища перенесення
92 Знайти критичний молярний обrsquoєм азоту
93 Розрахувати густину кисню у критичному стані
94 Знайти середню довжину вільного пробігу атомів гелію в умовах
коли густина гелію 321 мг=ρ (18sdot10-6 м)
95 Знайти середню довжину вільного пробігу атомів азоту при
температурі 17 0 С і тиску 10
4 Па ( м610 minus=λ )
96 Знайти залежність середнього числа зіткнень молекул z ідеального
газу від тиску р в наступних процесах 1) ізохорному
2)ізотермічному Зобразити ці залежності на графіках
( pzpz asympasymp )2)1 )
97 У посудині знаходиться вуглекислий газ густина якого 321012 мкгminussdot=ρ середня довжина вільного пробігу його
молекул при цих умовах дорівнює см61097 minussdot=λ Знайти
діаметр молекул вуглекислого газу ( d =35sdot 10 -10
м )
37
98 Знайти діаметр молекули кисню якщо відомо що для кисню
коефіцієнт внутрішнього тертя при 0ordm С дорівнює
сПа sdotsdot= minus610818η ( d = 3middot10
-10 м)
99 Знайти динамічну вrsquoязкість азоту при нормальних умовах якщо
коефіцієнт дифузії для нього при цих умовах дорівнює
сcм21420 (η = 178sdot10-5 Паsdotс)
100 Знайти коефіцієнт теплопровідності водню якщо його
динамічна вrsquoязкість при таких самих умовах рівна смкПа sdot68
(0090 ВтмmiddotК)
101 Коефіцієнт дифузії і динамічної вrsquoязкість кисню дорівнюють
см2510221
minussdot та сПа sdotsdot= minus510951η відповідно Знайти при
цих умовах 1) густину кисню 2) середню довжину вільного
пробігу його молекул і 3) середню арифметичну швидкість його
молекул ( 1) 16 кгм3 2) 835sdot10
-8 м 3) 440 мс)
102 Знайти залежність коефіцієнта теплопровідності κ газу від
температури Т в умовах ізобарного та ізохорного процесів
Зобразити ці залежності графічно (1 κ~ Т 2 κ~ Т )
103 Зайти коефіцієнт дифузії при нормальних умовах 1)гелію
2)кисню ( 1) сcм2720 2) сcм2180 )
104 Коефіцієнт дифузії D кисню при температурі t=0ordmС дорівнює
019 см2с Визначити середню довжину вільного пробігу λ
молекул кисню ( λ =135 нм)
105 Визначити залежність коефіцієнта дифузії D ідеального газу від
температури при наступних процесах 1)ізобарному
2)ізохорному ( 1) D~ 3Т 2) D~ Т )
106 Визначити залежність динамічної вrsquoязкості η від температури Т
при наступних процесах 1)ізобарному 2) ізохорному Зобразити
ці залежності на графіках ( 1) η ~ Т 2) η ~ Т )
107 Знайти коефіцієнт дифузії та коефіцієнт внутрішнього тертя
повітря при тиску 760 мм рт ст і температурі 10ordmС Діаметр
молекули повітря прийняти 3middot10-1 м
(148middot10-5 м
2с 185middot10
- 5 Паsdotс)
108 У скільки разів коефіцієнт внутрішнього тертя кисню більший за
коефіцієнт внутрішнього тертя азоту Температура газів
однакова (107)
38
109 Знайти коефіцієнт теплопровідності повітря при температурі
10ordmС і тиску 105 Па Діаметр молекули повітря прийняти рівним
3middot10-8 см (132middot10
-3 ВтмmiddotК)
110 Знайти залежність коефіцієнта теплопровідностіκ від тиску р
при наступних процесах 1)ізотермічному 2)ізохоричному
Зобразити ці залежності на графіках
( 1) Не залежить 2) κ ~ р )
Таблиця для самостійної роботи
Варіанти
завдань
Номери задач
1 1 11 35 45 60 73 85 97
2 2 12 36 46 61 74 86 98
3 3 13 37 47 62 75 87 99
4 4 14 38 48 63 76 88 100
5 5 15 39 49 64 77 89 103
6 6 16 40 50 65 80 92 104
7 7 17 41 51 66 81 93 105
8 8 18 42 52 67 82 94 106
9 9 19 43 53 68 83 95 107
10 10 20 44 54 69 84 96 108
Задачі для усного розвrsquoязування
111 Під час накачування повітря в гумову камеру одночасно
збільшується його обrsquoєм і тиск Чи не суперечить це закону Бойля -
Маріотта
112 Чому влітку шини коліс автомобілів накачують повітрям до
меншого тиску ніж взимку
113 Якої форми необхідно взяти посудину щоб сила тиску на дно
дорівнювала вазі рідини Була більша Менша ваги рідини
39
114 У посудині наповненій до краю водою плаває кусок льоду Чи
виллється вода з посудини коли лід розтане
115 Дві кульки ndash мідна та алюмінієва зрівноважені на пружинних
терезах Чи порушиться рівновага терезів якщо кульки упустити у
воду
116 Чи можна перелити воду з однієї склянки в іншу знаходячись в
кабіні штучного супутника Землі
117 Повітря складається з азоту кисню та інших газів Чи однакова
кінетична енергія поступального руху молекул цих газів при даній
температурі
118 Якими способами можна змінити внутрішню енергію тіла
119 В якому випадку зміна тиску газу буде більшою при адіабатній
чи ізотермічній зміні обrsquoєму
120 Чому ізотермічне розширення газу відбувається тільки внаслідок
підведення до нього деякої кількості теплоти
121 Чому в дизелі нема потреби запалювати пальну суміш
електричною іскрою як це робиться в інших двигунах
122 Під час роботи пневматичний молот що працює за рахунок
енергії стиснутого повітря зовні обмерзає Яка причина охолодження
123 Після сильного шторму вода в морі стає теплішою Чому
124 Деяку масу ідеального газу нагрівають на однакову кількість
градусів один раз при сталому тиску а другий раз при сталому обrsquoємі
В якому випадку потрібна більша кількість теплоти Чому
125 Чому вода на дні океану залишається холодною в той час як по
мірі просування в глибину Землі на кожні 100 м температура
збільшується приблизно на 3deg
40
126 Чи може теплова машина мати ККД=100 якщо працюватиме за
ідеальним циклом
127 Чи можна створити умови за яких внутрішня енергія переходила
б від тіл з нижчою температурою до тіл з вищою температурою
128 Чи охолоне повітря в кімнаті якщо відчинити двері домашнього
холодильника ввімкнутого в мережу
129 Чому температура пари яка надходить у парову турбіну нижча
за температуру пари що виходить з неї
130 Накреслити криві ізобарного ізохорного ізотермічного процесів
на діаграмах залежності V T P T P V
131 Як пояснити утворення роси і туману
132 Коли і чому на дроті лінії електропередач зrsquoявляється іній
133 Обrsquoєм посудини в якій міститься насичена пара ізотермічно
збільшили в 5 разів Що сталося з тиском пари
134 Чому туман зrsquoявляється в вечірній час а зранку зникає
135 Чому після дощу стає холодніше Пояснити це явище
4 Довідкові дані
Фундаментальні фізичні сталі
Гравітаційна стала 221110676 кгмНG sdotsdot= minus
Прискорення вільного падіння 2см819=g
Стала Авогадро 12310026 minussdot= мольN A
Стала Больцмана КДжk2310381 minussdot=
Стала Лошмідта 3250 10692 minussdot= мn
Газова стала КмольДжR sdot= 3148
41
Молярний обrsquoєм ідеального газу
при ну мольмV
330 1041322 minussdot=
Густина деяких речовин
Речов
ина ρsdot10
3 (кгм
3) Речовина ρsdot10
3
(кгм3)
мідь 86 вода 100
залізо 79 гліцерин 126
свине
ць
113 касторове
масло
089
ртуть 136 повітря 000129
Молярні маси деяких речовин
Речовин
а
Молекул
а
micro10- 3
кгмоль Речовина
Молекул
а
micro10-3
кгмоль
Азот N2 28 Гелій Hе 4
Аргон Ar 40 Кисень О2 32
Неон Ne 20 Повітря - 29
Вода H2O 18 Ртуть Hg 201
Водень H2 2 Кухонна
сіль NaCl 58
Вуглекг CO2 44
Нормальні умови
КT 2730 = атмстртммПаp 176010011 50 ==sdot=
Питомі теплоємності для деяких речовин
Сталь КкгДжc sdot= 460
Свинець КкгДжс sdot= 126
Питома теплота плавлення свинцю КкгДж sdotsdot= 410262λ
42
Символи і відносні атомні маси деяких хімічних елементів
H He C N O Cu K Li Na
1 4 12 14 16 64 39 6 23
Деякі параметри води
питома теплота пароутворення при 100degС ndash кгМДжr 262=
питома теплоємність ndash КкгкДжс sdot= 194
питома теплота плавлення при 0degС ndash кгДж510353 sdot=λ
43
Критичні параметри
Елемент КкрT
МПакрp
азот 12
6
34
кисень 15
4
507
Ефективні діаметри молекул
Елем
ент
нмσ
азот 03
0
гелій 02
0
Префікси для утворення кратних одиниць
Префікс Позначення Числове
значення Префікс Позначення
Числове
значення
тера Т T 1012
піко п p 10-12
гіга Г G 109 нано н n 10
-9
мега М M 106 мікро мк micro 10
-6
кіло к k 103 мілі м m 10
-3
Одиниці довжини обrsquoєму тиску концентрації кількості
теплоти коефіцієнта дифузії використані в задачах (в СІ) 333 10111 мдмл minussdot== Нкгс 891 = Джкал 1941 =
мдм 1101 minus= мсм 2101 minus= 363 101 мсм minus= 363 101 мсм =minus
Памкгс 891 2 = ПаабомНсмкгс 242 10891 sdot=
Паммкгс 62 10891 sdot= Паатм 5100111 sdot= (фізична атмосфера)
44
Паат 5109801 sdot= (технічна атмосфера) смссм 101 242 minus=
45
Одиниці в яких вимірюються деякі фізичні величини (в СІ)
Робота енергія ЕА Дж
Кількість теплоти Q Дж
Потужність P або N Джс=Вт
Тиск р Па=Нм2
Молярна маса micro кгмоль
Концентрація п м-3
Теплоємність питома с ДжкгmiddotК
Теплоємність молярна С ДжмольmiddotК
Поверхневий натяг α Нм
Динамічна вrsquoязкість η Паmiddotс=Нmiddotсм2=кгмmiddotс
Коефіцієнт дифузії D м2с
Коефіцієнт теплопровідності κ ВтмmiddotК
Приріст ентропії S∆ ДжК
Сталі Ван-дер-Ваальса а та b Нmiddotм4моль
2 та м
3моль
5Література
1 Загальна фізика за редакцією Ковалець МО Орленка ВФ
Частина1 Інтерактивний комплекс навчально-методичного
забезпечення Рівне 2009
2 Волькенштейн ВС Сборник задач по общему курсу физики- М
ldquoНаукаrdquo1985-1989
3 Иродов ИЕ Задачи по общей физике-МrdquoНаукаrdquo 1982
4 Савельев ИВ Сборник вопросов и задач по общей физике-
МldquoНаукаrdquo1982
5 Чертов АГВоробьев АА Федоров МВ Задачник по физике -М
ldquoВысшая школаrdquo1988
6 Х Кухлинг Справочник по физике-М ldquoМирrdquo1985
16
Приклад 9 В циліндрі під поршнем котрий може вільно
переміщуватися знаходиться 10г азоту Яка кількість теплоти 1Q
необхідна для нагрівання азоту від температури KT 2831 = до
температури KT 2982 = Порівняйте цю теплоту з необхідною
теплотою 2Q для нагрівання такої ж кількості газу в тому ж
температурному інтервалі при постійному обrsquoємі а також визначте
зміну внутрішньої енергії і роботу розширення
Розвrsquoязання
Будемо вважати що газ ідеальний У першому
випадку маємо справу з ізобарним процесом тому
TCm
Q p∆=micro
1
де micro ndash молярна маса pC - молярна теплоємність
при сталому тиску 12 TTT minus=∆
У процесі ізохорного нагрівання (другий
випадок)
TCm
Q V ∆=micro
2
Молярні теплоємності
Ri
CV2
= Ri
RCC Vp2
2+=+=
тому
i
i
C
C
V
p 2+=
i
i
Q
Q 2
2
1 +=
Зміну внутрішньої енергії розраховують за формулою
TRim
U ∆=∆2micro
а роботу розширення газу ndash на основі першого закону термодинаміки
( ) Ui
TTRm
TRim
TRim
UQA ∆=minus=∆minus∆+
=∆minus=2
22
2121
micromicromicro
або безпосередньо за формулою
TRm
A ∆=micro
Дано
гm 10=
N2
KT 2831 =
KT 2982 =
а) const=p
б) const=V
2
1
Q
Q U∆ A
17
кгm31010 minussdot= 5=i (двоатомний газ) молькг31028 minussdot=micro
КмольДжR sdot= 318
415
25
2
1 =+
=Q
Q ( ) ДжU 111283298318
2
5
1028
1010
3
3
=minussdotsdot
sdot=∆
minus
minus
ДжА 4441115
2=sdot=
Відповідь 4121 =QQ ДжU 111=∆ ДжА 444=
Приклад 10 В калориметр з водою з загальною
теплоємністю С=1670 ДжК при температурі Ct deg= 201 поклали
гm 1001 = льоду температура якого Ct degminus= 82 Яка встановиться
температура Питома теплота плавлення льоду кгДж 10353 5sdot=λ
питома теплоємність льоду КкгДжс sdotsdot= 31012
Розвrsquoязання В задачах про лід потрібно спочатку
зrsquoясувати чи розтане весь лід якщо про
це не сказано в умові Коли в
калориметр кинули лід вода в ньому
почала охолоджуватися Теплота яка
виділиться при охолодженні
калориметра
( )011 ttCQ minus=
де Ct deg= 00 - температура кристалізації
води або плавлення льоду
Теплота необхідна для нагрівання льоду
до температури плавлення Ct deg= 00
( )202 ttтсQ minus=
Теплотанеобхідна для плавлення льоду
mQ λ=3
Підставимо числові значення ( ) ДжQ 3340002016701 =minus=
( )( ) ДжQ 168080101012 32 =minusminussdotsdotsdot=
ДжQ 33000101033 53 =sdotsdot=
Дано
КДжС 1670=
Ct deg= 201
Сt degminus= 82
кггт 101001 ==
кгДж51033 sdot=λ
КкгДжс sdotsdot= 31012
Ct deg= 00
minust
18
Проаналізуємо отримані результати 21 QQ gt - це означає що лід
нагріється до Cdeg0 але 321 QQQ +lt (33400lt34680 Дж) - це означає
що не весь лід розтане Тому кінцева температура буде
Cdeg0
Відповідь t= Cdeg0
Приклад 11 Треба стиснути повітря від обrsquoєму 32101 мminussdot до
обrsquoєму 33102 мminussdot Як вигідніше його стискувати адіабатно чи
ізотермічно
Розвrsquoязання
Порівняємо роботу при заданих процесах У
випадку адіабатного процесу
TRi
Аад ∆minus=2
ν
де ν ndash кількість речовини i ndash число ступенів
вільності молекули R ndash універсальна газова стала
T∆ ndash приріст температури ( )12 TTT minus=∆
Скористаємося рівнянням Пуассона
const1 =minusγTV
і виразимо зміну температури через зміну обrsquoєму 1
221
11minusminus = γγ
VTVT
або
1
2
112
minus
=
γ
V
VTT або
minus
=∆
minus
1
1
2
11
γ
V
VTT
Врахуємо що показник адіабати i
i 2+=γ
тобто i21 =minusγ Тоді
minus
minus=
minus1
2
11 11
γ
γ
ν
V
VRTАад
У випадку ізотермічного процесу 1
21 ln
V
VRTАіз ν=
Дано 32
1 101 мVminussdot=
332 102 мV
minussdot=
із
ад
А
А
19
Тепер
1
2
1
2
1
ln
1
1
1
V
V
V
V
А
А
із
ад
minus
minus
minus=
γ
γ
Підставимо числові значення для повітря 41=γ
41
101
102ln
102
1011
141
1
3
2
141
3
2
=
sdot
sdot
sdot
sdotminus
minus=
minus
minus
minus
minus
minus
із
ад
А
А
Відповідь вигідніше стискувати ізотермічно
Приклад 12 В циліндрі під поршнем знаходиться водень масою
002 кг при температурі 300 К Водень спочатку розширився
адіабатно збільшивши свій обrsquoєм у 5 разів а потім був стиснутий
ізотермічно до попереднього обrsquoєму Знайти температуру в кінці
адіабатного процесу і роботу виконану газом під час цих процесів
Зобразити процеси графічно
Розвrsquoязання
Температура і обrsquoєм газу в адіабатному
процесі повrsquoязані рівнянням адіабати 1
2
1
1
2
minus
=
γ
V
V
Т
Т (1)
де i
i 2+=γ ndash показник адіабати
Для водню показник адіабати дорівнює
415
25=
+=γ
Згідно формули (1) γminus
=
1
1
212
V
VТТ
Роботу в адіабатному та ізотермічному
процесах знайдемо скориставшись відповідними формулами
Дано
М = 002 кг
micro = 2middot10ndash3
молькг
і = 5
V2 = 5V1
V3 = V1
Т1 = 300 К
КмольДжR sdot= 318
Т2 А1ndash2 А2ndash3
р
V V1 V2
1
Адіабата
Ізотерма 2
3
20
( ) ( )22
211221 ТТRіM
ТТRіM
А minussdot=minussdotminus=minusmicromicro
2
12
2
3232 lnln
V
VRT
M
V
VRT
MА
micromicro==minus
1585300 402 =sdot= minusТ К
4
321 10982)157300(3182
5
102
020sdot=minussdotsdotsdot
sdot=
minusminusА Дж
4
332 10125
1ln157318
102
020sdotminus=sdotsdot
sdot=
minusminusА Дж
Відповідь Т = 158 К А1-2 = 298middot104 Дж А2-3 = ndash21middot10
4 Дж Графік
процесів показано на малюнку
Приклад 13 Нагрівник теплової машини що працює за циклом
Карно має температуру Ct deg= 2001 Визначити температуру 2T
холодильника якщо при надходженні від нагрівника кількості
теплоти ДжQ 011 = машина виконує роботу ДжA 400=
Розвrsquoязання
За означенням ККД теплової машини
1Q
A=η
а для циклу Карно 1
21
T
TT minus=η
Прирівнявши праві частини виписаних співвідношень
Маємо 1
21
1 T
TT
Q
A minus=
Звідки
minus=
112 1
Q
ATT
Підставимо числові значення KT 4731 =
КT 28001
40014732 =
minus=
Дано
Ct deg= 2001 ДжQ 011 =
ДжA 400=
2T
21
Відповідь KT 2802 =
Приклад 14 Знайти витрату бензину автомобіля на S=1 км шляху
при швидкості годкм 60=υ Потужність двигуна 17 кВт ККД
двигуна 30=η питома теплота згоряння бензину q=45middot106 Джкг
Розвrsquoязання
При згорянні палива виділяється теплота
mqQ sdot=
ККД двигуна Q
Aкор=η Отже
qmQAкор ηη == З другої сторони з
врахуванням потужності υ
SNtNА sdot=sdot=
Прирівнявши ці два вирази отримаємо
q
NSm
ηυ=
Підставимо числові значення
кгт 08045middot1071630
1010176
33
asympsdotsdot
sdotsdot=
Відповідь m = 008 кг
Приклад 15 Ідеальний двоатомний газ здійснює цикл який
складається з двох ізотерм і двох ізохор При цьому найбільша
температура газу 500 К найменша ndash 300 К найбільший обrsquoєм 12 л
найменший ndash 3 л Знайти ККД циклу
Розвrsquoязання
Дано
мкмS3101 ==
смгодкм 71660 ==υ
ВтN31017 sdot=
3030 == ηη
кгДжq 1045 6sdot=
minusт
Дано
5=і
КТ 5001 =
КТ 3002 =
22
p 1
4
T1
T2
2
3
V1 V2 V
ККД циклу Q
А=η
де A - робота виконана газом Q - теплота
отримана газом Розглянемо ізопроцеси При
ізотермічних процесах 0=∆U оскільки
температура не змінюється З першого закону
термодинаміки ( AUQ +∆= ) випливає що в
цьому випадку вся отримана газом теплота
йде на виконання роботи AQ =
Для процесу 1rarr2 маємо
01
211121
2
1
2
1
gt==== intintrarrV
VnRT
m
V
dVRT
mpdVAQ
V
V
V
V
lmicromicro
де тиск V
RTт
р1
1 sdot=micro
Для процесу 3rarr4 маємо
01
222243
2
1
1
2
ltminus=minus=== intintrarrV
VnRT
m
V
dVRT
mpdVAQ
V
V
V
V
lmicromicro
- газ віддає
теплоту
Для ізохорних процесів обrsquoєм не змінюється тому 0=А З першого
закону термодинаміки TRmi
UQ ∆=∆=micro2
Для процесу 2rarr3 маємо
( ) ( ) 022
211232 ltminusminus=minus=rarr TTRmi
TTRmi
Qmicromicro
- газ віддає теплоту
Для процесу 4rarr1 маємо ( ) 02
2114 gtminus=rarr TTRmi
Qmicro
Отже газ виконав роботу ( )211
221 TT
V
VnR
mAAA minus=+= l
micro
Газ отримав теплоту ( )
minus+=+= rarrrarr 21
1
211421
2TT
i
V
VnTR
mQQQ l
micro
Тоді ККД цикла
331 1033 млV
minussdot==
332 101212 млV
minussdot==
minusη
23
( )
( )
( )
( )211
21
211
2
211
21
211
2
22TT
i
V
VnT
TTV
Vn
TTi
V
VnTR
m
TTV
VnR
m
Q
А
minus+
minus
=
minus+
minus
==
l
l
l
l
micro
microη
( )
( )23230
3005002
5
103
1012500
300500103
1012
3
3
3
3
=rArr=
minus+sdot
sdotsdot
minussdot
sdot
=
minus
minus
minus
minus
ηη
n
n
l
l
( 386169302224 =sdot== nn ll )
Відповідь 23=η
Приклад 16 Знайти приріст ентропії при перетворенні 1 г води з
температурою 0degС в пару при 100degС
Розвrsquoязання
Зміна ентропії у випадку оборотного
термодинамічного процесу
int=∆B
AT
QS
δ
де Qδ ndash елементарна кількість теплоти T ndash абсолютна
температура A та B ndash формальні позначення
вихідного і кінцевого стану системи
Розібrsquoємо інтеграл у правій частині виписаної формули на два
доданки що відповідають двом процесам заданим в умові
intint +equiv∆+∆=∆B
C
C
AT
Q
T
QSSS
δδ21
де 1S∆ ndash приріст ентропії при нагріванні води від температури 1T до
температури 2T 2S∆ ndash приріст ентропії при випаровуванні ( 2T за
умовою задачі ndash температура кипіння води)
У першому доданку
cmdTQ =δ
де c ndash питома теплоємність води У другому доданку const2 =T а
Дано
гm 1=
OH2 Ct deg= 01
Ct deg= 1002 S∆
24
rmQQ
B
C
==intδ
де r ndash питома теплота пароутворення Маємо
+=+=∆ intint
21
2
2
ln12
1T
r
T
TcmQ
TT
dTcmS
B
C
T
T
δ
КкгДжс sdotsdot= 310194 кгДжr510622 sdot= кгm
3101 minussdot=
КT 2731 = КT 3732 =
КДжS 47373
10622
273
373ln10194101
533 =
sdot+sdotsdot=∆ minus
Відповідь КДжS 47=∆
Приклад 17 105 г азоту ізотермічно розширюються від обrsquoєму
лV 21 = до обrsquoєму лV 52 = Знайти приріст ентропії при цьому
процесі
Розвrsquoязання
При ізотермічному процесі Т=const
отже зміна внутрішньої енергії 0=dU
Тоді з першого закону термодинаміки
маємо AQ δδ =
Елементарна робота з врахуванням виразу
для тиску р з рівняння Менделєєва-
Клапейрона V
dVRT
mрdVА
microδ ==
Зміна ентропії в оборотному термодинамічному процесі int=∆B
AT
QS
δ
В нашому випадку 1
22
1
V
VnR
m
TV
TdVR
m
T
АS
V
V
B
A
lmicromicro
δ===∆ intint
молькг 1028 3minussdot=micro - молярна маса азота
Підставимо числові значення
Дано
кггт 310510510 minussdot==
лV 21 =
лV 52 =
constТ =
minus∆S
25
КДжnS 922
5318
1028
10510
3
3
=sdotsdotsdot
sdot=∆
minus
minus
l
Відповідь КДжS 92=∆
Приклад 18 Два кіломолі триатомного газу адіабатно
розширюються в пустоту від 31 1мV = до 3
2 5мV = Температура газу
при цьому зменшується на 15 К Знайти за цими даними постійну laquoаraquo
з рівняння Ван-дер-Ваальса
Розвrsquoязання
Перше начало термодинаміки для адіабатного
процесу має вигляд dUA minus=δ де А ndash робота газу
проти зовнішніх сил U ndash внутрішня енергія За
умовою задачі зовнішнього тиску немає
(розширення в пустоту)
тому 0== dVpAδ
В підсумку маємо що 0=dU
Зміна внутрішньої енергії має дві складові
dTCVν що не залежить від зміни обrsquoєму та
( )VdU що залежить від обrsquoєму Остання складова
рівна роботі сили міжмолекулярного притягання
котра спричинює додатковий внутрішній тиск
2
20
V
aP ν=
( ) dVV
adVPVdU
2
20 ν==
Повна зміна внутрішньої енергії газу
02
2 =+ dVV
adTCV νν
Дано
моль3102 sdot=ν
6=i 0=Qδ
Паp 0=
31 1 мV =
32 5 мV =
KT 15minus=∆
a
26
Звідки dVCV
adT
V2
νminus=
Проінтегруємо останнє співвідношення
int int
minus=minus=
2
1
2
1
122
11T
T
V
V VV VVC
a
V
dV
C
adT νν
тобто
minus=∆
12
112
VViR
aT ν
оскільки молярна теплоємність при постійному обrsquoємі Ri
CV2
=
(і ndash число ступенів вільності R ndash універсальна газова стала)
Тепер маємо
( )21
21
2 VV
VTViRa
minus
∆=
ν
( )
( ) 2
4
3230
511022
51153186
моль
мНa
sdot=
minussdotsdot
sdotsdotminussdotsdot=
Відповідь 2
4
230моль
мН sdot=α
3 Задачі для самостійного розвrsquoязування
Вказівки до розвrsquoязування задач
1 В задачах на теплоту складають рівняння теплового балансу сума
теплоти що виділяється при певних процесах дорівнює сумі теплоти
що поглинається при інших процесах
2 В задачах про лід потрібно спочатку зrsquoясувати (кількісними
підрахунками) чи розтане весь лід якщо про це не сказано в умові
Якщо розтане не весь лід то кінцева температура дорівнюватиме 0ordmС
31 Молекулярна фізика
27
Рівняння стану ідеального газу
1 Балон місткістю 12 л заповнений азотом при тиску 81МПа і
температурі 17degС Знайти масу азоту (113 кг)
2 Яким може бути найменший обrsquoєм балона що містить 64 кг
кисню якщо його стінка при температурі 20degС витримує тиск
160 кгссм2 (32middot10
1 м
3)
3 До якої температури потрібно нагріти ідеальний газ щоб його
густина зменшилася у два рази порівняно з густиною цього газу
при Ct deg= 00 (Т=2Т0=546 К)
4 5 г азоту що знаходиться в закритій посудині місткістю 4 л при
температурі 20degС нагрівають до температури 40degС Знайти тиск
газу до і після нагрівання (р1=108middot105Па р2=116middot10
5Па)
5 Знайти густину водню при температурі 15degС і тиску 730 мм ртст
( 30810 мкг=ρ )
6 Густина деякого газу при температурі 10degС і тиску 2sdot105Па
дорівнює 034 3мкг Чому дорівнює маса одного кіломоля цього
газу ( молькг3104
minussdot=micro )
7 10 г кисню знаходяться під тиском 3 атм при температурі 10degС
Після розширення внаслідок нагрівання при постійному тиску
кисень зайняв обrsquoєм 10 л Знайти 1) обrsquoєм газу до розширення 2)
густину газу до розширення 3) температуру газу після
розширення 4) густину газу після розширення
( 331 1042)1 мV
minussdot= 2) 31 144 мкг=ρ 3) Т2=1170 К 4) 3
2 1 мкг=ρ )
8 6 г вуглекислого газу ( )2CO і 5 г закису азоту ( )ON2 заповнюють
посудину місткістю 2 дм3 Який загальний тиск у посудині при
температурі 127degС (415middot105Па)
9 Яка кількість речовини є в газовому балоні обrsquoємом 2 л при тиску
1013 МПа і температурі 10degС (86 моль)
10 Балон для газового зварювання місткістю 20 л був заповнений
киснем при температурі 15degС Коли частину кисню витратили
тиск у балоні знизився на 5065 кПа Скільки кисню було
витрачено ( кгm 1350=∆ )
11 Температура повітря в посудині обrsquoємом 5 л становить 27degС його
тиск 2026 МПа Визначити масу повітря яке потрібно випустити з
посудини щоб тиск у ній знизився до 1013 МПа ( кгm 0590=∆ )
28
12 Визначити густину повітря в камері шин автомобіля ВАЗ 2110
якщо тиск у камері 018 МПа (надлишковий) а температура 20degС
( 3353 кгм=ρ )
13 Знайти густину суміші 10-2 кг вуглекислого газу і 15sdot10
- 2 кг азоту
при температурі 300 К і тиску 015 МПа ( 3981 кгм=ρ )
14 Знайти молярну масу суміші що утворилася з 38sdot10-3 кг кисню і
22sdot10-2 кг вуглекислого газу ( кгмоль2104 minussdot=micro )
15 Накреслити графіки ізотермічного ізобарного та ізохорного
процесів в ідеальному газі у системах координат р V p T V T
Порівняти ці графіки
16 На рис1 зображено графік зміни стану ідеального газу в
координатах V T Виразити ці процеси графічно в координатах p V
та p T Назвати ці процеси
17 Зміна стану ідеального газу сталої маси зображена на рис2 В т1
температура газу Т0 Визначити температуру газу в т234
(Т2=3Т0 Т3=6Т0 Т4=2Т0)
18 Який обrsquoєм займає суміш газів ndash азоту масою кгm 11 = і гелію
масою кгm 12 = ndash при нормальних умовах (64 м3)
19 Скільки молекул міститься в 1 г водяної пари (33sdot1022
)
20 Скільки молекул буде знаходитися в 1 см3 посудини при 10degС
якщо посудину підкачано до ртстммp11101 minussdot= (34sdot10
5)
21 У балоні місткістю лV 3= знаходиться кисень масою 4 г
Визначити кількість речовини ν газу і концентрацію n його
молекул (ν =0125 моль n=251sdot1025м
-3)
Рис 1 Рис 2
29
22 У балоні було 10 кг газу при тиску 10 МПа Знайти яку масу газу
взяли з балона якщо тиск став рівним 25 МПа Температуру
вважати постійною (75 кг)
23 Балони місткістю лV 201 = і лV 442 = заповнені газом Тиск у
першому балоні МПаp 421 = у другому ndash МПаp 612 =
Визначити загальний тиск p після сполучення балонів якщо
температура газу залишилася попередньою (076 МПа)
24 Газ в кількості m=16 г при тиску р=106 Нм
2 і температурі t=112degС
займає обrsquoєм V=1600 см3 Визначити який це газ (кисень)
25 При якому тиску р густина ρ газоподібного азоту що має
температуру t= - 73degС складає 04 густини води кімнатної
температури 33
010 кгмρ = ( 271042 Нмр sdot= )
26 Відкрита посудина нагріта до температури t2=450degС Яка частина
маси повітря залишилась в ній в порівнянні з тією кількістю яка
була при t1=27degС Розширенням посудини знехтувати
(m2m1=0415)
27 10 г кисню знаходяться під тиском 0303 мкПа при температурі
10degС Після розширення внаслідок нагрівання при постійному
тиску кисень зайняв обrsquoєм 10 л Знайти обrsquoєм газу до розширення і
температуру газу після розширення (V1=24sdot10-3 м
3 Т2=118sdot10
3 К)
28 Скільки молекул повітря буде знаходитись в 1 см3 посудині при
10degС якщо повітря в посудині відкачане до тиску 133 мкПа
(34sdot108)
29 У 1 кг сухого повітря знаходиться m1=232 г кисню і m2=768 г
азоту Знайти відносну молярну масу повітря (microсм=288 кгмоль
microвідн=288 кгмоль)
30 У скільки разів вага повітря взимку (7 0
С) більша за його вагу
влітку (37 0 С) Тиск однаковий (11 рази)
31 У відкритій посудині при Ct0
1 20= є повітря гm 1501 = На яку
величину m∆ зменшиться маса повітря в посудині при нагріванні
її до Ct0
1 100= Зміною розмірів посудини при нагріванні
знехтувати ( m∆ =322 г)
32 У посудині знаходиться суміш 10 г вуглекислого газу і 15 г азоту
Знайти густину цієї суміші при температурі 27 0
С і тиску
15sdot10 5 Па ( 3981 мкг=ρ )
33 Знайти масу атома 1)водню 2) гелію
30
( )(10656)(10671 2727 геліюкгmводнюкгmminusminus sdot=sdot= )
34 Визначити концентрацію n молекул ідеального газу при
температурі Т= 300 К і тиску р =1 МПа ( n=224sdot10 17 м
-3)
Основне рівняння молекулярно-кінетичної теорії газів
швидкості молекул
35 Тиск p газу дорівнює 1 мПа концентрація n його молекул рівна
310101 minussdot см Визначити 1) температуру Т газу 2) середню
кінетичну енергію ( )1кЕ поступального руху молекули
( 1) Т=725 кК 2) ( )1кЕ =15sdot10
-19 Дж)
36 Молекула кисню при нормальних умовах рухається зі швидкістю
425 мс Визначити кінетичну енергію молекули
( ( )1кЕ =48sdot10
-21Дж)
37 Визначити кінетичну енергію поступального руху молекули
аміаку а також повну кінетичну енергію молекул одного моля
аміаку при температурі 373 К ( ( )1кЕ =773sdot10
-21Дж Еk=932 Дж)
38 Визначити сумарну кінетичну енергію теплового руху всіх
молекул кисню (О2) що займають обrsquoєм V=55sdot10-3 м
3 при тиску
р=2026 кПа (Еk=279 кДж)
39 Густина деякого газу 3060 мкгρ = середня квадратична
швидкість його молекул смкв 500=υ Знайти тиск газу на стінки
посудини (5 кПа)
40 Газ займає обrsquoєм лV 1= під тиском атмр 2= Визначити
кінетичну енергію kE поступального руху всіх молекул в даному
обrsquoємі (03 кДж)
41 Кількість речовини деякого газу моль51=ν температура
КТ 120= Визначити кінетичну енергію kE поступального руху
всіх молекул цього газу (73 кДж)
31
42 При якій температурі середня кінетична енергія ( )1кЕ
поступального руху молекули газу рівна Дж2110144 minussdot
(200 К)
43 Посудина зі внутрішнім обrsquoємом лV 4= містить гm 60=
деякого газу під тиском атмр 2= Визначити середню
квадратичну швидкість молекул газу (2 103
см )
43 Середня квадратична швидкість руху молекул деякого газу що
перебуває під тиском 50 кПа дорівнює 449 мс Визначити
густину газу при цих умовах ( 37440 мкг=ρ )
44 При якій температурі середня квадратична швидкість молекул
кисню дорівнює швидкості молекул азоту при температурі 373 К
(Т = 426 К)
46 Знайти середню арифметичну швидкість молекул газу коли
відомо що середня квадратична швидкість 400 мс
( см370=υ )
47 Знайти найбільш імовірну та середню арифметичну швидкості
молекул газу густина якого при тиску 40 кПа дорівнює 03 кгм3
( імυ = 5164 мс υ = 6324 мс)
48 Знайти середню квадратичну швидкість молекул повітря при
температурі 17deg С Повітря вважати однорідним газом з молярною
масою 29sdot10-3 кгмоль ( 500=квυ мс)
49 Визначити середню квадратичну швидкість квυ молекул газу
масою гm 30= що знаходиться в посудині місткістю лV 2= під
тиском кПаp 200= (2sdot10 3 мс)
50 Знайти відношення середніх квадратичних швидкостей молекул
гелію та азоту при однакових температурах (265)
51 Знайти середню квадратичну квυ середню арифметичну υ та
найімовірнішу імυ швидкості молекул водню Обчислення
виконати для трьох значень температури 1) КТ 20=
2) КТ 300= 3) КТ 5000= ( 1) 500 мс 462мс 407 мс
2) 194 кмс 179 кмс 158 кмс 3) 790 кмс 730 кмс 648 кмс)
52 При якій температурі Т середня квадратична швидкість атомів
гелію буде дорівнювати другій космічній швидкості
скм2112 =υ (201 кК)
32
53 Знайти середню арифметичну швидкість υ молекул газу якщо їх
середня квадратична швидкість скмкв 1=υ (092 кмс)
54 Кінетична енергія поступального руху молекул азоту що
знаходиться в обrsquoємі 20 дм3 дорівнює 5 кДж а середня
квадратична швидкість його молекул рівна 2 кмс Знайти 1) масу
азоту в балоні 2) тиск під яким знаходиться азот
( 1) т=25sdot103 кг 2) р=167sdot10
5 Па)
55 Посудина що містить деяку масу одноатомного газу рухається зі
швидкістю u На скільки збільшиться середній квадрат швидкості
теплового руху молекул при зупинці посудини Теплоємність
теплопровідність і маса стінок посудини зникаюче малі
56 Обчислити кількість теплоти що необхідна для нагрівання повітря
від Т1= 273 К до Т2= 303 К при сталому тиску якщо спочатку воно
перебувало при нормальному тиску р1 і мало обrsquoєм V1=50 м3
(∆Q=1948 кДж)
57 Яка кількість теплоти необхідна для нагрівання одного моля
одноатомного газу на 1 К при сталому обrsquoємі (∆Q=124 кДж)
58 Балон місткістю 2sdot10-2
м3 з киснем що має тиск 1013 МПа і
температуру 280 К нагрівають до 300 К Яку кількість теплоти
дістає при цьому газ (∆Q=35 кДж)
59 Визначити кількість теплоти (∆Q) що необхідна для нагрівання
повітря від Т1= 273 К до Т2=298 К при сталому обrsquoємі V1=30 м3
якщо початковий тиск повітря р1 був нормальний
(∆Q=6957 кДж)
32 Термодинаміка Реальні гази
Внутрішня енергія робота розширення газу
перше начало термодинаміки
60 Чому дорівнює енергія теплового руху молекул двоатомного газу
що знаходиться в посудині місткістю 2 л під тиском 015 МПа
(U=750 Дж)
61 10 г кисню знаходяться під тиском 03 МПа при температурі 10degС
Після нагрівання при постійному тиску газ зайняв обrsquoєм 10 л
Знайти 1) кількість теплоти одержаної газом 2) зміну
33
внутрішньої енергії газу 3) роботу виконану газом при
розширенні ( 1) 792sdot103Дж 2) 5660 Дж 3) 226sdot10
3 Дж)
62 2 кмолі вуглекислого газу нагріваються при постійному тиску на
50degС Знайти 1) зміну його внутрішньої енергії 2) роботу
розширення 3) кількість теплоти наданої газу
( 1) 2500 Дж 2) 830 кДж 3) 3300 кДж)
63 Газ що займав обrsquoєм 5 л і знаходився під тиском 02 МПа при
температурі 17degС було нагріто внаслідок чого він ізобарно
розширився Робота розширення газу при цьому виявилася рівною
196 Дж Наскільки нагріто газ (57 К)
64 При ізотермічному розширенні 10 г азоту що знаходиться при
температурі 17degС було виконано роботу 860 Дж У скільки разів
змінився тиск азоту при розширенні (272)
65 1л гелію котрий знаходиться при нормальних умовах ізотермічно
розширюється за рахунок одержаної ззовні теплоти до обrsquoєму 2 л
Знайти 1) роботу виконану газом при розширенні 2) кількість
наданої газу теплоти ( 1) 70 Дж 2) 70 Дж )
66 1 кг двоатомного газу знаходиться під тиском 80 кПа і має
густину 34 мкг=ρ Знайти енергію теплового руху молекул газу
при цих умовах (5sdot104Дж)
67 У посудину в котрій міститься 28 л води при температурі 20degС
вкинули нагрітий до 460degС кусок сталі що має масу 3кг Від цього
вода в посудині нагрілася до 60degС а частина її перетворилася в
пару Визначити масу води котра випарувалася Теплоємністю
посудини знехтувати
68 Знайти для кисню відношення питомої теплоємності при сталому
тиску до питомої теплоємності при постійному обrsquoємі (14)
69 1 кмоль азоту який знаходився при нормальних умовах
розширюється адіабатно від обrsquoєму 1V до обrsquoєму 12 5VV =
Знайти1) зміну внутрішньої енергії газу 2) роботу виконану при
розширенні ( 1) 269 sdot10 6 Дж 2) 269 sdot10
6 Дж)
70 Повітря що при нормальному атмосферному тиску зайняло обrsquoєм
2sdot10-2
м3 адіабатно стискується до обrsquoєму 2sdot10
-3 м
3 Визначити
тиск повітря після стискання (р=254 МПа)
71 Знайти питомі теплоємності азоту та їхні відношення при сталому
обrsquoємі та сталому тиску ( КкДжкгcV sdot= 7420
КкгкДжcp sdot= 041 )
34
72 Знаючи молярну масу газу ( кгмольmicro 31044 minussdot= ) і відношення
питомих теплоємностей (γ=133) обчислити молярні теплоємності
Ср і СV ( СV=0566 кДжкгsdotК Ср=0754 кДжкгsdotК)
Теплоємність адіабатний процес
73 Різниця питомих теплоємностей Vp cc minus деякого двоатомного газу
дорівнює 260 Джкг К Знайти молярну масу micro газу і його питомі
теплоємності pc та cV
( micro=0032 молькг cV=650 ДжкгmiddotК pc =910 ДжкгmiddotК)
74 Молярна маса деякого газу мольг30=micro відношення
41=Vp cc Знайти питомі теплоємності pc і сV цього газу
( сV=693 ДжкгmiddotК pc =910 ДжкгsdotК )
75 До якої температури охолодиться повітря що знаходиться при
температурі 0degС якщо воно розширюється адіабатно від обrsquoєму 1V
до обrsquoєму 12 2VV = (207 К)
76 Газ розширюється адіабатно при цьому обrsquoєм його збільшується
вдвічі а температура падає в 132 рази Яке число ступенів
вільності мають молекули цього газу (5)
77 Чому дорівнюють питомі теплоємності pc і сV деякого
двоатомного газу якщо густина цього газу при нормальних
умовах дорівнює 143 кгм3 (сV=650 ДжкгmiddotК pc =910 ДжкгmiddotК)
78 Двоатомний газ займає обrsquoєм лV 501 = при тиску атмp 501 =
Газ стискується адіабатно до деякого обrsquoєму 2V і тиску 2p а
потім при постійному обrsquoємі 2V охолоджується до початкової
температури При цьому тиск його стає рівним атмp 10 =
Зобразити описаний процес графічно знайти обrsquoєм 2V і тиск 2p
(025 л 132 атм)
79 Газ розширюється адіабатно так що його тиск спадає від 2 атм
до 1 атм Потім він нагрівається при постійному обrsquoємі до
початкової температури причому його тиск зростає до 122 атм
35
Зобразити описаний процес графічно і визначити відношення
Vp cc газу (14)
Цикл Карно ентропія
80 Ідеальна теплова машина що працює за циклом Карно отримує за
кожний цикл від нагрівника 600 кал теплоти Температура
нагрівника 400 К температура холодильника 300 К Знайти
роботу що виконує машина за один цикл і кількість теплоти
котра віддається холодильнику за один цикл
( А=630 Дж Q2=1880 Дж)
81 Ідеальна теплова машина що працює за циклом Карно 23
теплоти одержаної від нагрівника передає холодильнику з
температурою 10degС Визначити температуру нагрівника (4245 К)
82 Ідеальна теплова машина працює за циклом Карно При цьому
80 теплоти одержаної від нагрівника передається
холодильнику Від нагрівника надходить за цикл 15 ккал теплоти
Знайти 1) ККД циклу 2) роботу виконану за цикл
( 1) 20 2) 126sdot103Дж)
83 Ідеальна теплова машина що працює за циклом Карно виконує
за один цикл роботу 735sdot 10 4 Дж Температура нагрівника 100
0 С
температура холодильника 00 С Знайти1) ККД машини
2) кількість теплоти одержаної машиною за один цикл від
нагрівника 3) кількість теплоти яка віддається за один цикл
холодильнику ( 1) 268 2) 274 sdot10 4 Дж 3) 126 sdot10
4 Дж)
84 Ідеальна теплова машина отримує від нагрівника температура
якого 500 К за один цикл 3360 Дж теплоти Знайти кількість
теплоти що передається за один цикл холодильнику температура
якого 400 К Знайти роботу машини за один цикл
(Q2= 2688 Дж А= 672 Дж)
85 Ідеальна теплова машина що працює за циклом Карно має
температуру нагрівника 600 К а холодильника 500 К У скільки
разів потрібно збільшити абсолютну температуру нагрівника щоб
ККД машини збільшився вдвічі (в 125)
86 Визначити ККД циклу і температуру нагрівника теплової
машини яка працює за циклом Карно якщо за рахунок 2 кДж
теплоти одержаної від нагрівника вона виконує роботу 400 Дж
Температура холодильника 480 К (20 600 К)
36
87 Знайти зміну ентропії при ізотермічному розширенні 6 г водню зі
зменшенням тиску від 01 МПа до 50 кПа (173 ДжК)
88 105 г азоту ізотермічно розширюються від обrsquoєму лV 21 = до
обrsquoєму лV 52 = Знайти приріст ентропії в цьому процесі
(29 ДжК)
89 10 г кисню нагріваються від Ct deg= 501 до Ct deg= 1502 Знайти зміну
ентропії якщо нагрівання відбувається 1) ізохорно 2) ізобарно
( 1) 176 ДжК 2) 246 ДжК )
90 У циклі Карно робочим тілом є двоатомний газ Визначити ККД
циклу якщо при адіабатичному розширенні обrsquoєм газу збільшився
від 80 до 102 дм3 (01 або 10)
91 05 кг розплавленого свинцю при температурі плавлення влили в
лід при 0degС Частина льоду розплавилася Знайти зміну ентропії
(50 ДжК)
Реальні гази явища перенесення
92 Знайти критичний молярний обrsquoєм азоту
93 Розрахувати густину кисню у критичному стані
94 Знайти середню довжину вільного пробігу атомів гелію в умовах
коли густина гелію 321 мг=ρ (18sdot10-6 м)
95 Знайти середню довжину вільного пробігу атомів азоту при
температурі 17 0 С і тиску 10
4 Па ( м610 minus=λ )
96 Знайти залежність середнього числа зіткнень молекул z ідеального
газу від тиску р в наступних процесах 1) ізохорному
2)ізотермічному Зобразити ці залежності на графіках
( pzpz asympasymp )2)1 )
97 У посудині знаходиться вуглекислий газ густина якого 321012 мкгminussdot=ρ середня довжина вільного пробігу його
молекул при цих умовах дорівнює см61097 minussdot=λ Знайти
діаметр молекул вуглекислого газу ( d =35sdot 10 -10
м )
37
98 Знайти діаметр молекули кисню якщо відомо що для кисню
коефіцієнт внутрішнього тертя при 0ordm С дорівнює
сПа sdotsdot= minus610818η ( d = 3middot10
-10 м)
99 Знайти динамічну вrsquoязкість азоту при нормальних умовах якщо
коефіцієнт дифузії для нього при цих умовах дорівнює
сcм21420 (η = 178sdot10-5 Паsdotс)
100 Знайти коефіцієнт теплопровідності водню якщо його
динамічна вrsquoязкість при таких самих умовах рівна смкПа sdot68
(0090 ВтмmiddotК)
101 Коефіцієнт дифузії і динамічної вrsquoязкість кисню дорівнюють
см2510221
minussdot та сПа sdotsdot= minus510951η відповідно Знайти при
цих умовах 1) густину кисню 2) середню довжину вільного
пробігу його молекул і 3) середню арифметичну швидкість його
молекул ( 1) 16 кгм3 2) 835sdot10
-8 м 3) 440 мс)
102 Знайти залежність коефіцієнта теплопровідності κ газу від
температури Т в умовах ізобарного та ізохорного процесів
Зобразити ці залежності графічно (1 κ~ Т 2 κ~ Т )
103 Зайти коефіцієнт дифузії при нормальних умовах 1)гелію
2)кисню ( 1) сcм2720 2) сcм2180 )
104 Коефіцієнт дифузії D кисню при температурі t=0ordmС дорівнює
019 см2с Визначити середню довжину вільного пробігу λ
молекул кисню ( λ =135 нм)
105 Визначити залежність коефіцієнта дифузії D ідеального газу від
температури при наступних процесах 1)ізобарному
2)ізохорному ( 1) D~ 3Т 2) D~ Т )
106 Визначити залежність динамічної вrsquoязкості η від температури Т
при наступних процесах 1)ізобарному 2) ізохорному Зобразити
ці залежності на графіках ( 1) η ~ Т 2) η ~ Т )
107 Знайти коефіцієнт дифузії та коефіцієнт внутрішнього тертя
повітря при тиску 760 мм рт ст і температурі 10ordmС Діаметр
молекули повітря прийняти 3middot10-1 м
(148middot10-5 м
2с 185middot10
- 5 Паsdotс)
108 У скільки разів коефіцієнт внутрішнього тертя кисню більший за
коефіцієнт внутрішнього тертя азоту Температура газів
однакова (107)
38
109 Знайти коефіцієнт теплопровідності повітря при температурі
10ordmС і тиску 105 Па Діаметр молекули повітря прийняти рівним
3middot10-8 см (132middot10
-3 ВтмmiddotК)
110 Знайти залежність коефіцієнта теплопровідностіκ від тиску р
при наступних процесах 1)ізотермічному 2)ізохоричному
Зобразити ці залежності на графіках
( 1) Не залежить 2) κ ~ р )
Таблиця для самостійної роботи
Варіанти
завдань
Номери задач
1 1 11 35 45 60 73 85 97
2 2 12 36 46 61 74 86 98
3 3 13 37 47 62 75 87 99
4 4 14 38 48 63 76 88 100
5 5 15 39 49 64 77 89 103
6 6 16 40 50 65 80 92 104
7 7 17 41 51 66 81 93 105
8 8 18 42 52 67 82 94 106
9 9 19 43 53 68 83 95 107
10 10 20 44 54 69 84 96 108
Задачі для усного розвrsquoязування
111 Під час накачування повітря в гумову камеру одночасно
збільшується його обrsquoєм і тиск Чи не суперечить це закону Бойля -
Маріотта
112 Чому влітку шини коліс автомобілів накачують повітрям до
меншого тиску ніж взимку
113 Якої форми необхідно взяти посудину щоб сила тиску на дно
дорівнювала вазі рідини Була більша Менша ваги рідини
39
114 У посудині наповненій до краю водою плаває кусок льоду Чи
виллється вода з посудини коли лід розтане
115 Дві кульки ndash мідна та алюмінієва зрівноважені на пружинних
терезах Чи порушиться рівновага терезів якщо кульки упустити у
воду
116 Чи можна перелити воду з однієї склянки в іншу знаходячись в
кабіні штучного супутника Землі
117 Повітря складається з азоту кисню та інших газів Чи однакова
кінетична енергія поступального руху молекул цих газів при даній
температурі
118 Якими способами можна змінити внутрішню енергію тіла
119 В якому випадку зміна тиску газу буде більшою при адіабатній
чи ізотермічній зміні обrsquoєму
120 Чому ізотермічне розширення газу відбувається тільки внаслідок
підведення до нього деякої кількості теплоти
121 Чому в дизелі нема потреби запалювати пальну суміш
електричною іскрою як це робиться в інших двигунах
122 Під час роботи пневматичний молот що працює за рахунок
енергії стиснутого повітря зовні обмерзає Яка причина охолодження
123 Після сильного шторму вода в морі стає теплішою Чому
124 Деяку масу ідеального газу нагрівають на однакову кількість
градусів один раз при сталому тиску а другий раз при сталому обrsquoємі
В якому випадку потрібна більша кількість теплоти Чому
125 Чому вода на дні океану залишається холодною в той час як по
мірі просування в глибину Землі на кожні 100 м температура
збільшується приблизно на 3deg
40
126 Чи може теплова машина мати ККД=100 якщо працюватиме за
ідеальним циклом
127 Чи можна створити умови за яких внутрішня енергія переходила
б від тіл з нижчою температурою до тіл з вищою температурою
128 Чи охолоне повітря в кімнаті якщо відчинити двері домашнього
холодильника ввімкнутого в мережу
129 Чому температура пари яка надходить у парову турбіну нижча
за температуру пари що виходить з неї
130 Накреслити криві ізобарного ізохорного ізотермічного процесів
на діаграмах залежності V T P T P V
131 Як пояснити утворення роси і туману
132 Коли і чому на дроті лінії електропередач зrsquoявляється іній
133 Обrsquoєм посудини в якій міститься насичена пара ізотермічно
збільшили в 5 разів Що сталося з тиском пари
134 Чому туман зrsquoявляється в вечірній час а зранку зникає
135 Чому після дощу стає холодніше Пояснити це явище
4 Довідкові дані
Фундаментальні фізичні сталі
Гравітаційна стала 221110676 кгмНG sdotsdot= minus
Прискорення вільного падіння 2см819=g
Стала Авогадро 12310026 minussdot= мольN A
Стала Больцмана КДжk2310381 minussdot=
Стала Лошмідта 3250 10692 minussdot= мn
Газова стала КмольДжR sdot= 3148
41
Молярний обrsquoєм ідеального газу
при ну мольмV
330 1041322 minussdot=
Густина деяких речовин
Речов
ина ρsdot10
3 (кгм
3) Речовина ρsdot10
3
(кгм3)
мідь 86 вода 100
залізо 79 гліцерин 126
свине
ць
113 касторове
масло
089
ртуть 136 повітря 000129
Молярні маси деяких речовин
Речовин
а
Молекул
а
micro10- 3
кгмоль Речовина
Молекул
а
micro10-3
кгмоль
Азот N2 28 Гелій Hе 4
Аргон Ar 40 Кисень О2 32
Неон Ne 20 Повітря - 29
Вода H2O 18 Ртуть Hg 201
Водень H2 2 Кухонна
сіль NaCl 58
Вуглекг CO2 44
Нормальні умови
КT 2730 = атмстртммПаp 176010011 50 ==sdot=
Питомі теплоємності для деяких речовин
Сталь КкгДжc sdot= 460
Свинець КкгДжс sdot= 126
Питома теплота плавлення свинцю КкгДж sdotsdot= 410262λ
42
Символи і відносні атомні маси деяких хімічних елементів
H He C N O Cu K Li Na
1 4 12 14 16 64 39 6 23
Деякі параметри води
питома теплота пароутворення при 100degС ndash кгМДжr 262=
питома теплоємність ndash КкгкДжс sdot= 194
питома теплота плавлення при 0degС ndash кгДж510353 sdot=λ
43
Критичні параметри
Елемент КкрT
МПакрp
азот 12
6
34
кисень 15
4
507
Ефективні діаметри молекул
Елем
ент
нмσ
азот 03
0
гелій 02
0
Префікси для утворення кратних одиниць
Префікс Позначення Числове
значення Префікс Позначення
Числове
значення
тера Т T 1012
піко п p 10-12
гіга Г G 109 нано н n 10
-9
мега М M 106 мікро мк micro 10
-6
кіло к k 103 мілі м m 10
-3
Одиниці довжини обrsquoєму тиску концентрації кількості
теплоти коефіцієнта дифузії використані в задачах (в СІ) 333 10111 мдмл minussdot== Нкгс 891 = Джкал 1941 =
мдм 1101 minus= мсм 2101 minus= 363 101 мсм minus= 363 101 мсм =minus
Памкгс 891 2 = ПаабомНсмкгс 242 10891 sdot=
Паммкгс 62 10891 sdot= Паатм 5100111 sdot= (фізична атмосфера)
44
Паат 5109801 sdot= (технічна атмосфера) смссм 101 242 minus=
45
Одиниці в яких вимірюються деякі фізичні величини (в СІ)
Робота енергія ЕА Дж
Кількість теплоти Q Дж
Потужність P або N Джс=Вт
Тиск р Па=Нм2
Молярна маса micro кгмоль
Концентрація п м-3
Теплоємність питома с ДжкгmiddotК
Теплоємність молярна С ДжмольmiddotК
Поверхневий натяг α Нм
Динамічна вrsquoязкість η Паmiddotс=Нmiddotсм2=кгмmiddotс
Коефіцієнт дифузії D м2с
Коефіцієнт теплопровідності κ ВтмmiddotК
Приріст ентропії S∆ ДжК
Сталі Ван-дер-Ваальса а та b Нmiddotм4моль
2 та м
3моль
5Література
1 Загальна фізика за редакцією Ковалець МО Орленка ВФ
Частина1 Інтерактивний комплекс навчально-методичного
забезпечення Рівне 2009
2 Волькенштейн ВС Сборник задач по общему курсу физики- М
ldquoНаукаrdquo1985-1989
3 Иродов ИЕ Задачи по общей физике-МrdquoНаукаrdquo 1982
4 Савельев ИВ Сборник вопросов и задач по общей физике-
МldquoНаукаrdquo1982
5 Чертов АГВоробьев АА Федоров МВ Задачник по физике -М
ldquoВысшая школаrdquo1988
6 Х Кухлинг Справочник по физике-М ldquoМирrdquo1985
17
кгm31010 minussdot= 5=i (двоатомний газ) молькг31028 minussdot=micro
КмольДжR sdot= 318
415
25
2
1 =+
=Q
Q ( ) ДжU 111283298318
2
5
1028
1010
3
3
=minussdotsdot
sdot=∆
minus
minus
ДжА 4441115
2=sdot=
Відповідь 4121 =QQ ДжU 111=∆ ДжА 444=
Приклад 10 В калориметр з водою з загальною
теплоємністю С=1670 ДжК при температурі Ct deg= 201 поклали
гm 1001 = льоду температура якого Ct degminus= 82 Яка встановиться
температура Питома теплота плавлення льоду кгДж 10353 5sdot=λ
питома теплоємність льоду КкгДжс sdotsdot= 31012
Розвrsquoязання В задачах про лід потрібно спочатку
зrsquoясувати чи розтане весь лід якщо про
це не сказано в умові Коли в
калориметр кинули лід вода в ньому
почала охолоджуватися Теплота яка
виділиться при охолодженні
калориметра
( )011 ttCQ minus=
де Ct deg= 00 - температура кристалізації
води або плавлення льоду
Теплота необхідна для нагрівання льоду
до температури плавлення Ct deg= 00
( )202 ttтсQ minus=
Теплотанеобхідна для плавлення льоду
mQ λ=3
Підставимо числові значення ( ) ДжQ 3340002016701 =minus=
( )( ) ДжQ 168080101012 32 =minusminussdotsdotsdot=
ДжQ 33000101033 53 =sdotsdot=
Дано
КДжС 1670=
Ct deg= 201
Сt degminus= 82
кггт 101001 ==
кгДж51033 sdot=λ
КкгДжс sdotsdot= 31012
Ct deg= 00
minust
18
Проаналізуємо отримані результати 21 QQ gt - це означає що лід
нагріється до Cdeg0 але 321 QQQ +lt (33400lt34680 Дж) - це означає
що не весь лід розтане Тому кінцева температура буде
Cdeg0
Відповідь t= Cdeg0
Приклад 11 Треба стиснути повітря від обrsquoєму 32101 мminussdot до
обrsquoєму 33102 мminussdot Як вигідніше його стискувати адіабатно чи
ізотермічно
Розвrsquoязання
Порівняємо роботу при заданих процесах У
випадку адіабатного процесу
TRi
Аад ∆minus=2
ν
де ν ndash кількість речовини i ndash число ступенів
вільності молекули R ndash універсальна газова стала
T∆ ndash приріст температури ( )12 TTT minus=∆
Скористаємося рівнянням Пуассона
const1 =minusγTV
і виразимо зміну температури через зміну обrsquoєму 1
221
11minusminus = γγ
VTVT
або
1
2
112
minus
=
γ
V
VTT або
minus
=∆
minus
1
1
2
11
γ
V
VTT
Врахуємо що показник адіабати i
i 2+=γ
тобто i21 =minusγ Тоді
minus
minus=
minus1
2
11 11
γ
γ
ν
V
VRTАад
У випадку ізотермічного процесу 1
21 ln
V
VRTАіз ν=
Дано 32
1 101 мVminussdot=
332 102 мV
minussdot=
із
ад
А
А
19
Тепер
1
2
1
2
1
ln
1
1
1
V
V
V
V
А
А
із
ад
minus
minus
minus=
γ
γ
Підставимо числові значення для повітря 41=γ
41
101
102ln
102
1011
141
1
3
2
141
3
2
=
sdot
sdot
sdot
sdotminus
minus=
minus
minus
minus
minus
minus
із
ад
А
А
Відповідь вигідніше стискувати ізотермічно
Приклад 12 В циліндрі під поршнем знаходиться водень масою
002 кг при температурі 300 К Водень спочатку розширився
адіабатно збільшивши свій обrsquoєм у 5 разів а потім був стиснутий
ізотермічно до попереднього обrsquoєму Знайти температуру в кінці
адіабатного процесу і роботу виконану газом під час цих процесів
Зобразити процеси графічно
Розвrsquoязання
Температура і обrsquoєм газу в адіабатному
процесі повrsquoязані рівнянням адіабати 1
2
1
1
2
minus
=
γ
V
V
Т
Т (1)
де i
i 2+=γ ndash показник адіабати
Для водню показник адіабати дорівнює
415
25=
+=γ
Згідно формули (1) γminus
=
1
1
212
V
VТТ
Роботу в адіабатному та ізотермічному
процесах знайдемо скориставшись відповідними формулами
Дано
М = 002 кг
micro = 2middot10ndash3
молькг
і = 5
V2 = 5V1
V3 = V1
Т1 = 300 К
КмольДжR sdot= 318
Т2 А1ndash2 А2ndash3
р
V V1 V2
1
Адіабата
Ізотерма 2
3
20
( ) ( )22
211221 ТТRіM
ТТRіM
А minussdot=minussdotminus=minusmicromicro
2
12
2
3232 lnln
V
VRT
M
V
VRT
MА
micromicro==minus
1585300 402 =sdot= minusТ К
4
321 10982)157300(3182
5
102
020sdot=minussdotsdotsdot
sdot=
minusminusА Дж
4
332 10125
1ln157318
102
020sdotminus=sdotsdot
sdot=
minusminusА Дж
Відповідь Т = 158 К А1-2 = 298middot104 Дж А2-3 = ndash21middot10
4 Дж Графік
процесів показано на малюнку
Приклад 13 Нагрівник теплової машини що працює за циклом
Карно має температуру Ct deg= 2001 Визначити температуру 2T
холодильника якщо при надходженні від нагрівника кількості
теплоти ДжQ 011 = машина виконує роботу ДжA 400=
Розвrsquoязання
За означенням ККД теплової машини
1Q
A=η
а для циклу Карно 1
21
T
TT minus=η
Прирівнявши праві частини виписаних співвідношень
Маємо 1
21
1 T
TT
Q
A minus=
Звідки
minus=
112 1
Q
ATT
Підставимо числові значення KT 4731 =
КT 28001
40014732 =
minus=
Дано
Ct deg= 2001 ДжQ 011 =
ДжA 400=
2T
21
Відповідь KT 2802 =
Приклад 14 Знайти витрату бензину автомобіля на S=1 км шляху
при швидкості годкм 60=υ Потужність двигуна 17 кВт ККД
двигуна 30=η питома теплота згоряння бензину q=45middot106 Джкг
Розвrsquoязання
При згорянні палива виділяється теплота
mqQ sdot=
ККД двигуна Q
Aкор=η Отже
qmQAкор ηη == З другої сторони з
врахуванням потужності υ
SNtNА sdot=sdot=
Прирівнявши ці два вирази отримаємо
q
NSm
ηυ=
Підставимо числові значення
кгт 08045middot1071630
1010176
33
asympsdotsdot
sdotsdot=
Відповідь m = 008 кг
Приклад 15 Ідеальний двоатомний газ здійснює цикл який
складається з двох ізотерм і двох ізохор При цьому найбільша
температура газу 500 К найменша ndash 300 К найбільший обrsquoєм 12 л
найменший ndash 3 л Знайти ККД циклу
Розвrsquoязання
Дано
мкмS3101 ==
смгодкм 71660 ==υ
ВтN31017 sdot=
3030 == ηη
кгДжq 1045 6sdot=
minusт
Дано
5=і
КТ 5001 =
КТ 3002 =
22
p 1
4
T1
T2
2
3
V1 V2 V
ККД циклу Q
А=η
де A - робота виконана газом Q - теплота
отримана газом Розглянемо ізопроцеси При
ізотермічних процесах 0=∆U оскільки
температура не змінюється З першого закону
термодинаміки ( AUQ +∆= ) випливає що в
цьому випадку вся отримана газом теплота
йде на виконання роботи AQ =
Для процесу 1rarr2 маємо
01
211121
2
1
2
1
gt==== intintrarrV
VnRT
m
V
dVRT
mpdVAQ
V
V
V
V
lmicromicro
де тиск V
RTт
р1
1 sdot=micro
Для процесу 3rarr4 маємо
01
222243
2
1
1
2
ltminus=minus=== intintrarrV
VnRT
m
V
dVRT
mpdVAQ
V
V
V
V
lmicromicro
- газ віддає
теплоту
Для ізохорних процесів обrsquoєм не змінюється тому 0=А З першого
закону термодинаміки TRmi
UQ ∆=∆=micro2
Для процесу 2rarr3 маємо
( ) ( ) 022
211232 ltminusminus=minus=rarr TTRmi
TTRmi
Qmicromicro
- газ віддає теплоту
Для процесу 4rarr1 маємо ( ) 02
2114 gtminus=rarr TTRmi
Qmicro
Отже газ виконав роботу ( )211
221 TT
V
VnR
mAAA minus=+= l
micro
Газ отримав теплоту ( )
minus+=+= rarrrarr 21
1
211421
2TT
i
V
VnTR
mQQQ l
micro
Тоді ККД цикла
331 1033 млV
minussdot==
332 101212 млV
minussdot==
minusη
23
( )
( )
( )
( )211
21
211
2
211
21
211
2
22TT
i
V
VnT
TTV
Vn
TTi
V
VnTR
m
TTV
VnR
m
Q
А
minus+
minus
=
minus+
minus
==
l
l
l
l
micro
microη
( )
( )23230
3005002
5
103
1012500
300500103
1012
3
3
3
3
=rArr=
minus+sdot
sdotsdot
minussdot
sdot
=
minus
minus
minus
minus
ηη
n
n
l
l
( 386169302224 =sdot== nn ll )
Відповідь 23=η
Приклад 16 Знайти приріст ентропії при перетворенні 1 г води з
температурою 0degС в пару при 100degС
Розвrsquoязання
Зміна ентропії у випадку оборотного
термодинамічного процесу
int=∆B
AT
QS
δ
де Qδ ndash елементарна кількість теплоти T ndash абсолютна
температура A та B ndash формальні позначення
вихідного і кінцевого стану системи
Розібrsquoємо інтеграл у правій частині виписаної формули на два
доданки що відповідають двом процесам заданим в умові
intint +equiv∆+∆=∆B
C
C
AT
Q
T
QSSS
δδ21
де 1S∆ ndash приріст ентропії при нагріванні води від температури 1T до
температури 2T 2S∆ ndash приріст ентропії при випаровуванні ( 2T за
умовою задачі ndash температура кипіння води)
У першому доданку
cmdTQ =δ
де c ndash питома теплоємність води У другому доданку const2 =T а
Дано
гm 1=
OH2 Ct deg= 01
Ct deg= 1002 S∆
24
rmQQ
B
C
==intδ
де r ndash питома теплота пароутворення Маємо
+=+=∆ intint
21
2
2
ln12
1T
r
T
TcmQ
TT
dTcmS
B
C
T
T
δ
КкгДжс sdotsdot= 310194 кгДжr510622 sdot= кгm
3101 minussdot=
КT 2731 = КT 3732 =
КДжS 47373
10622
273
373ln10194101
533 =
sdot+sdotsdot=∆ minus
Відповідь КДжS 47=∆
Приклад 17 105 г азоту ізотермічно розширюються від обrsquoєму
лV 21 = до обrsquoєму лV 52 = Знайти приріст ентропії при цьому
процесі
Розвrsquoязання
При ізотермічному процесі Т=const
отже зміна внутрішньої енергії 0=dU
Тоді з першого закону термодинаміки
маємо AQ δδ =
Елементарна робота з врахуванням виразу
для тиску р з рівняння Менделєєва-
Клапейрона V
dVRT
mрdVА
microδ ==
Зміна ентропії в оборотному термодинамічному процесі int=∆B
AT
QS
δ
В нашому випадку 1
22
1
V
VnR
m
TV
TdVR
m
T
АS
V
V
B
A
lmicromicro
δ===∆ intint
молькг 1028 3minussdot=micro - молярна маса азота
Підставимо числові значення
Дано
кггт 310510510 minussdot==
лV 21 =
лV 52 =
constТ =
minus∆S
25
КДжnS 922
5318
1028
10510
3
3
=sdotsdotsdot
sdot=∆
minus
minus
l
Відповідь КДжS 92=∆
Приклад 18 Два кіломолі триатомного газу адіабатно
розширюються в пустоту від 31 1мV = до 3
2 5мV = Температура газу
при цьому зменшується на 15 К Знайти за цими даними постійну laquoаraquo
з рівняння Ван-дер-Ваальса
Розвrsquoязання
Перше начало термодинаміки для адіабатного
процесу має вигляд dUA minus=δ де А ndash робота газу
проти зовнішніх сил U ndash внутрішня енергія За
умовою задачі зовнішнього тиску немає
(розширення в пустоту)
тому 0== dVpAδ
В підсумку маємо що 0=dU
Зміна внутрішньої енергії має дві складові
dTCVν що не залежить від зміни обrsquoєму та
( )VdU що залежить від обrsquoєму Остання складова
рівна роботі сили міжмолекулярного притягання
котра спричинює додатковий внутрішній тиск
2
20
V
aP ν=
( ) dVV
adVPVdU
2
20 ν==
Повна зміна внутрішньої енергії газу
02
2 =+ dVV
adTCV νν
Дано
моль3102 sdot=ν
6=i 0=Qδ
Паp 0=
31 1 мV =
32 5 мV =
KT 15minus=∆
a
26
Звідки dVCV
adT
V2
νminus=
Проінтегруємо останнє співвідношення
int int
minus=minus=
2
1
2
1
122
11T
T
V
V VV VVC
a
V
dV
C
adT νν
тобто
minus=∆
12
112
VViR
aT ν
оскільки молярна теплоємність при постійному обrsquoємі Ri
CV2
=
(і ndash число ступенів вільності R ndash універсальна газова стала)
Тепер маємо
( )21
21
2 VV
VTViRa
minus
∆=
ν
( )
( ) 2
4
3230
511022
51153186
моль
мНa
sdot=
minussdotsdot
sdotsdotminussdotsdot=
Відповідь 2
4
230моль
мН sdot=α
3 Задачі для самостійного розвrsquoязування
Вказівки до розвrsquoязування задач
1 В задачах на теплоту складають рівняння теплового балансу сума
теплоти що виділяється при певних процесах дорівнює сумі теплоти
що поглинається при інших процесах
2 В задачах про лід потрібно спочатку зrsquoясувати (кількісними
підрахунками) чи розтане весь лід якщо про це не сказано в умові
Якщо розтане не весь лід то кінцева температура дорівнюватиме 0ordmС
31 Молекулярна фізика
27
Рівняння стану ідеального газу
1 Балон місткістю 12 л заповнений азотом при тиску 81МПа і
температурі 17degС Знайти масу азоту (113 кг)
2 Яким може бути найменший обrsquoєм балона що містить 64 кг
кисню якщо його стінка при температурі 20degС витримує тиск
160 кгссм2 (32middot10
1 м
3)
3 До якої температури потрібно нагріти ідеальний газ щоб його
густина зменшилася у два рази порівняно з густиною цього газу
при Ct deg= 00 (Т=2Т0=546 К)
4 5 г азоту що знаходиться в закритій посудині місткістю 4 л при
температурі 20degС нагрівають до температури 40degС Знайти тиск
газу до і після нагрівання (р1=108middot105Па р2=116middot10
5Па)
5 Знайти густину водню при температурі 15degС і тиску 730 мм ртст
( 30810 мкг=ρ )
6 Густина деякого газу при температурі 10degС і тиску 2sdot105Па
дорівнює 034 3мкг Чому дорівнює маса одного кіломоля цього
газу ( молькг3104
minussdot=micro )
7 10 г кисню знаходяться під тиском 3 атм при температурі 10degС
Після розширення внаслідок нагрівання при постійному тиску
кисень зайняв обrsquoєм 10 л Знайти 1) обrsquoєм газу до розширення 2)
густину газу до розширення 3) температуру газу після
розширення 4) густину газу після розширення
( 331 1042)1 мV
minussdot= 2) 31 144 мкг=ρ 3) Т2=1170 К 4) 3
2 1 мкг=ρ )
8 6 г вуглекислого газу ( )2CO і 5 г закису азоту ( )ON2 заповнюють
посудину місткістю 2 дм3 Який загальний тиск у посудині при
температурі 127degС (415middot105Па)
9 Яка кількість речовини є в газовому балоні обrsquoємом 2 л при тиску
1013 МПа і температурі 10degС (86 моль)
10 Балон для газового зварювання місткістю 20 л був заповнений
киснем при температурі 15degС Коли частину кисню витратили
тиск у балоні знизився на 5065 кПа Скільки кисню було
витрачено ( кгm 1350=∆ )
11 Температура повітря в посудині обrsquoємом 5 л становить 27degС його
тиск 2026 МПа Визначити масу повітря яке потрібно випустити з
посудини щоб тиск у ній знизився до 1013 МПа ( кгm 0590=∆ )
28
12 Визначити густину повітря в камері шин автомобіля ВАЗ 2110
якщо тиск у камері 018 МПа (надлишковий) а температура 20degС
( 3353 кгм=ρ )
13 Знайти густину суміші 10-2 кг вуглекислого газу і 15sdot10
- 2 кг азоту
при температурі 300 К і тиску 015 МПа ( 3981 кгм=ρ )
14 Знайти молярну масу суміші що утворилася з 38sdot10-3 кг кисню і
22sdot10-2 кг вуглекислого газу ( кгмоль2104 minussdot=micro )
15 Накреслити графіки ізотермічного ізобарного та ізохорного
процесів в ідеальному газі у системах координат р V p T V T
Порівняти ці графіки
16 На рис1 зображено графік зміни стану ідеального газу в
координатах V T Виразити ці процеси графічно в координатах p V
та p T Назвати ці процеси
17 Зміна стану ідеального газу сталої маси зображена на рис2 В т1
температура газу Т0 Визначити температуру газу в т234
(Т2=3Т0 Т3=6Т0 Т4=2Т0)
18 Який обrsquoєм займає суміш газів ndash азоту масою кгm 11 = і гелію
масою кгm 12 = ndash при нормальних умовах (64 м3)
19 Скільки молекул міститься в 1 г водяної пари (33sdot1022
)
20 Скільки молекул буде знаходитися в 1 см3 посудини при 10degС
якщо посудину підкачано до ртстммp11101 minussdot= (34sdot10
5)
21 У балоні місткістю лV 3= знаходиться кисень масою 4 г
Визначити кількість речовини ν газу і концентрацію n його
молекул (ν =0125 моль n=251sdot1025м
-3)
Рис 1 Рис 2
29
22 У балоні було 10 кг газу при тиску 10 МПа Знайти яку масу газу
взяли з балона якщо тиск став рівним 25 МПа Температуру
вважати постійною (75 кг)
23 Балони місткістю лV 201 = і лV 442 = заповнені газом Тиск у
першому балоні МПаp 421 = у другому ndash МПаp 612 =
Визначити загальний тиск p після сполучення балонів якщо
температура газу залишилася попередньою (076 МПа)
24 Газ в кількості m=16 г при тиску р=106 Нм
2 і температурі t=112degС
займає обrsquoєм V=1600 см3 Визначити який це газ (кисень)
25 При якому тиску р густина ρ газоподібного азоту що має
температуру t= - 73degС складає 04 густини води кімнатної
температури 33
010 кгмρ = ( 271042 Нмр sdot= )
26 Відкрита посудина нагріта до температури t2=450degС Яка частина
маси повітря залишилась в ній в порівнянні з тією кількістю яка
була при t1=27degС Розширенням посудини знехтувати
(m2m1=0415)
27 10 г кисню знаходяться під тиском 0303 мкПа при температурі
10degС Після розширення внаслідок нагрівання при постійному
тиску кисень зайняв обrsquoєм 10 л Знайти обrsquoєм газу до розширення і
температуру газу після розширення (V1=24sdot10-3 м
3 Т2=118sdot10
3 К)
28 Скільки молекул повітря буде знаходитись в 1 см3 посудині при
10degС якщо повітря в посудині відкачане до тиску 133 мкПа
(34sdot108)
29 У 1 кг сухого повітря знаходиться m1=232 г кисню і m2=768 г
азоту Знайти відносну молярну масу повітря (microсм=288 кгмоль
microвідн=288 кгмоль)
30 У скільки разів вага повітря взимку (7 0
С) більша за його вагу
влітку (37 0 С) Тиск однаковий (11 рази)
31 У відкритій посудині при Ct0
1 20= є повітря гm 1501 = На яку
величину m∆ зменшиться маса повітря в посудині при нагріванні
її до Ct0
1 100= Зміною розмірів посудини при нагріванні
знехтувати ( m∆ =322 г)
32 У посудині знаходиться суміш 10 г вуглекислого газу і 15 г азоту
Знайти густину цієї суміші при температурі 27 0
С і тиску
15sdot10 5 Па ( 3981 мкг=ρ )
33 Знайти масу атома 1)водню 2) гелію
30
( )(10656)(10671 2727 геліюкгmводнюкгmminusminus sdot=sdot= )
34 Визначити концентрацію n молекул ідеального газу при
температурі Т= 300 К і тиску р =1 МПа ( n=224sdot10 17 м
-3)
Основне рівняння молекулярно-кінетичної теорії газів
швидкості молекул
35 Тиск p газу дорівнює 1 мПа концентрація n його молекул рівна
310101 minussdot см Визначити 1) температуру Т газу 2) середню
кінетичну енергію ( )1кЕ поступального руху молекули
( 1) Т=725 кК 2) ( )1кЕ =15sdot10
-19 Дж)
36 Молекула кисню при нормальних умовах рухається зі швидкістю
425 мс Визначити кінетичну енергію молекули
( ( )1кЕ =48sdot10
-21Дж)
37 Визначити кінетичну енергію поступального руху молекули
аміаку а також повну кінетичну енергію молекул одного моля
аміаку при температурі 373 К ( ( )1кЕ =773sdot10
-21Дж Еk=932 Дж)
38 Визначити сумарну кінетичну енергію теплового руху всіх
молекул кисню (О2) що займають обrsquoєм V=55sdot10-3 м
3 при тиску
р=2026 кПа (Еk=279 кДж)
39 Густина деякого газу 3060 мкгρ = середня квадратична
швидкість його молекул смкв 500=υ Знайти тиск газу на стінки
посудини (5 кПа)
40 Газ займає обrsquoєм лV 1= під тиском атмр 2= Визначити
кінетичну енергію kE поступального руху всіх молекул в даному
обrsquoємі (03 кДж)
41 Кількість речовини деякого газу моль51=ν температура
КТ 120= Визначити кінетичну енергію kE поступального руху
всіх молекул цього газу (73 кДж)
31
42 При якій температурі середня кінетична енергія ( )1кЕ
поступального руху молекули газу рівна Дж2110144 minussdot
(200 К)
43 Посудина зі внутрішнім обrsquoємом лV 4= містить гm 60=
деякого газу під тиском атмр 2= Визначити середню
квадратичну швидкість молекул газу (2 103
см )
43 Середня квадратична швидкість руху молекул деякого газу що
перебуває під тиском 50 кПа дорівнює 449 мс Визначити
густину газу при цих умовах ( 37440 мкг=ρ )
44 При якій температурі середня квадратична швидкість молекул
кисню дорівнює швидкості молекул азоту при температурі 373 К
(Т = 426 К)
46 Знайти середню арифметичну швидкість молекул газу коли
відомо що середня квадратична швидкість 400 мс
( см370=υ )
47 Знайти найбільш імовірну та середню арифметичну швидкості
молекул газу густина якого при тиску 40 кПа дорівнює 03 кгм3
( імυ = 5164 мс υ = 6324 мс)
48 Знайти середню квадратичну швидкість молекул повітря при
температурі 17deg С Повітря вважати однорідним газом з молярною
масою 29sdot10-3 кгмоль ( 500=квυ мс)
49 Визначити середню квадратичну швидкість квυ молекул газу
масою гm 30= що знаходиться в посудині місткістю лV 2= під
тиском кПаp 200= (2sdot10 3 мс)
50 Знайти відношення середніх квадратичних швидкостей молекул
гелію та азоту при однакових температурах (265)
51 Знайти середню квадратичну квυ середню арифметичну υ та
найімовірнішу імυ швидкості молекул водню Обчислення
виконати для трьох значень температури 1) КТ 20=
2) КТ 300= 3) КТ 5000= ( 1) 500 мс 462мс 407 мс
2) 194 кмс 179 кмс 158 кмс 3) 790 кмс 730 кмс 648 кмс)
52 При якій температурі Т середня квадратична швидкість атомів
гелію буде дорівнювати другій космічній швидкості
скм2112 =υ (201 кК)
32
53 Знайти середню арифметичну швидкість υ молекул газу якщо їх
середня квадратична швидкість скмкв 1=υ (092 кмс)
54 Кінетична енергія поступального руху молекул азоту що
знаходиться в обrsquoємі 20 дм3 дорівнює 5 кДж а середня
квадратична швидкість його молекул рівна 2 кмс Знайти 1) масу
азоту в балоні 2) тиск під яким знаходиться азот
( 1) т=25sdot103 кг 2) р=167sdot10
5 Па)
55 Посудина що містить деяку масу одноатомного газу рухається зі
швидкістю u На скільки збільшиться середній квадрат швидкості
теплового руху молекул при зупинці посудини Теплоємність
теплопровідність і маса стінок посудини зникаюче малі
56 Обчислити кількість теплоти що необхідна для нагрівання повітря
від Т1= 273 К до Т2= 303 К при сталому тиску якщо спочатку воно
перебувало при нормальному тиску р1 і мало обrsquoєм V1=50 м3
(∆Q=1948 кДж)
57 Яка кількість теплоти необхідна для нагрівання одного моля
одноатомного газу на 1 К при сталому обrsquoємі (∆Q=124 кДж)
58 Балон місткістю 2sdot10-2
м3 з киснем що має тиск 1013 МПа і
температуру 280 К нагрівають до 300 К Яку кількість теплоти
дістає при цьому газ (∆Q=35 кДж)
59 Визначити кількість теплоти (∆Q) що необхідна для нагрівання
повітря від Т1= 273 К до Т2=298 К при сталому обrsquoємі V1=30 м3
якщо початковий тиск повітря р1 був нормальний
(∆Q=6957 кДж)
32 Термодинаміка Реальні гази
Внутрішня енергія робота розширення газу
перше начало термодинаміки
60 Чому дорівнює енергія теплового руху молекул двоатомного газу
що знаходиться в посудині місткістю 2 л під тиском 015 МПа
(U=750 Дж)
61 10 г кисню знаходяться під тиском 03 МПа при температурі 10degС
Після нагрівання при постійному тиску газ зайняв обrsquoєм 10 л
Знайти 1) кількість теплоти одержаної газом 2) зміну
33
внутрішньої енергії газу 3) роботу виконану газом при
розширенні ( 1) 792sdot103Дж 2) 5660 Дж 3) 226sdot10
3 Дж)
62 2 кмолі вуглекислого газу нагріваються при постійному тиску на
50degС Знайти 1) зміну його внутрішньої енергії 2) роботу
розширення 3) кількість теплоти наданої газу
( 1) 2500 Дж 2) 830 кДж 3) 3300 кДж)
63 Газ що займав обrsquoєм 5 л і знаходився під тиском 02 МПа при
температурі 17degС було нагріто внаслідок чого він ізобарно
розширився Робота розширення газу при цьому виявилася рівною
196 Дж Наскільки нагріто газ (57 К)
64 При ізотермічному розширенні 10 г азоту що знаходиться при
температурі 17degС було виконано роботу 860 Дж У скільки разів
змінився тиск азоту при розширенні (272)
65 1л гелію котрий знаходиться при нормальних умовах ізотермічно
розширюється за рахунок одержаної ззовні теплоти до обrsquoєму 2 л
Знайти 1) роботу виконану газом при розширенні 2) кількість
наданої газу теплоти ( 1) 70 Дж 2) 70 Дж )
66 1 кг двоатомного газу знаходиться під тиском 80 кПа і має
густину 34 мкг=ρ Знайти енергію теплового руху молекул газу
при цих умовах (5sdot104Дж)
67 У посудину в котрій міститься 28 л води при температурі 20degС
вкинули нагрітий до 460degС кусок сталі що має масу 3кг Від цього
вода в посудині нагрілася до 60degС а частина її перетворилася в
пару Визначити масу води котра випарувалася Теплоємністю
посудини знехтувати
68 Знайти для кисню відношення питомої теплоємності при сталому
тиску до питомої теплоємності при постійному обrsquoємі (14)
69 1 кмоль азоту який знаходився при нормальних умовах
розширюється адіабатно від обrsquoєму 1V до обrsquoєму 12 5VV =
Знайти1) зміну внутрішньої енергії газу 2) роботу виконану при
розширенні ( 1) 269 sdot10 6 Дж 2) 269 sdot10
6 Дж)
70 Повітря що при нормальному атмосферному тиску зайняло обrsquoєм
2sdot10-2
м3 адіабатно стискується до обrsquoєму 2sdot10
-3 м
3 Визначити
тиск повітря після стискання (р=254 МПа)
71 Знайти питомі теплоємності азоту та їхні відношення при сталому
обrsquoємі та сталому тиску ( КкДжкгcV sdot= 7420
КкгкДжcp sdot= 041 )
34
72 Знаючи молярну масу газу ( кгмольmicro 31044 minussdot= ) і відношення
питомих теплоємностей (γ=133) обчислити молярні теплоємності
Ср і СV ( СV=0566 кДжкгsdotК Ср=0754 кДжкгsdotК)
Теплоємність адіабатний процес
73 Різниця питомих теплоємностей Vp cc minus деякого двоатомного газу
дорівнює 260 Джкг К Знайти молярну масу micro газу і його питомі
теплоємності pc та cV
( micro=0032 молькг cV=650 ДжкгmiddotК pc =910 ДжкгmiddotК)
74 Молярна маса деякого газу мольг30=micro відношення
41=Vp cc Знайти питомі теплоємності pc і сV цього газу
( сV=693 ДжкгmiddotК pc =910 ДжкгsdotК )
75 До якої температури охолодиться повітря що знаходиться при
температурі 0degС якщо воно розширюється адіабатно від обrsquoєму 1V
до обrsquoєму 12 2VV = (207 К)
76 Газ розширюється адіабатно при цьому обrsquoєм його збільшується
вдвічі а температура падає в 132 рази Яке число ступенів
вільності мають молекули цього газу (5)
77 Чому дорівнюють питомі теплоємності pc і сV деякого
двоатомного газу якщо густина цього газу при нормальних
умовах дорівнює 143 кгм3 (сV=650 ДжкгmiddotК pc =910 ДжкгmiddotК)
78 Двоатомний газ займає обrsquoєм лV 501 = при тиску атмp 501 =
Газ стискується адіабатно до деякого обrsquoєму 2V і тиску 2p а
потім при постійному обrsquoємі 2V охолоджується до початкової
температури При цьому тиск його стає рівним атмp 10 =
Зобразити описаний процес графічно знайти обrsquoєм 2V і тиск 2p
(025 л 132 атм)
79 Газ розширюється адіабатно так що його тиск спадає від 2 атм
до 1 атм Потім він нагрівається при постійному обrsquoємі до
початкової температури причому його тиск зростає до 122 атм
35
Зобразити описаний процес графічно і визначити відношення
Vp cc газу (14)
Цикл Карно ентропія
80 Ідеальна теплова машина що працює за циклом Карно отримує за
кожний цикл від нагрівника 600 кал теплоти Температура
нагрівника 400 К температура холодильника 300 К Знайти
роботу що виконує машина за один цикл і кількість теплоти
котра віддається холодильнику за один цикл
( А=630 Дж Q2=1880 Дж)
81 Ідеальна теплова машина що працює за циклом Карно 23
теплоти одержаної від нагрівника передає холодильнику з
температурою 10degС Визначити температуру нагрівника (4245 К)
82 Ідеальна теплова машина працює за циклом Карно При цьому
80 теплоти одержаної від нагрівника передається
холодильнику Від нагрівника надходить за цикл 15 ккал теплоти
Знайти 1) ККД циклу 2) роботу виконану за цикл
( 1) 20 2) 126sdot103Дж)
83 Ідеальна теплова машина що працює за циклом Карно виконує
за один цикл роботу 735sdot 10 4 Дж Температура нагрівника 100
0 С
температура холодильника 00 С Знайти1) ККД машини
2) кількість теплоти одержаної машиною за один цикл від
нагрівника 3) кількість теплоти яка віддається за один цикл
холодильнику ( 1) 268 2) 274 sdot10 4 Дж 3) 126 sdot10
4 Дж)
84 Ідеальна теплова машина отримує від нагрівника температура
якого 500 К за один цикл 3360 Дж теплоти Знайти кількість
теплоти що передається за один цикл холодильнику температура
якого 400 К Знайти роботу машини за один цикл
(Q2= 2688 Дж А= 672 Дж)
85 Ідеальна теплова машина що працює за циклом Карно має
температуру нагрівника 600 К а холодильника 500 К У скільки
разів потрібно збільшити абсолютну температуру нагрівника щоб
ККД машини збільшився вдвічі (в 125)
86 Визначити ККД циклу і температуру нагрівника теплової
машини яка працює за циклом Карно якщо за рахунок 2 кДж
теплоти одержаної від нагрівника вона виконує роботу 400 Дж
Температура холодильника 480 К (20 600 К)
36
87 Знайти зміну ентропії при ізотермічному розширенні 6 г водню зі
зменшенням тиску від 01 МПа до 50 кПа (173 ДжК)
88 105 г азоту ізотермічно розширюються від обrsquoєму лV 21 = до
обrsquoєму лV 52 = Знайти приріст ентропії в цьому процесі
(29 ДжК)
89 10 г кисню нагріваються від Ct deg= 501 до Ct deg= 1502 Знайти зміну
ентропії якщо нагрівання відбувається 1) ізохорно 2) ізобарно
( 1) 176 ДжК 2) 246 ДжК )
90 У циклі Карно робочим тілом є двоатомний газ Визначити ККД
циклу якщо при адіабатичному розширенні обrsquoєм газу збільшився
від 80 до 102 дм3 (01 або 10)
91 05 кг розплавленого свинцю при температурі плавлення влили в
лід при 0degС Частина льоду розплавилася Знайти зміну ентропії
(50 ДжК)
Реальні гази явища перенесення
92 Знайти критичний молярний обrsquoєм азоту
93 Розрахувати густину кисню у критичному стані
94 Знайти середню довжину вільного пробігу атомів гелію в умовах
коли густина гелію 321 мг=ρ (18sdot10-6 м)
95 Знайти середню довжину вільного пробігу атомів азоту при
температурі 17 0 С і тиску 10
4 Па ( м610 minus=λ )
96 Знайти залежність середнього числа зіткнень молекул z ідеального
газу від тиску р в наступних процесах 1) ізохорному
2)ізотермічному Зобразити ці залежності на графіках
( pzpz asympasymp )2)1 )
97 У посудині знаходиться вуглекислий газ густина якого 321012 мкгminussdot=ρ середня довжина вільного пробігу його
молекул при цих умовах дорівнює см61097 minussdot=λ Знайти
діаметр молекул вуглекислого газу ( d =35sdot 10 -10
м )
37
98 Знайти діаметр молекули кисню якщо відомо що для кисню
коефіцієнт внутрішнього тертя при 0ordm С дорівнює
сПа sdotsdot= minus610818η ( d = 3middot10
-10 м)
99 Знайти динамічну вrsquoязкість азоту при нормальних умовах якщо
коефіцієнт дифузії для нього при цих умовах дорівнює
сcм21420 (η = 178sdot10-5 Паsdotс)
100 Знайти коефіцієнт теплопровідності водню якщо його
динамічна вrsquoязкість при таких самих умовах рівна смкПа sdot68
(0090 ВтмmiddotК)
101 Коефіцієнт дифузії і динамічної вrsquoязкість кисню дорівнюють
см2510221
minussdot та сПа sdotsdot= minus510951η відповідно Знайти при
цих умовах 1) густину кисню 2) середню довжину вільного
пробігу його молекул і 3) середню арифметичну швидкість його
молекул ( 1) 16 кгм3 2) 835sdot10
-8 м 3) 440 мс)
102 Знайти залежність коефіцієнта теплопровідності κ газу від
температури Т в умовах ізобарного та ізохорного процесів
Зобразити ці залежності графічно (1 κ~ Т 2 κ~ Т )
103 Зайти коефіцієнт дифузії при нормальних умовах 1)гелію
2)кисню ( 1) сcм2720 2) сcм2180 )
104 Коефіцієнт дифузії D кисню при температурі t=0ordmС дорівнює
019 см2с Визначити середню довжину вільного пробігу λ
молекул кисню ( λ =135 нм)
105 Визначити залежність коефіцієнта дифузії D ідеального газу від
температури при наступних процесах 1)ізобарному
2)ізохорному ( 1) D~ 3Т 2) D~ Т )
106 Визначити залежність динамічної вrsquoязкості η від температури Т
при наступних процесах 1)ізобарному 2) ізохорному Зобразити
ці залежності на графіках ( 1) η ~ Т 2) η ~ Т )
107 Знайти коефіцієнт дифузії та коефіцієнт внутрішнього тертя
повітря при тиску 760 мм рт ст і температурі 10ordmС Діаметр
молекули повітря прийняти 3middot10-1 м
(148middot10-5 м
2с 185middot10
- 5 Паsdotс)
108 У скільки разів коефіцієнт внутрішнього тертя кисню більший за
коефіцієнт внутрішнього тертя азоту Температура газів
однакова (107)
38
109 Знайти коефіцієнт теплопровідності повітря при температурі
10ordmС і тиску 105 Па Діаметр молекули повітря прийняти рівним
3middot10-8 см (132middot10
-3 ВтмmiddotК)
110 Знайти залежність коефіцієнта теплопровідностіκ від тиску р
при наступних процесах 1)ізотермічному 2)ізохоричному
Зобразити ці залежності на графіках
( 1) Не залежить 2) κ ~ р )
Таблиця для самостійної роботи
Варіанти
завдань
Номери задач
1 1 11 35 45 60 73 85 97
2 2 12 36 46 61 74 86 98
3 3 13 37 47 62 75 87 99
4 4 14 38 48 63 76 88 100
5 5 15 39 49 64 77 89 103
6 6 16 40 50 65 80 92 104
7 7 17 41 51 66 81 93 105
8 8 18 42 52 67 82 94 106
9 9 19 43 53 68 83 95 107
10 10 20 44 54 69 84 96 108
Задачі для усного розвrsquoязування
111 Під час накачування повітря в гумову камеру одночасно
збільшується його обrsquoєм і тиск Чи не суперечить це закону Бойля -
Маріотта
112 Чому влітку шини коліс автомобілів накачують повітрям до
меншого тиску ніж взимку
113 Якої форми необхідно взяти посудину щоб сила тиску на дно
дорівнювала вазі рідини Була більша Менша ваги рідини
39
114 У посудині наповненій до краю водою плаває кусок льоду Чи
виллється вода з посудини коли лід розтане
115 Дві кульки ndash мідна та алюмінієва зрівноважені на пружинних
терезах Чи порушиться рівновага терезів якщо кульки упустити у
воду
116 Чи можна перелити воду з однієї склянки в іншу знаходячись в
кабіні штучного супутника Землі
117 Повітря складається з азоту кисню та інших газів Чи однакова
кінетична енергія поступального руху молекул цих газів при даній
температурі
118 Якими способами можна змінити внутрішню енергію тіла
119 В якому випадку зміна тиску газу буде більшою при адіабатній
чи ізотермічній зміні обrsquoєму
120 Чому ізотермічне розширення газу відбувається тільки внаслідок
підведення до нього деякої кількості теплоти
121 Чому в дизелі нема потреби запалювати пальну суміш
електричною іскрою як це робиться в інших двигунах
122 Під час роботи пневматичний молот що працює за рахунок
енергії стиснутого повітря зовні обмерзає Яка причина охолодження
123 Після сильного шторму вода в морі стає теплішою Чому
124 Деяку масу ідеального газу нагрівають на однакову кількість
градусів один раз при сталому тиску а другий раз при сталому обrsquoємі
В якому випадку потрібна більша кількість теплоти Чому
125 Чому вода на дні океану залишається холодною в той час як по
мірі просування в глибину Землі на кожні 100 м температура
збільшується приблизно на 3deg
40
126 Чи може теплова машина мати ККД=100 якщо працюватиме за
ідеальним циклом
127 Чи можна створити умови за яких внутрішня енергія переходила
б від тіл з нижчою температурою до тіл з вищою температурою
128 Чи охолоне повітря в кімнаті якщо відчинити двері домашнього
холодильника ввімкнутого в мережу
129 Чому температура пари яка надходить у парову турбіну нижча
за температуру пари що виходить з неї
130 Накреслити криві ізобарного ізохорного ізотермічного процесів
на діаграмах залежності V T P T P V
131 Як пояснити утворення роси і туману
132 Коли і чому на дроті лінії електропередач зrsquoявляється іній
133 Обrsquoєм посудини в якій міститься насичена пара ізотермічно
збільшили в 5 разів Що сталося з тиском пари
134 Чому туман зrsquoявляється в вечірній час а зранку зникає
135 Чому після дощу стає холодніше Пояснити це явище
4 Довідкові дані
Фундаментальні фізичні сталі
Гравітаційна стала 221110676 кгмНG sdotsdot= minus
Прискорення вільного падіння 2см819=g
Стала Авогадро 12310026 minussdot= мольN A
Стала Больцмана КДжk2310381 minussdot=
Стала Лошмідта 3250 10692 minussdot= мn
Газова стала КмольДжR sdot= 3148
41
Молярний обrsquoєм ідеального газу
при ну мольмV
330 1041322 minussdot=
Густина деяких речовин
Речов
ина ρsdot10
3 (кгм
3) Речовина ρsdot10
3
(кгм3)
мідь 86 вода 100
залізо 79 гліцерин 126
свине
ць
113 касторове
масло
089
ртуть 136 повітря 000129
Молярні маси деяких речовин
Речовин
а
Молекул
а
micro10- 3
кгмоль Речовина
Молекул
а
micro10-3
кгмоль
Азот N2 28 Гелій Hе 4
Аргон Ar 40 Кисень О2 32
Неон Ne 20 Повітря - 29
Вода H2O 18 Ртуть Hg 201
Водень H2 2 Кухонна
сіль NaCl 58
Вуглекг CO2 44
Нормальні умови
КT 2730 = атмстртммПаp 176010011 50 ==sdot=
Питомі теплоємності для деяких речовин
Сталь КкгДжc sdot= 460
Свинець КкгДжс sdot= 126
Питома теплота плавлення свинцю КкгДж sdotsdot= 410262λ
42
Символи і відносні атомні маси деяких хімічних елементів
H He C N O Cu K Li Na
1 4 12 14 16 64 39 6 23
Деякі параметри води
питома теплота пароутворення при 100degС ndash кгМДжr 262=
питома теплоємність ndash КкгкДжс sdot= 194
питома теплота плавлення при 0degС ndash кгДж510353 sdot=λ
43
Критичні параметри
Елемент КкрT
МПакрp
азот 12
6
34
кисень 15
4
507
Ефективні діаметри молекул
Елем
ент
нмσ
азот 03
0
гелій 02
0
Префікси для утворення кратних одиниць
Префікс Позначення Числове
значення Префікс Позначення
Числове
значення
тера Т T 1012
піко п p 10-12
гіга Г G 109 нано н n 10
-9
мега М M 106 мікро мк micro 10
-6
кіло к k 103 мілі м m 10
-3
Одиниці довжини обrsquoєму тиску концентрації кількості
теплоти коефіцієнта дифузії використані в задачах (в СІ) 333 10111 мдмл minussdot== Нкгс 891 = Джкал 1941 =
мдм 1101 minus= мсм 2101 minus= 363 101 мсм minus= 363 101 мсм =minus
Памкгс 891 2 = ПаабомНсмкгс 242 10891 sdot=
Паммкгс 62 10891 sdot= Паатм 5100111 sdot= (фізична атмосфера)
44
Паат 5109801 sdot= (технічна атмосфера) смссм 101 242 minus=
45
Одиниці в яких вимірюються деякі фізичні величини (в СІ)
Робота енергія ЕА Дж
Кількість теплоти Q Дж
Потужність P або N Джс=Вт
Тиск р Па=Нм2
Молярна маса micro кгмоль
Концентрація п м-3
Теплоємність питома с ДжкгmiddotК
Теплоємність молярна С ДжмольmiddotК
Поверхневий натяг α Нм
Динамічна вrsquoязкість η Паmiddotс=Нmiddotсм2=кгмmiddotс
Коефіцієнт дифузії D м2с
Коефіцієнт теплопровідності κ ВтмmiddotК
Приріст ентропії S∆ ДжК
Сталі Ван-дер-Ваальса а та b Нmiddotм4моль
2 та м
3моль
5Література
1 Загальна фізика за редакцією Ковалець МО Орленка ВФ
Частина1 Інтерактивний комплекс навчально-методичного
забезпечення Рівне 2009
2 Волькенштейн ВС Сборник задач по общему курсу физики- М
ldquoНаукаrdquo1985-1989
3 Иродов ИЕ Задачи по общей физике-МrdquoНаукаrdquo 1982
4 Савельев ИВ Сборник вопросов и задач по общей физике-
МldquoНаукаrdquo1982
5 Чертов АГВоробьев АА Федоров МВ Задачник по физике -М
ldquoВысшая школаrdquo1988
6 Х Кухлинг Справочник по физике-М ldquoМирrdquo1985
18
Проаналізуємо отримані результати 21 QQ gt - це означає що лід
нагріється до Cdeg0 але 321 QQQ +lt (33400lt34680 Дж) - це означає
що не весь лід розтане Тому кінцева температура буде
Cdeg0
Відповідь t= Cdeg0
Приклад 11 Треба стиснути повітря від обrsquoєму 32101 мminussdot до
обrsquoєму 33102 мminussdot Як вигідніше його стискувати адіабатно чи
ізотермічно
Розвrsquoязання
Порівняємо роботу при заданих процесах У
випадку адіабатного процесу
TRi
Аад ∆minus=2
ν
де ν ndash кількість речовини i ndash число ступенів
вільності молекули R ndash універсальна газова стала
T∆ ndash приріст температури ( )12 TTT minus=∆
Скористаємося рівнянням Пуассона
const1 =minusγTV
і виразимо зміну температури через зміну обrsquoєму 1
221
11minusminus = γγ
VTVT
або
1
2
112
minus
=
γ
V
VTT або
minus
=∆
minus
1
1
2
11
γ
V
VTT
Врахуємо що показник адіабати i
i 2+=γ
тобто i21 =minusγ Тоді
minus
minus=
minus1
2
11 11
γ
γ
ν
V
VRTАад
У випадку ізотермічного процесу 1
21 ln
V
VRTАіз ν=
Дано 32
1 101 мVminussdot=
332 102 мV
minussdot=
із
ад
А
А
19
Тепер
1
2
1
2
1
ln
1
1
1
V
V
V
V
А
А
із
ад
minus
minus
minus=
γ
γ
Підставимо числові значення для повітря 41=γ
41
101
102ln
102
1011
141
1
3
2
141
3
2
=
sdot
sdot
sdot
sdotminus
minus=
minus
minus
minus
minus
minus
із
ад
А
А
Відповідь вигідніше стискувати ізотермічно
Приклад 12 В циліндрі під поршнем знаходиться водень масою
002 кг при температурі 300 К Водень спочатку розширився
адіабатно збільшивши свій обrsquoєм у 5 разів а потім був стиснутий
ізотермічно до попереднього обrsquoєму Знайти температуру в кінці
адіабатного процесу і роботу виконану газом під час цих процесів
Зобразити процеси графічно
Розвrsquoязання
Температура і обrsquoєм газу в адіабатному
процесі повrsquoязані рівнянням адіабати 1
2
1
1
2
minus
=
γ
V
V
Т
Т (1)
де i
i 2+=γ ndash показник адіабати
Для водню показник адіабати дорівнює
415
25=
+=γ
Згідно формули (1) γminus
=
1
1
212
V
VТТ
Роботу в адіабатному та ізотермічному
процесах знайдемо скориставшись відповідними формулами
Дано
М = 002 кг
micro = 2middot10ndash3
молькг
і = 5
V2 = 5V1
V3 = V1
Т1 = 300 К
КмольДжR sdot= 318
Т2 А1ndash2 А2ndash3
р
V V1 V2
1
Адіабата
Ізотерма 2
3
20
( ) ( )22
211221 ТТRіM
ТТRіM
А minussdot=minussdotminus=minusmicromicro
2
12
2
3232 lnln
V
VRT
M
V
VRT
MА
micromicro==minus
1585300 402 =sdot= minusТ К
4
321 10982)157300(3182
5
102
020sdot=minussdotsdotsdot
sdot=
minusminusА Дж
4
332 10125
1ln157318
102
020sdotminus=sdotsdot
sdot=
minusminusА Дж
Відповідь Т = 158 К А1-2 = 298middot104 Дж А2-3 = ndash21middot10
4 Дж Графік
процесів показано на малюнку
Приклад 13 Нагрівник теплової машини що працює за циклом
Карно має температуру Ct deg= 2001 Визначити температуру 2T
холодильника якщо при надходженні від нагрівника кількості
теплоти ДжQ 011 = машина виконує роботу ДжA 400=
Розвrsquoязання
За означенням ККД теплової машини
1Q
A=η
а для циклу Карно 1
21
T
TT minus=η
Прирівнявши праві частини виписаних співвідношень
Маємо 1
21
1 T
TT
Q
A minus=
Звідки
minus=
112 1
Q
ATT
Підставимо числові значення KT 4731 =
КT 28001
40014732 =
minus=
Дано
Ct deg= 2001 ДжQ 011 =
ДжA 400=
2T
21
Відповідь KT 2802 =
Приклад 14 Знайти витрату бензину автомобіля на S=1 км шляху
при швидкості годкм 60=υ Потужність двигуна 17 кВт ККД
двигуна 30=η питома теплота згоряння бензину q=45middot106 Джкг
Розвrsquoязання
При згорянні палива виділяється теплота
mqQ sdot=
ККД двигуна Q
Aкор=η Отже
qmQAкор ηη == З другої сторони з
врахуванням потужності υ
SNtNА sdot=sdot=
Прирівнявши ці два вирази отримаємо
q
NSm
ηυ=
Підставимо числові значення
кгт 08045middot1071630
1010176
33
asympsdotsdot
sdotsdot=
Відповідь m = 008 кг
Приклад 15 Ідеальний двоатомний газ здійснює цикл який
складається з двох ізотерм і двох ізохор При цьому найбільша
температура газу 500 К найменша ndash 300 К найбільший обrsquoєм 12 л
найменший ndash 3 л Знайти ККД циклу
Розвrsquoязання
Дано
мкмS3101 ==
смгодкм 71660 ==υ
ВтN31017 sdot=
3030 == ηη
кгДжq 1045 6sdot=
minusт
Дано
5=і
КТ 5001 =
КТ 3002 =
22
p 1
4
T1
T2
2
3
V1 V2 V
ККД циклу Q
А=η
де A - робота виконана газом Q - теплота
отримана газом Розглянемо ізопроцеси При
ізотермічних процесах 0=∆U оскільки
температура не змінюється З першого закону
термодинаміки ( AUQ +∆= ) випливає що в
цьому випадку вся отримана газом теплота
йде на виконання роботи AQ =
Для процесу 1rarr2 маємо
01
211121
2
1
2
1
gt==== intintrarrV
VnRT
m
V
dVRT
mpdVAQ
V
V
V
V
lmicromicro
де тиск V
RTт
р1
1 sdot=micro
Для процесу 3rarr4 маємо
01
222243
2
1
1
2
ltminus=minus=== intintrarrV
VnRT
m
V
dVRT
mpdVAQ
V
V
V
V
lmicromicro
- газ віддає
теплоту
Для ізохорних процесів обrsquoєм не змінюється тому 0=А З першого
закону термодинаміки TRmi
UQ ∆=∆=micro2
Для процесу 2rarr3 маємо
( ) ( ) 022
211232 ltminusminus=minus=rarr TTRmi
TTRmi
Qmicromicro
- газ віддає теплоту
Для процесу 4rarr1 маємо ( ) 02
2114 gtminus=rarr TTRmi
Qmicro
Отже газ виконав роботу ( )211
221 TT
V
VnR
mAAA minus=+= l
micro
Газ отримав теплоту ( )
minus+=+= rarrrarr 21
1
211421
2TT
i
V
VnTR
mQQQ l
micro
Тоді ККД цикла
331 1033 млV
minussdot==
332 101212 млV
minussdot==
minusη
23
( )
( )
( )
( )211
21
211
2
211
21
211
2
22TT
i
V
VnT
TTV
Vn
TTi
V
VnTR
m
TTV
VnR
m
Q
А
minus+
minus
=
minus+
minus
==
l
l
l
l
micro
microη
( )
( )23230
3005002
5
103
1012500
300500103
1012
3
3
3
3
=rArr=
minus+sdot
sdotsdot
minussdot
sdot
=
minus
minus
minus
minus
ηη
n
n
l
l
( 386169302224 =sdot== nn ll )
Відповідь 23=η
Приклад 16 Знайти приріст ентропії при перетворенні 1 г води з
температурою 0degС в пару при 100degС
Розвrsquoязання
Зміна ентропії у випадку оборотного
термодинамічного процесу
int=∆B
AT
QS
δ
де Qδ ndash елементарна кількість теплоти T ndash абсолютна
температура A та B ndash формальні позначення
вихідного і кінцевого стану системи
Розібrsquoємо інтеграл у правій частині виписаної формули на два
доданки що відповідають двом процесам заданим в умові
intint +equiv∆+∆=∆B
C
C
AT
Q
T
QSSS
δδ21
де 1S∆ ndash приріст ентропії при нагріванні води від температури 1T до
температури 2T 2S∆ ndash приріст ентропії при випаровуванні ( 2T за
умовою задачі ndash температура кипіння води)
У першому доданку
cmdTQ =δ
де c ndash питома теплоємність води У другому доданку const2 =T а
Дано
гm 1=
OH2 Ct deg= 01
Ct deg= 1002 S∆
24
rmQQ
B
C
==intδ
де r ndash питома теплота пароутворення Маємо
+=+=∆ intint
21
2
2
ln12
1T
r
T
TcmQ
TT
dTcmS
B
C
T
T
δ
КкгДжс sdotsdot= 310194 кгДжr510622 sdot= кгm
3101 minussdot=
КT 2731 = КT 3732 =
КДжS 47373
10622
273
373ln10194101
533 =
sdot+sdotsdot=∆ minus
Відповідь КДжS 47=∆
Приклад 17 105 г азоту ізотермічно розширюються від обrsquoєму
лV 21 = до обrsquoєму лV 52 = Знайти приріст ентропії при цьому
процесі
Розвrsquoязання
При ізотермічному процесі Т=const
отже зміна внутрішньої енергії 0=dU
Тоді з першого закону термодинаміки
маємо AQ δδ =
Елементарна робота з врахуванням виразу
для тиску р з рівняння Менделєєва-
Клапейрона V
dVRT
mрdVА
microδ ==
Зміна ентропії в оборотному термодинамічному процесі int=∆B
AT
QS
δ
В нашому випадку 1
22
1
V
VnR
m
TV
TdVR
m
T
АS
V
V
B
A
lmicromicro
δ===∆ intint
молькг 1028 3minussdot=micro - молярна маса азота
Підставимо числові значення
Дано
кггт 310510510 minussdot==
лV 21 =
лV 52 =
constТ =
minus∆S
25
КДжnS 922
5318
1028
10510
3
3
=sdotsdotsdot
sdot=∆
minus
minus
l
Відповідь КДжS 92=∆
Приклад 18 Два кіломолі триатомного газу адіабатно
розширюються в пустоту від 31 1мV = до 3
2 5мV = Температура газу
при цьому зменшується на 15 К Знайти за цими даними постійну laquoаraquo
з рівняння Ван-дер-Ваальса
Розвrsquoязання
Перше начало термодинаміки для адіабатного
процесу має вигляд dUA minus=δ де А ndash робота газу
проти зовнішніх сил U ndash внутрішня енергія За
умовою задачі зовнішнього тиску немає
(розширення в пустоту)
тому 0== dVpAδ
В підсумку маємо що 0=dU
Зміна внутрішньої енергії має дві складові
dTCVν що не залежить від зміни обrsquoєму та
( )VdU що залежить від обrsquoєму Остання складова
рівна роботі сили міжмолекулярного притягання
котра спричинює додатковий внутрішній тиск
2
20
V
aP ν=
( ) dVV
adVPVdU
2
20 ν==
Повна зміна внутрішньої енергії газу
02
2 =+ dVV
adTCV νν
Дано
моль3102 sdot=ν
6=i 0=Qδ
Паp 0=
31 1 мV =
32 5 мV =
KT 15minus=∆
a
26
Звідки dVCV
adT
V2
νminus=
Проінтегруємо останнє співвідношення
int int
minus=minus=
2
1
2
1
122
11T
T
V
V VV VVC
a
V
dV
C
adT νν
тобто
minus=∆
12
112
VViR
aT ν
оскільки молярна теплоємність при постійному обrsquoємі Ri
CV2
=
(і ndash число ступенів вільності R ndash універсальна газова стала)
Тепер маємо
( )21
21
2 VV
VTViRa
minus
∆=
ν
( )
( ) 2
4
3230
511022
51153186
моль
мНa
sdot=
minussdotsdot
sdotsdotminussdotsdot=
Відповідь 2
4
230моль
мН sdot=α
3 Задачі для самостійного розвrsquoязування
Вказівки до розвrsquoязування задач
1 В задачах на теплоту складають рівняння теплового балансу сума
теплоти що виділяється при певних процесах дорівнює сумі теплоти
що поглинається при інших процесах
2 В задачах про лід потрібно спочатку зrsquoясувати (кількісними
підрахунками) чи розтане весь лід якщо про це не сказано в умові
Якщо розтане не весь лід то кінцева температура дорівнюватиме 0ordmС
31 Молекулярна фізика
27
Рівняння стану ідеального газу
1 Балон місткістю 12 л заповнений азотом при тиску 81МПа і
температурі 17degС Знайти масу азоту (113 кг)
2 Яким може бути найменший обrsquoєм балона що містить 64 кг
кисню якщо його стінка при температурі 20degС витримує тиск
160 кгссм2 (32middot10
1 м
3)
3 До якої температури потрібно нагріти ідеальний газ щоб його
густина зменшилася у два рази порівняно з густиною цього газу
при Ct deg= 00 (Т=2Т0=546 К)
4 5 г азоту що знаходиться в закритій посудині місткістю 4 л при
температурі 20degС нагрівають до температури 40degС Знайти тиск
газу до і після нагрівання (р1=108middot105Па р2=116middot10
5Па)
5 Знайти густину водню при температурі 15degС і тиску 730 мм ртст
( 30810 мкг=ρ )
6 Густина деякого газу при температурі 10degС і тиску 2sdot105Па
дорівнює 034 3мкг Чому дорівнює маса одного кіломоля цього
газу ( молькг3104
minussdot=micro )
7 10 г кисню знаходяться під тиском 3 атм при температурі 10degС
Після розширення внаслідок нагрівання при постійному тиску
кисень зайняв обrsquoєм 10 л Знайти 1) обrsquoєм газу до розширення 2)
густину газу до розширення 3) температуру газу після
розширення 4) густину газу після розширення
( 331 1042)1 мV
minussdot= 2) 31 144 мкг=ρ 3) Т2=1170 К 4) 3
2 1 мкг=ρ )
8 6 г вуглекислого газу ( )2CO і 5 г закису азоту ( )ON2 заповнюють
посудину місткістю 2 дм3 Який загальний тиск у посудині при
температурі 127degС (415middot105Па)
9 Яка кількість речовини є в газовому балоні обrsquoємом 2 л при тиску
1013 МПа і температурі 10degС (86 моль)
10 Балон для газового зварювання місткістю 20 л був заповнений
киснем при температурі 15degС Коли частину кисню витратили
тиск у балоні знизився на 5065 кПа Скільки кисню було
витрачено ( кгm 1350=∆ )
11 Температура повітря в посудині обrsquoємом 5 л становить 27degС його
тиск 2026 МПа Визначити масу повітря яке потрібно випустити з
посудини щоб тиск у ній знизився до 1013 МПа ( кгm 0590=∆ )
28
12 Визначити густину повітря в камері шин автомобіля ВАЗ 2110
якщо тиск у камері 018 МПа (надлишковий) а температура 20degС
( 3353 кгм=ρ )
13 Знайти густину суміші 10-2 кг вуглекислого газу і 15sdot10
- 2 кг азоту
при температурі 300 К і тиску 015 МПа ( 3981 кгм=ρ )
14 Знайти молярну масу суміші що утворилася з 38sdot10-3 кг кисню і
22sdot10-2 кг вуглекислого газу ( кгмоль2104 minussdot=micro )
15 Накреслити графіки ізотермічного ізобарного та ізохорного
процесів в ідеальному газі у системах координат р V p T V T
Порівняти ці графіки
16 На рис1 зображено графік зміни стану ідеального газу в
координатах V T Виразити ці процеси графічно в координатах p V
та p T Назвати ці процеси
17 Зміна стану ідеального газу сталої маси зображена на рис2 В т1
температура газу Т0 Визначити температуру газу в т234
(Т2=3Т0 Т3=6Т0 Т4=2Т0)
18 Який обrsquoєм займає суміш газів ndash азоту масою кгm 11 = і гелію
масою кгm 12 = ndash при нормальних умовах (64 м3)
19 Скільки молекул міститься в 1 г водяної пари (33sdot1022
)
20 Скільки молекул буде знаходитися в 1 см3 посудини при 10degС
якщо посудину підкачано до ртстммp11101 minussdot= (34sdot10
5)
21 У балоні місткістю лV 3= знаходиться кисень масою 4 г
Визначити кількість речовини ν газу і концентрацію n його
молекул (ν =0125 моль n=251sdot1025м
-3)
Рис 1 Рис 2
29
22 У балоні було 10 кг газу при тиску 10 МПа Знайти яку масу газу
взяли з балона якщо тиск став рівним 25 МПа Температуру
вважати постійною (75 кг)
23 Балони місткістю лV 201 = і лV 442 = заповнені газом Тиск у
першому балоні МПаp 421 = у другому ndash МПаp 612 =
Визначити загальний тиск p після сполучення балонів якщо
температура газу залишилася попередньою (076 МПа)
24 Газ в кількості m=16 г при тиску р=106 Нм
2 і температурі t=112degС
займає обrsquoєм V=1600 см3 Визначити який це газ (кисень)
25 При якому тиску р густина ρ газоподібного азоту що має
температуру t= - 73degС складає 04 густини води кімнатної
температури 33
010 кгмρ = ( 271042 Нмр sdot= )
26 Відкрита посудина нагріта до температури t2=450degС Яка частина
маси повітря залишилась в ній в порівнянні з тією кількістю яка
була при t1=27degС Розширенням посудини знехтувати
(m2m1=0415)
27 10 г кисню знаходяться під тиском 0303 мкПа при температурі
10degС Після розширення внаслідок нагрівання при постійному
тиску кисень зайняв обrsquoєм 10 л Знайти обrsquoєм газу до розширення і
температуру газу після розширення (V1=24sdot10-3 м
3 Т2=118sdot10
3 К)
28 Скільки молекул повітря буде знаходитись в 1 см3 посудині при
10degС якщо повітря в посудині відкачане до тиску 133 мкПа
(34sdot108)
29 У 1 кг сухого повітря знаходиться m1=232 г кисню і m2=768 г
азоту Знайти відносну молярну масу повітря (microсм=288 кгмоль
microвідн=288 кгмоль)
30 У скільки разів вага повітря взимку (7 0
С) більша за його вагу
влітку (37 0 С) Тиск однаковий (11 рази)
31 У відкритій посудині при Ct0
1 20= є повітря гm 1501 = На яку
величину m∆ зменшиться маса повітря в посудині при нагріванні
її до Ct0
1 100= Зміною розмірів посудини при нагріванні
знехтувати ( m∆ =322 г)
32 У посудині знаходиться суміш 10 г вуглекислого газу і 15 г азоту
Знайти густину цієї суміші при температурі 27 0
С і тиску
15sdot10 5 Па ( 3981 мкг=ρ )
33 Знайти масу атома 1)водню 2) гелію
30
( )(10656)(10671 2727 геліюкгmводнюкгmminusminus sdot=sdot= )
34 Визначити концентрацію n молекул ідеального газу при
температурі Т= 300 К і тиску р =1 МПа ( n=224sdot10 17 м
-3)
Основне рівняння молекулярно-кінетичної теорії газів
швидкості молекул
35 Тиск p газу дорівнює 1 мПа концентрація n його молекул рівна
310101 minussdot см Визначити 1) температуру Т газу 2) середню
кінетичну енергію ( )1кЕ поступального руху молекули
( 1) Т=725 кК 2) ( )1кЕ =15sdot10
-19 Дж)
36 Молекула кисню при нормальних умовах рухається зі швидкістю
425 мс Визначити кінетичну енергію молекули
( ( )1кЕ =48sdot10
-21Дж)
37 Визначити кінетичну енергію поступального руху молекули
аміаку а також повну кінетичну енергію молекул одного моля
аміаку при температурі 373 К ( ( )1кЕ =773sdot10
-21Дж Еk=932 Дж)
38 Визначити сумарну кінетичну енергію теплового руху всіх
молекул кисню (О2) що займають обrsquoєм V=55sdot10-3 м
3 при тиску
р=2026 кПа (Еk=279 кДж)
39 Густина деякого газу 3060 мкгρ = середня квадратична
швидкість його молекул смкв 500=υ Знайти тиск газу на стінки
посудини (5 кПа)
40 Газ займає обrsquoєм лV 1= під тиском атмр 2= Визначити
кінетичну енергію kE поступального руху всіх молекул в даному
обrsquoємі (03 кДж)
41 Кількість речовини деякого газу моль51=ν температура
КТ 120= Визначити кінетичну енергію kE поступального руху
всіх молекул цього газу (73 кДж)
31
42 При якій температурі середня кінетична енергія ( )1кЕ
поступального руху молекули газу рівна Дж2110144 minussdot
(200 К)
43 Посудина зі внутрішнім обrsquoємом лV 4= містить гm 60=
деякого газу під тиском атмр 2= Визначити середню
квадратичну швидкість молекул газу (2 103
см )
43 Середня квадратична швидкість руху молекул деякого газу що
перебуває під тиском 50 кПа дорівнює 449 мс Визначити
густину газу при цих умовах ( 37440 мкг=ρ )
44 При якій температурі середня квадратична швидкість молекул
кисню дорівнює швидкості молекул азоту при температурі 373 К
(Т = 426 К)
46 Знайти середню арифметичну швидкість молекул газу коли
відомо що середня квадратична швидкість 400 мс
( см370=υ )
47 Знайти найбільш імовірну та середню арифметичну швидкості
молекул газу густина якого при тиску 40 кПа дорівнює 03 кгм3
( імυ = 5164 мс υ = 6324 мс)
48 Знайти середню квадратичну швидкість молекул повітря при
температурі 17deg С Повітря вважати однорідним газом з молярною
масою 29sdot10-3 кгмоль ( 500=квυ мс)
49 Визначити середню квадратичну швидкість квυ молекул газу
масою гm 30= що знаходиться в посудині місткістю лV 2= під
тиском кПаp 200= (2sdot10 3 мс)
50 Знайти відношення середніх квадратичних швидкостей молекул
гелію та азоту при однакових температурах (265)
51 Знайти середню квадратичну квυ середню арифметичну υ та
найімовірнішу імυ швидкості молекул водню Обчислення
виконати для трьох значень температури 1) КТ 20=
2) КТ 300= 3) КТ 5000= ( 1) 500 мс 462мс 407 мс
2) 194 кмс 179 кмс 158 кмс 3) 790 кмс 730 кмс 648 кмс)
52 При якій температурі Т середня квадратична швидкість атомів
гелію буде дорівнювати другій космічній швидкості
скм2112 =υ (201 кК)
32
53 Знайти середню арифметичну швидкість υ молекул газу якщо їх
середня квадратична швидкість скмкв 1=υ (092 кмс)
54 Кінетична енергія поступального руху молекул азоту що
знаходиться в обrsquoємі 20 дм3 дорівнює 5 кДж а середня
квадратична швидкість його молекул рівна 2 кмс Знайти 1) масу
азоту в балоні 2) тиск під яким знаходиться азот
( 1) т=25sdot103 кг 2) р=167sdot10
5 Па)
55 Посудина що містить деяку масу одноатомного газу рухається зі
швидкістю u На скільки збільшиться середній квадрат швидкості
теплового руху молекул при зупинці посудини Теплоємність
теплопровідність і маса стінок посудини зникаюче малі
56 Обчислити кількість теплоти що необхідна для нагрівання повітря
від Т1= 273 К до Т2= 303 К при сталому тиску якщо спочатку воно
перебувало при нормальному тиску р1 і мало обrsquoєм V1=50 м3
(∆Q=1948 кДж)
57 Яка кількість теплоти необхідна для нагрівання одного моля
одноатомного газу на 1 К при сталому обrsquoємі (∆Q=124 кДж)
58 Балон місткістю 2sdot10-2
м3 з киснем що має тиск 1013 МПа і
температуру 280 К нагрівають до 300 К Яку кількість теплоти
дістає при цьому газ (∆Q=35 кДж)
59 Визначити кількість теплоти (∆Q) що необхідна для нагрівання
повітря від Т1= 273 К до Т2=298 К при сталому обrsquoємі V1=30 м3
якщо початковий тиск повітря р1 був нормальний
(∆Q=6957 кДж)
32 Термодинаміка Реальні гази
Внутрішня енергія робота розширення газу
перше начало термодинаміки
60 Чому дорівнює енергія теплового руху молекул двоатомного газу
що знаходиться в посудині місткістю 2 л під тиском 015 МПа
(U=750 Дж)
61 10 г кисню знаходяться під тиском 03 МПа при температурі 10degС
Після нагрівання при постійному тиску газ зайняв обrsquoєм 10 л
Знайти 1) кількість теплоти одержаної газом 2) зміну
33
внутрішньої енергії газу 3) роботу виконану газом при
розширенні ( 1) 792sdot103Дж 2) 5660 Дж 3) 226sdot10
3 Дж)
62 2 кмолі вуглекислого газу нагріваються при постійному тиску на
50degС Знайти 1) зміну його внутрішньої енергії 2) роботу
розширення 3) кількість теплоти наданої газу
( 1) 2500 Дж 2) 830 кДж 3) 3300 кДж)
63 Газ що займав обrsquoєм 5 л і знаходився під тиском 02 МПа при
температурі 17degС було нагріто внаслідок чого він ізобарно
розширився Робота розширення газу при цьому виявилася рівною
196 Дж Наскільки нагріто газ (57 К)
64 При ізотермічному розширенні 10 г азоту що знаходиться при
температурі 17degС було виконано роботу 860 Дж У скільки разів
змінився тиск азоту при розширенні (272)
65 1л гелію котрий знаходиться при нормальних умовах ізотермічно
розширюється за рахунок одержаної ззовні теплоти до обrsquoєму 2 л
Знайти 1) роботу виконану газом при розширенні 2) кількість
наданої газу теплоти ( 1) 70 Дж 2) 70 Дж )
66 1 кг двоатомного газу знаходиться під тиском 80 кПа і має
густину 34 мкг=ρ Знайти енергію теплового руху молекул газу
при цих умовах (5sdot104Дж)
67 У посудину в котрій міститься 28 л води при температурі 20degС
вкинули нагрітий до 460degС кусок сталі що має масу 3кг Від цього
вода в посудині нагрілася до 60degС а частина її перетворилася в
пару Визначити масу води котра випарувалася Теплоємністю
посудини знехтувати
68 Знайти для кисню відношення питомої теплоємності при сталому
тиску до питомої теплоємності при постійному обrsquoємі (14)
69 1 кмоль азоту який знаходився при нормальних умовах
розширюється адіабатно від обrsquoєму 1V до обrsquoєму 12 5VV =
Знайти1) зміну внутрішньої енергії газу 2) роботу виконану при
розширенні ( 1) 269 sdot10 6 Дж 2) 269 sdot10
6 Дж)
70 Повітря що при нормальному атмосферному тиску зайняло обrsquoєм
2sdot10-2
м3 адіабатно стискується до обrsquoєму 2sdot10
-3 м
3 Визначити
тиск повітря після стискання (р=254 МПа)
71 Знайти питомі теплоємності азоту та їхні відношення при сталому
обrsquoємі та сталому тиску ( КкДжкгcV sdot= 7420
КкгкДжcp sdot= 041 )
34
72 Знаючи молярну масу газу ( кгмольmicro 31044 minussdot= ) і відношення
питомих теплоємностей (γ=133) обчислити молярні теплоємності
Ср і СV ( СV=0566 кДжкгsdotК Ср=0754 кДжкгsdotК)
Теплоємність адіабатний процес
73 Різниця питомих теплоємностей Vp cc minus деякого двоатомного газу
дорівнює 260 Джкг К Знайти молярну масу micro газу і його питомі
теплоємності pc та cV
( micro=0032 молькг cV=650 ДжкгmiddotК pc =910 ДжкгmiddotК)
74 Молярна маса деякого газу мольг30=micro відношення
41=Vp cc Знайти питомі теплоємності pc і сV цього газу
( сV=693 ДжкгmiddotК pc =910 ДжкгsdotК )
75 До якої температури охолодиться повітря що знаходиться при
температурі 0degС якщо воно розширюється адіабатно від обrsquoєму 1V
до обrsquoєму 12 2VV = (207 К)
76 Газ розширюється адіабатно при цьому обrsquoєм його збільшується
вдвічі а температура падає в 132 рази Яке число ступенів
вільності мають молекули цього газу (5)
77 Чому дорівнюють питомі теплоємності pc і сV деякого
двоатомного газу якщо густина цього газу при нормальних
умовах дорівнює 143 кгм3 (сV=650 ДжкгmiddotК pc =910 ДжкгmiddotК)
78 Двоатомний газ займає обrsquoєм лV 501 = при тиску атмp 501 =
Газ стискується адіабатно до деякого обrsquoєму 2V і тиску 2p а
потім при постійному обrsquoємі 2V охолоджується до початкової
температури При цьому тиск його стає рівним атмp 10 =
Зобразити описаний процес графічно знайти обrsquoєм 2V і тиск 2p
(025 л 132 атм)
79 Газ розширюється адіабатно так що його тиск спадає від 2 атм
до 1 атм Потім він нагрівається при постійному обrsquoємі до
початкової температури причому його тиск зростає до 122 атм
35
Зобразити описаний процес графічно і визначити відношення
Vp cc газу (14)
Цикл Карно ентропія
80 Ідеальна теплова машина що працює за циклом Карно отримує за
кожний цикл від нагрівника 600 кал теплоти Температура
нагрівника 400 К температура холодильника 300 К Знайти
роботу що виконує машина за один цикл і кількість теплоти
котра віддається холодильнику за один цикл
( А=630 Дж Q2=1880 Дж)
81 Ідеальна теплова машина що працює за циклом Карно 23
теплоти одержаної від нагрівника передає холодильнику з
температурою 10degС Визначити температуру нагрівника (4245 К)
82 Ідеальна теплова машина працює за циклом Карно При цьому
80 теплоти одержаної від нагрівника передається
холодильнику Від нагрівника надходить за цикл 15 ккал теплоти
Знайти 1) ККД циклу 2) роботу виконану за цикл
( 1) 20 2) 126sdot103Дж)
83 Ідеальна теплова машина що працює за циклом Карно виконує
за один цикл роботу 735sdot 10 4 Дж Температура нагрівника 100
0 С
температура холодильника 00 С Знайти1) ККД машини
2) кількість теплоти одержаної машиною за один цикл від
нагрівника 3) кількість теплоти яка віддається за один цикл
холодильнику ( 1) 268 2) 274 sdot10 4 Дж 3) 126 sdot10
4 Дж)
84 Ідеальна теплова машина отримує від нагрівника температура
якого 500 К за один цикл 3360 Дж теплоти Знайти кількість
теплоти що передається за один цикл холодильнику температура
якого 400 К Знайти роботу машини за один цикл
(Q2= 2688 Дж А= 672 Дж)
85 Ідеальна теплова машина що працює за циклом Карно має
температуру нагрівника 600 К а холодильника 500 К У скільки
разів потрібно збільшити абсолютну температуру нагрівника щоб
ККД машини збільшився вдвічі (в 125)
86 Визначити ККД циклу і температуру нагрівника теплової
машини яка працює за циклом Карно якщо за рахунок 2 кДж
теплоти одержаної від нагрівника вона виконує роботу 400 Дж
Температура холодильника 480 К (20 600 К)
36
87 Знайти зміну ентропії при ізотермічному розширенні 6 г водню зі
зменшенням тиску від 01 МПа до 50 кПа (173 ДжК)
88 105 г азоту ізотермічно розширюються від обrsquoєму лV 21 = до
обrsquoєму лV 52 = Знайти приріст ентропії в цьому процесі
(29 ДжК)
89 10 г кисню нагріваються від Ct deg= 501 до Ct deg= 1502 Знайти зміну
ентропії якщо нагрівання відбувається 1) ізохорно 2) ізобарно
( 1) 176 ДжК 2) 246 ДжК )
90 У циклі Карно робочим тілом є двоатомний газ Визначити ККД
циклу якщо при адіабатичному розширенні обrsquoєм газу збільшився
від 80 до 102 дм3 (01 або 10)
91 05 кг розплавленого свинцю при температурі плавлення влили в
лід при 0degС Частина льоду розплавилася Знайти зміну ентропії
(50 ДжК)
Реальні гази явища перенесення
92 Знайти критичний молярний обrsquoєм азоту
93 Розрахувати густину кисню у критичному стані
94 Знайти середню довжину вільного пробігу атомів гелію в умовах
коли густина гелію 321 мг=ρ (18sdot10-6 м)
95 Знайти середню довжину вільного пробігу атомів азоту при
температурі 17 0 С і тиску 10
4 Па ( м610 minus=λ )
96 Знайти залежність середнього числа зіткнень молекул z ідеального
газу від тиску р в наступних процесах 1) ізохорному
2)ізотермічному Зобразити ці залежності на графіках
( pzpz asympasymp )2)1 )
97 У посудині знаходиться вуглекислий газ густина якого 321012 мкгminussdot=ρ середня довжина вільного пробігу його
молекул при цих умовах дорівнює см61097 minussdot=λ Знайти
діаметр молекул вуглекислого газу ( d =35sdot 10 -10
м )
37
98 Знайти діаметр молекули кисню якщо відомо що для кисню
коефіцієнт внутрішнього тертя при 0ordm С дорівнює
сПа sdotsdot= minus610818η ( d = 3middot10
-10 м)
99 Знайти динамічну вrsquoязкість азоту при нормальних умовах якщо
коефіцієнт дифузії для нього при цих умовах дорівнює
сcм21420 (η = 178sdot10-5 Паsdotс)
100 Знайти коефіцієнт теплопровідності водню якщо його
динамічна вrsquoязкість при таких самих умовах рівна смкПа sdot68
(0090 ВтмmiddotК)
101 Коефіцієнт дифузії і динамічної вrsquoязкість кисню дорівнюють
см2510221
minussdot та сПа sdotsdot= minus510951η відповідно Знайти при
цих умовах 1) густину кисню 2) середню довжину вільного
пробігу його молекул і 3) середню арифметичну швидкість його
молекул ( 1) 16 кгм3 2) 835sdot10
-8 м 3) 440 мс)
102 Знайти залежність коефіцієнта теплопровідності κ газу від
температури Т в умовах ізобарного та ізохорного процесів
Зобразити ці залежності графічно (1 κ~ Т 2 κ~ Т )
103 Зайти коефіцієнт дифузії при нормальних умовах 1)гелію
2)кисню ( 1) сcм2720 2) сcм2180 )
104 Коефіцієнт дифузії D кисню при температурі t=0ordmС дорівнює
019 см2с Визначити середню довжину вільного пробігу λ
молекул кисню ( λ =135 нм)
105 Визначити залежність коефіцієнта дифузії D ідеального газу від
температури при наступних процесах 1)ізобарному
2)ізохорному ( 1) D~ 3Т 2) D~ Т )
106 Визначити залежність динамічної вrsquoязкості η від температури Т
при наступних процесах 1)ізобарному 2) ізохорному Зобразити
ці залежності на графіках ( 1) η ~ Т 2) η ~ Т )
107 Знайти коефіцієнт дифузії та коефіцієнт внутрішнього тертя
повітря при тиску 760 мм рт ст і температурі 10ordmС Діаметр
молекули повітря прийняти 3middot10-1 м
(148middot10-5 м
2с 185middot10
- 5 Паsdotс)
108 У скільки разів коефіцієнт внутрішнього тертя кисню більший за
коефіцієнт внутрішнього тертя азоту Температура газів
однакова (107)
38
109 Знайти коефіцієнт теплопровідності повітря при температурі
10ordmС і тиску 105 Па Діаметр молекули повітря прийняти рівним
3middot10-8 см (132middot10
-3 ВтмmiddotК)
110 Знайти залежність коефіцієнта теплопровідностіκ від тиску р
при наступних процесах 1)ізотермічному 2)ізохоричному
Зобразити ці залежності на графіках
( 1) Не залежить 2) κ ~ р )
Таблиця для самостійної роботи
Варіанти
завдань
Номери задач
1 1 11 35 45 60 73 85 97
2 2 12 36 46 61 74 86 98
3 3 13 37 47 62 75 87 99
4 4 14 38 48 63 76 88 100
5 5 15 39 49 64 77 89 103
6 6 16 40 50 65 80 92 104
7 7 17 41 51 66 81 93 105
8 8 18 42 52 67 82 94 106
9 9 19 43 53 68 83 95 107
10 10 20 44 54 69 84 96 108
Задачі для усного розвrsquoязування
111 Під час накачування повітря в гумову камеру одночасно
збільшується його обrsquoєм і тиск Чи не суперечить це закону Бойля -
Маріотта
112 Чому влітку шини коліс автомобілів накачують повітрям до
меншого тиску ніж взимку
113 Якої форми необхідно взяти посудину щоб сила тиску на дно
дорівнювала вазі рідини Була більша Менша ваги рідини
39
114 У посудині наповненій до краю водою плаває кусок льоду Чи
виллється вода з посудини коли лід розтане
115 Дві кульки ndash мідна та алюмінієва зрівноважені на пружинних
терезах Чи порушиться рівновага терезів якщо кульки упустити у
воду
116 Чи можна перелити воду з однієї склянки в іншу знаходячись в
кабіні штучного супутника Землі
117 Повітря складається з азоту кисню та інших газів Чи однакова
кінетична енергія поступального руху молекул цих газів при даній
температурі
118 Якими способами можна змінити внутрішню енергію тіла
119 В якому випадку зміна тиску газу буде більшою при адіабатній
чи ізотермічній зміні обrsquoєму
120 Чому ізотермічне розширення газу відбувається тільки внаслідок
підведення до нього деякої кількості теплоти
121 Чому в дизелі нема потреби запалювати пальну суміш
електричною іскрою як це робиться в інших двигунах
122 Під час роботи пневматичний молот що працює за рахунок
енергії стиснутого повітря зовні обмерзає Яка причина охолодження
123 Після сильного шторму вода в морі стає теплішою Чому
124 Деяку масу ідеального газу нагрівають на однакову кількість
градусів один раз при сталому тиску а другий раз при сталому обrsquoємі
В якому випадку потрібна більша кількість теплоти Чому
125 Чому вода на дні океану залишається холодною в той час як по
мірі просування в глибину Землі на кожні 100 м температура
збільшується приблизно на 3deg
40
126 Чи може теплова машина мати ККД=100 якщо працюватиме за
ідеальним циклом
127 Чи можна створити умови за яких внутрішня енергія переходила
б від тіл з нижчою температурою до тіл з вищою температурою
128 Чи охолоне повітря в кімнаті якщо відчинити двері домашнього
холодильника ввімкнутого в мережу
129 Чому температура пари яка надходить у парову турбіну нижча
за температуру пари що виходить з неї
130 Накреслити криві ізобарного ізохорного ізотермічного процесів
на діаграмах залежності V T P T P V
131 Як пояснити утворення роси і туману
132 Коли і чому на дроті лінії електропередач зrsquoявляється іній
133 Обrsquoєм посудини в якій міститься насичена пара ізотермічно
збільшили в 5 разів Що сталося з тиском пари
134 Чому туман зrsquoявляється в вечірній час а зранку зникає
135 Чому після дощу стає холодніше Пояснити це явище
4 Довідкові дані
Фундаментальні фізичні сталі
Гравітаційна стала 221110676 кгмНG sdotsdot= minus
Прискорення вільного падіння 2см819=g
Стала Авогадро 12310026 minussdot= мольN A
Стала Больцмана КДжk2310381 minussdot=
Стала Лошмідта 3250 10692 minussdot= мn
Газова стала КмольДжR sdot= 3148
41
Молярний обrsquoєм ідеального газу
при ну мольмV
330 1041322 minussdot=
Густина деяких речовин
Речов
ина ρsdot10
3 (кгм
3) Речовина ρsdot10
3
(кгм3)
мідь 86 вода 100
залізо 79 гліцерин 126
свине
ць
113 касторове
масло
089
ртуть 136 повітря 000129
Молярні маси деяких речовин
Речовин
а
Молекул
а
micro10- 3
кгмоль Речовина
Молекул
а
micro10-3
кгмоль
Азот N2 28 Гелій Hе 4
Аргон Ar 40 Кисень О2 32
Неон Ne 20 Повітря - 29
Вода H2O 18 Ртуть Hg 201
Водень H2 2 Кухонна
сіль NaCl 58
Вуглекг CO2 44
Нормальні умови
КT 2730 = атмстртммПаp 176010011 50 ==sdot=
Питомі теплоємності для деяких речовин
Сталь КкгДжc sdot= 460
Свинець КкгДжс sdot= 126
Питома теплота плавлення свинцю КкгДж sdotsdot= 410262λ
42
Символи і відносні атомні маси деяких хімічних елементів
H He C N O Cu K Li Na
1 4 12 14 16 64 39 6 23
Деякі параметри води
питома теплота пароутворення при 100degС ndash кгМДжr 262=
питома теплоємність ndash КкгкДжс sdot= 194
питома теплота плавлення при 0degС ndash кгДж510353 sdot=λ
43
Критичні параметри
Елемент КкрT
МПакрp
азот 12
6
34
кисень 15
4
507
Ефективні діаметри молекул
Елем
ент
нмσ
азот 03
0
гелій 02
0
Префікси для утворення кратних одиниць
Префікс Позначення Числове
значення Префікс Позначення
Числове
значення
тера Т T 1012
піко п p 10-12
гіга Г G 109 нано н n 10
-9
мега М M 106 мікро мк micro 10
-6
кіло к k 103 мілі м m 10
-3
Одиниці довжини обrsquoєму тиску концентрації кількості
теплоти коефіцієнта дифузії використані в задачах (в СІ) 333 10111 мдмл minussdot== Нкгс 891 = Джкал 1941 =
мдм 1101 minus= мсм 2101 minus= 363 101 мсм minus= 363 101 мсм =minus
Памкгс 891 2 = ПаабомНсмкгс 242 10891 sdot=
Паммкгс 62 10891 sdot= Паатм 5100111 sdot= (фізична атмосфера)
44
Паат 5109801 sdot= (технічна атмосфера) смссм 101 242 minus=
45
Одиниці в яких вимірюються деякі фізичні величини (в СІ)
Робота енергія ЕА Дж
Кількість теплоти Q Дж
Потужність P або N Джс=Вт
Тиск р Па=Нм2
Молярна маса micro кгмоль
Концентрація п м-3
Теплоємність питома с ДжкгmiddotК
Теплоємність молярна С ДжмольmiddotК
Поверхневий натяг α Нм
Динамічна вrsquoязкість η Паmiddotс=Нmiddotсм2=кгмmiddotс
Коефіцієнт дифузії D м2с
Коефіцієнт теплопровідності κ ВтмmiddotК
Приріст ентропії S∆ ДжК
Сталі Ван-дер-Ваальса а та b Нmiddotм4моль
2 та м
3моль
5Література
1 Загальна фізика за редакцією Ковалець МО Орленка ВФ
Частина1 Інтерактивний комплекс навчально-методичного
забезпечення Рівне 2009
2 Волькенштейн ВС Сборник задач по общему курсу физики- М
ldquoНаукаrdquo1985-1989
3 Иродов ИЕ Задачи по общей физике-МrdquoНаукаrdquo 1982
4 Савельев ИВ Сборник вопросов и задач по общей физике-
МldquoНаукаrdquo1982
5 Чертов АГВоробьев АА Федоров МВ Задачник по физике -М
ldquoВысшая школаrdquo1988
6 Х Кухлинг Справочник по физике-М ldquoМирrdquo1985
19
Тепер
1
2
1
2
1
ln
1
1
1
V
V
V
V
А
А
із
ад
minus
minus
minus=
γ
γ
Підставимо числові значення для повітря 41=γ
41
101
102ln
102
1011
141
1
3
2
141
3
2
=
sdot
sdot
sdot
sdotminus
minus=
minus
minus
minus
minus
minus
із
ад
А
А
Відповідь вигідніше стискувати ізотермічно
Приклад 12 В циліндрі під поршнем знаходиться водень масою
002 кг при температурі 300 К Водень спочатку розширився
адіабатно збільшивши свій обrsquoєм у 5 разів а потім був стиснутий
ізотермічно до попереднього обrsquoєму Знайти температуру в кінці
адіабатного процесу і роботу виконану газом під час цих процесів
Зобразити процеси графічно
Розвrsquoязання
Температура і обrsquoєм газу в адіабатному
процесі повrsquoязані рівнянням адіабати 1
2
1
1
2
minus
=
γ
V
V
Т
Т (1)
де i
i 2+=γ ndash показник адіабати
Для водню показник адіабати дорівнює
415
25=
+=γ
Згідно формули (1) γminus
=
1
1
212
V
VТТ
Роботу в адіабатному та ізотермічному
процесах знайдемо скориставшись відповідними формулами
Дано
М = 002 кг
micro = 2middot10ndash3
молькг
і = 5
V2 = 5V1
V3 = V1
Т1 = 300 К
КмольДжR sdot= 318
Т2 А1ndash2 А2ndash3
р
V V1 V2
1
Адіабата
Ізотерма 2
3
20
( ) ( )22
211221 ТТRіM
ТТRіM
А minussdot=minussdotminus=minusmicromicro
2
12
2
3232 lnln
V
VRT
M
V
VRT
MА
micromicro==minus
1585300 402 =sdot= minusТ К
4
321 10982)157300(3182
5
102
020sdot=minussdotsdotsdot
sdot=
minusminusА Дж
4
332 10125
1ln157318
102
020sdotminus=sdotsdot
sdot=
minusminusА Дж
Відповідь Т = 158 К А1-2 = 298middot104 Дж А2-3 = ndash21middot10
4 Дж Графік
процесів показано на малюнку
Приклад 13 Нагрівник теплової машини що працює за циклом
Карно має температуру Ct deg= 2001 Визначити температуру 2T
холодильника якщо при надходженні від нагрівника кількості
теплоти ДжQ 011 = машина виконує роботу ДжA 400=
Розвrsquoязання
За означенням ККД теплової машини
1Q
A=η
а для циклу Карно 1
21
T
TT minus=η
Прирівнявши праві частини виписаних співвідношень
Маємо 1
21
1 T
TT
Q
A minus=
Звідки
minus=
112 1
Q
ATT
Підставимо числові значення KT 4731 =
КT 28001
40014732 =
minus=
Дано
Ct deg= 2001 ДжQ 011 =
ДжA 400=
2T
21
Відповідь KT 2802 =
Приклад 14 Знайти витрату бензину автомобіля на S=1 км шляху
при швидкості годкм 60=υ Потужність двигуна 17 кВт ККД
двигуна 30=η питома теплота згоряння бензину q=45middot106 Джкг
Розвrsquoязання
При згорянні палива виділяється теплота
mqQ sdot=
ККД двигуна Q
Aкор=η Отже
qmQAкор ηη == З другої сторони з
врахуванням потужності υ
SNtNА sdot=sdot=
Прирівнявши ці два вирази отримаємо
q
NSm
ηυ=
Підставимо числові значення
кгт 08045middot1071630
1010176
33
asympsdotsdot
sdotsdot=
Відповідь m = 008 кг
Приклад 15 Ідеальний двоатомний газ здійснює цикл який
складається з двох ізотерм і двох ізохор При цьому найбільша
температура газу 500 К найменша ndash 300 К найбільший обrsquoєм 12 л
найменший ndash 3 л Знайти ККД циклу
Розвrsquoязання
Дано
мкмS3101 ==
смгодкм 71660 ==υ
ВтN31017 sdot=
3030 == ηη
кгДжq 1045 6sdot=
minusт
Дано
5=і
КТ 5001 =
КТ 3002 =
22
p 1
4
T1
T2
2
3
V1 V2 V
ККД циклу Q
А=η
де A - робота виконана газом Q - теплота
отримана газом Розглянемо ізопроцеси При
ізотермічних процесах 0=∆U оскільки
температура не змінюється З першого закону
термодинаміки ( AUQ +∆= ) випливає що в
цьому випадку вся отримана газом теплота
йде на виконання роботи AQ =
Для процесу 1rarr2 маємо
01
211121
2
1
2
1
gt==== intintrarrV
VnRT
m
V
dVRT
mpdVAQ
V
V
V
V
lmicromicro
де тиск V
RTт
р1
1 sdot=micro
Для процесу 3rarr4 маємо
01
222243
2
1
1
2
ltminus=minus=== intintrarrV
VnRT
m
V
dVRT
mpdVAQ
V
V
V
V
lmicromicro
- газ віддає
теплоту
Для ізохорних процесів обrsquoєм не змінюється тому 0=А З першого
закону термодинаміки TRmi
UQ ∆=∆=micro2
Для процесу 2rarr3 маємо
( ) ( ) 022
211232 ltminusminus=minus=rarr TTRmi
TTRmi
Qmicromicro
- газ віддає теплоту
Для процесу 4rarr1 маємо ( ) 02
2114 gtminus=rarr TTRmi
Qmicro
Отже газ виконав роботу ( )211
221 TT
V
VnR
mAAA minus=+= l
micro
Газ отримав теплоту ( )
minus+=+= rarrrarr 21
1
211421
2TT
i
V
VnTR
mQQQ l
micro
Тоді ККД цикла
331 1033 млV
minussdot==
332 101212 млV
minussdot==
minusη
23
( )
( )
( )
( )211
21
211
2
211
21
211
2
22TT
i
V
VnT
TTV
Vn
TTi
V
VnTR
m
TTV
VnR
m
Q
А
minus+
minus
=
minus+
minus
==
l
l
l
l
micro
microη
( )
( )23230
3005002
5
103
1012500
300500103
1012
3
3
3
3
=rArr=
minus+sdot
sdotsdot
minussdot
sdot
=
minus
minus
minus
minus
ηη
n
n
l
l
( 386169302224 =sdot== nn ll )
Відповідь 23=η
Приклад 16 Знайти приріст ентропії при перетворенні 1 г води з
температурою 0degС в пару при 100degС
Розвrsquoязання
Зміна ентропії у випадку оборотного
термодинамічного процесу
int=∆B
AT
QS
δ
де Qδ ndash елементарна кількість теплоти T ndash абсолютна
температура A та B ndash формальні позначення
вихідного і кінцевого стану системи
Розібrsquoємо інтеграл у правій частині виписаної формули на два
доданки що відповідають двом процесам заданим в умові
intint +equiv∆+∆=∆B
C
C
AT
Q
T
QSSS
δδ21
де 1S∆ ndash приріст ентропії при нагріванні води від температури 1T до
температури 2T 2S∆ ndash приріст ентропії при випаровуванні ( 2T за
умовою задачі ndash температура кипіння води)
У першому доданку
cmdTQ =δ
де c ndash питома теплоємність води У другому доданку const2 =T а
Дано
гm 1=
OH2 Ct deg= 01
Ct deg= 1002 S∆
24
rmQQ
B
C
==intδ
де r ndash питома теплота пароутворення Маємо
+=+=∆ intint
21
2
2
ln12
1T
r
T
TcmQ
TT
dTcmS
B
C
T
T
δ
КкгДжс sdotsdot= 310194 кгДжr510622 sdot= кгm
3101 minussdot=
КT 2731 = КT 3732 =
КДжS 47373
10622
273
373ln10194101
533 =
sdot+sdotsdot=∆ minus
Відповідь КДжS 47=∆
Приклад 17 105 г азоту ізотермічно розширюються від обrsquoєму
лV 21 = до обrsquoєму лV 52 = Знайти приріст ентропії при цьому
процесі
Розвrsquoязання
При ізотермічному процесі Т=const
отже зміна внутрішньої енергії 0=dU
Тоді з першого закону термодинаміки
маємо AQ δδ =
Елементарна робота з врахуванням виразу
для тиску р з рівняння Менделєєва-
Клапейрона V
dVRT
mрdVА
microδ ==
Зміна ентропії в оборотному термодинамічному процесі int=∆B
AT
QS
δ
В нашому випадку 1
22
1
V
VnR
m
TV
TdVR
m
T
АS
V
V
B
A
lmicromicro
δ===∆ intint
молькг 1028 3minussdot=micro - молярна маса азота
Підставимо числові значення
Дано
кггт 310510510 minussdot==
лV 21 =
лV 52 =
constТ =
minus∆S
25
КДжnS 922
5318
1028
10510
3
3
=sdotsdotsdot
sdot=∆
minus
minus
l
Відповідь КДжS 92=∆
Приклад 18 Два кіломолі триатомного газу адіабатно
розширюються в пустоту від 31 1мV = до 3
2 5мV = Температура газу
при цьому зменшується на 15 К Знайти за цими даними постійну laquoаraquo
з рівняння Ван-дер-Ваальса
Розвrsquoязання
Перше начало термодинаміки для адіабатного
процесу має вигляд dUA minus=δ де А ndash робота газу
проти зовнішніх сил U ndash внутрішня енергія За
умовою задачі зовнішнього тиску немає
(розширення в пустоту)
тому 0== dVpAδ
В підсумку маємо що 0=dU
Зміна внутрішньої енергії має дві складові
dTCVν що не залежить від зміни обrsquoєму та
( )VdU що залежить від обrsquoєму Остання складова
рівна роботі сили міжмолекулярного притягання
котра спричинює додатковий внутрішній тиск
2
20
V
aP ν=
( ) dVV
adVPVdU
2
20 ν==
Повна зміна внутрішньої енергії газу
02
2 =+ dVV
adTCV νν
Дано
моль3102 sdot=ν
6=i 0=Qδ
Паp 0=
31 1 мV =
32 5 мV =
KT 15minus=∆
a
26
Звідки dVCV
adT
V2
νminus=
Проінтегруємо останнє співвідношення
int int
minus=minus=
2
1
2
1
122
11T
T
V
V VV VVC
a
V
dV
C
adT νν
тобто
minus=∆
12
112
VViR
aT ν
оскільки молярна теплоємність при постійному обrsquoємі Ri
CV2
=
(і ndash число ступенів вільності R ndash універсальна газова стала)
Тепер маємо
( )21
21
2 VV
VTViRa
minus
∆=
ν
( )
( ) 2
4
3230
511022
51153186
моль
мНa
sdot=
minussdotsdot
sdotsdotminussdotsdot=
Відповідь 2
4
230моль
мН sdot=α
3 Задачі для самостійного розвrsquoязування
Вказівки до розвrsquoязування задач
1 В задачах на теплоту складають рівняння теплового балансу сума
теплоти що виділяється при певних процесах дорівнює сумі теплоти
що поглинається при інших процесах
2 В задачах про лід потрібно спочатку зrsquoясувати (кількісними
підрахунками) чи розтане весь лід якщо про це не сказано в умові
Якщо розтане не весь лід то кінцева температура дорівнюватиме 0ordmС
31 Молекулярна фізика
27
Рівняння стану ідеального газу
1 Балон місткістю 12 л заповнений азотом при тиску 81МПа і
температурі 17degС Знайти масу азоту (113 кг)
2 Яким може бути найменший обrsquoєм балона що містить 64 кг
кисню якщо його стінка при температурі 20degС витримує тиск
160 кгссм2 (32middot10
1 м
3)
3 До якої температури потрібно нагріти ідеальний газ щоб його
густина зменшилася у два рази порівняно з густиною цього газу
при Ct deg= 00 (Т=2Т0=546 К)
4 5 г азоту що знаходиться в закритій посудині місткістю 4 л при
температурі 20degС нагрівають до температури 40degС Знайти тиск
газу до і після нагрівання (р1=108middot105Па р2=116middot10
5Па)
5 Знайти густину водню при температурі 15degС і тиску 730 мм ртст
( 30810 мкг=ρ )
6 Густина деякого газу при температурі 10degС і тиску 2sdot105Па
дорівнює 034 3мкг Чому дорівнює маса одного кіломоля цього
газу ( молькг3104
minussdot=micro )
7 10 г кисню знаходяться під тиском 3 атм при температурі 10degС
Після розширення внаслідок нагрівання при постійному тиску
кисень зайняв обrsquoєм 10 л Знайти 1) обrsquoєм газу до розширення 2)
густину газу до розширення 3) температуру газу після
розширення 4) густину газу після розширення
( 331 1042)1 мV
minussdot= 2) 31 144 мкг=ρ 3) Т2=1170 К 4) 3
2 1 мкг=ρ )
8 6 г вуглекислого газу ( )2CO і 5 г закису азоту ( )ON2 заповнюють
посудину місткістю 2 дм3 Який загальний тиск у посудині при
температурі 127degС (415middot105Па)
9 Яка кількість речовини є в газовому балоні обrsquoємом 2 л при тиску
1013 МПа і температурі 10degС (86 моль)
10 Балон для газового зварювання місткістю 20 л був заповнений
киснем при температурі 15degС Коли частину кисню витратили
тиск у балоні знизився на 5065 кПа Скільки кисню було
витрачено ( кгm 1350=∆ )
11 Температура повітря в посудині обrsquoємом 5 л становить 27degС його
тиск 2026 МПа Визначити масу повітря яке потрібно випустити з
посудини щоб тиск у ній знизився до 1013 МПа ( кгm 0590=∆ )
28
12 Визначити густину повітря в камері шин автомобіля ВАЗ 2110
якщо тиск у камері 018 МПа (надлишковий) а температура 20degС
( 3353 кгм=ρ )
13 Знайти густину суміші 10-2 кг вуглекислого газу і 15sdot10
- 2 кг азоту
при температурі 300 К і тиску 015 МПа ( 3981 кгм=ρ )
14 Знайти молярну масу суміші що утворилася з 38sdot10-3 кг кисню і
22sdot10-2 кг вуглекислого газу ( кгмоль2104 minussdot=micro )
15 Накреслити графіки ізотермічного ізобарного та ізохорного
процесів в ідеальному газі у системах координат р V p T V T
Порівняти ці графіки
16 На рис1 зображено графік зміни стану ідеального газу в
координатах V T Виразити ці процеси графічно в координатах p V
та p T Назвати ці процеси
17 Зміна стану ідеального газу сталої маси зображена на рис2 В т1
температура газу Т0 Визначити температуру газу в т234
(Т2=3Т0 Т3=6Т0 Т4=2Т0)
18 Який обrsquoєм займає суміш газів ndash азоту масою кгm 11 = і гелію
масою кгm 12 = ndash при нормальних умовах (64 м3)
19 Скільки молекул міститься в 1 г водяної пари (33sdot1022
)
20 Скільки молекул буде знаходитися в 1 см3 посудини при 10degС
якщо посудину підкачано до ртстммp11101 minussdot= (34sdot10
5)
21 У балоні місткістю лV 3= знаходиться кисень масою 4 г
Визначити кількість речовини ν газу і концентрацію n його
молекул (ν =0125 моль n=251sdot1025м
-3)
Рис 1 Рис 2
29
22 У балоні було 10 кг газу при тиску 10 МПа Знайти яку масу газу
взяли з балона якщо тиск став рівним 25 МПа Температуру
вважати постійною (75 кг)
23 Балони місткістю лV 201 = і лV 442 = заповнені газом Тиск у
першому балоні МПаp 421 = у другому ndash МПаp 612 =
Визначити загальний тиск p після сполучення балонів якщо
температура газу залишилася попередньою (076 МПа)
24 Газ в кількості m=16 г при тиску р=106 Нм
2 і температурі t=112degС
займає обrsquoєм V=1600 см3 Визначити який це газ (кисень)
25 При якому тиску р густина ρ газоподібного азоту що має
температуру t= - 73degС складає 04 густини води кімнатної
температури 33
010 кгмρ = ( 271042 Нмр sdot= )
26 Відкрита посудина нагріта до температури t2=450degС Яка частина
маси повітря залишилась в ній в порівнянні з тією кількістю яка
була при t1=27degС Розширенням посудини знехтувати
(m2m1=0415)
27 10 г кисню знаходяться під тиском 0303 мкПа при температурі
10degС Після розширення внаслідок нагрівання при постійному
тиску кисень зайняв обrsquoєм 10 л Знайти обrsquoєм газу до розширення і
температуру газу після розширення (V1=24sdot10-3 м
3 Т2=118sdot10
3 К)
28 Скільки молекул повітря буде знаходитись в 1 см3 посудині при
10degС якщо повітря в посудині відкачане до тиску 133 мкПа
(34sdot108)
29 У 1 кг сухого повітря знаходиться m1=232 г кисню і m2=768 г
азоту Знайти відносну молярну масу повітря (microсм=288 кгмоль
microвідн=288 кгмоль)
30 У скільки разів вага повітря взимку (7 0
С) більша за його вагу
влітку (37 0 С) Тиск однаковий (11 рази)
31 У відкритій посудині при Ct0
1 20= є повітря гm 1501 = На яку
величину m∆ зменшиться маса повітря в посудині при нагріванні
її до Ct0
1 100= Зміною розмірів посудини при нагріванні
знехтувати ( m∆ =322 г)
32 У посудині знаходиться суміш 10 г вуглекислого газу і 15 г азоту
Знайти густину цієї суміші при температурі 27 0
С і тиску
15sdot10 5 Па ( 3981 мкг=ρ )
33 Знайти масу атома 1)водню 2) гелію
30
( )(10656)(10671 2727 геліюкгmводнюкгmminusminus sdot=sdot= )
34 Визначити концентрацію n молекул ідеального газу при
температурі Т= 300 К і тиску р =1 МПа ( n=224sdot10 17 м
-3)
Основне рівняння молекулярно-кінетичної теорії газів
швидкості молекул
35 Тиск p газу дорівнює 1 мПа концентрація n його молекул рівна
310101 minussdot см Визначити 1) температуру Т газу 2) середню
кінетичну енергію ( )1кЕ поступального руху молекули
( 1) Т=725 кК 2) ( )1кЕ =15sdot10
-19 Дж)
36 Молекула кисню при нормальних умовах рухається зі швидкістю
425 мс Визначити кінетичну енергію молекули
( ( )1кЕ =48sdot10
-21Дж)
37 Визначити кінетичну енергію поступального руху молекули
аміаку а також повну кінетичну енергію молекул одного моля
аміаку при температурі 373 К ( ( )1кЕ =773sdot10
-21Дж Еk=932 Дж)
38 Визначити сумарну кінетичну енергію теплового руху всіх
молекул кисню (О2) що займають обrsquoєм V=55sdot10-3 м
3 при тиску
р=2026 кПа (Еk=279 кДж)
39 Густина деякого газу 3060 мкгρ = середня квадратична
швидкість його молекул смкв 500=υ Знайти тиск газу на стінки
посудини (5 кПа)
40 Газ займає обrsquoєм лV 1= під тиском атмр 2= Визначити
кінетичну енергію kE поступального руху всіх молекул в даному
обrsquoємі (03 кДж)
41 Кількість речовини деякого газу моль51=ν температура
КТ 120= Визначити кінетичну енергію kE поступального руху
всіх молекул цього газу (73 кДж)
31
42 При якій температурі середня кінетична енергія ( )1кЕ
поступального руху молекули газу рівна Дж2110144 minussdot
(200 К)
43 Посудина зі внутрішнім обrsquoємом лV 4= містить гm 60=
деякого газу під тиском атмр 2= Визначити середню
квадратичну швидкість молекул газу (2 103
см )
43 Середня квадратична швидкість руху молекул деякого газу що
перебуває під тиском 50 кПа дорівнює 449 мс Визначити
густину газу при цих умовах ( 37440 мкг=ρ )
44 При якій температурі середня квадратична швидкість молекул
кисню дорівнює швидкості молекул азоту при температурі 373 К
(Т = 426 К)
46 Знайти середню арифметичну швидкість молекул газу коли
відомо що середня квадратична швидкість 400 мс
( см370=υ )
47 Знайти найбільш імовірну та середню арифметичну швидкості
молекул газу густина якого при тиску 40 кПа дорівнює 03 кгм3
( імυ = 5164 мс υ = 6324 мс)
48 Знайти середню квадратичну швидкість молекул повітря при
температурі 17deg С Повітря вважати однорідним газом з молярною
масою 29sdot10-3 кгмоль ( 500=квυ мс)
49 Визначити середню квадратичну швидкість квυ молекул газу
масою гm 30= що знаходиться в посудині місткістю лV 2= під
тиском кПаp 200= (2sdot10 3 мс)
50 Знайти відношення середніх квадратичних швидкостей молекул
гелію та азоту при однакових температурах (265)
51 Знайти середню квадратичну квυ середню арифметичну υ та
найімовірнішу імυ швидкості молекул водню Обчислення
виконати для трьох значень температури 1) КТ 20=
2) КТ 300= 3) КТ 5000= ( 1) 500 мс 462мс 407 мс
2) 194 кмс 179 кмс 158 кмс 3) 790 кмс 730 кмс 648 кмс)
52 При якій температурі Т середня квадратична швидкість атомів
гелію буде дорівнювати другій космічній швидкості
скм2112 =υ (201 кК)
32
53 Знайти середню арифметичну швидкість υ молекул газу якщо їх
середня квадратична швидкість скмкв 1=υ (092 кмс)
54 Кінетична енергія поступального руху молекул азоту що
знаходиться в обrsquoємі 20 дм3 дорівнює 5 кДж а середня
квадратична швидкість його молекул рівна 2 кмс Знайти 1) масу
азоту в балоні 2) тиск під яким знаходиться азот
( 1) т=25sdot103 кг 2) р=167sdot10
5 Па)
55 Посудина що містить деяку масу одноатомного газу рухається зі
швидкістю u На скільки збільшиться середній квадрат швидкості
теплового руху молекул при зупинці посудини Теплоємність
теплопровідність і маса стінок посудини зникаюче малі
56 Обчислити кількість теплоти що необхідна для нагрівання повітря
від Т1= 273 К до Т2= 303 К при сталому тиску якщо спочатку воно
перебувало при нормальному тиску р1 і мало обrsquoєм V1=50 м3
(∆Q=1948 кДж)
57 Яка кількість теплоти необхідна для нагрівання одного моля
одноатомного газу на 1 К при сталому обrsquoємі (∆Q=124 кДж)
58 Балон місткістю 2sdot10-2
м3 з киснем що має тиск 1013 МПа і
температуру 280 К нагрівають до 300 К Яку кількість теплоти
дістає при цьому газ (∆Q=35 кДж)
59 Визначити кількість теплоти (∆Q) що необхідна для нагрівання
повітря від Т1= 273 К до Т2=298 К при сталому обrsquoємі V1=30 м3
якщо початковий тиск повітря р1 був нормальний
(∆Q=6957 кДж)
32 Термодинаміка Реальні гази
Внутрішня енергія робота розширення газу
перше начало термодинаміки
60 Чому дорівнює енергія теплового руху молекул двоатомного газу
що знаходиться в посудині місткістю 2 л під тиском 015 МПа
(U=750 Дж)
61 10 г кисню знаходяться під тиском 03 МПа при температурі 10degС
Після нагрівання при постійному тиску газ зайняв обrsquoєм 10 л
Знайти 1) кількість теплоти одержаної газом 2) зміну
33
внутрішньої енергії газу 3) роботу виконану газом при
розширенні ( 1) 792sdot103Дж 2) 5660 Дж 3) 226sdot10
3 Дж)
62 2 кмолі вуглекислого газу нагріваються при постійному тиску на
50degС Знайти 1) зміну його внутрішньої енергії 2) роботу
розширення 3) кількість теплоти наданої газу
( 1) 2500 Дж 2) 830 кДж 3) 3300 кДж)
63 Газ що займав обrsquoєм 5 л і знаходився під тиском 02 МПа при
температурі 17degС було нагріто внаслідок чого він ізобарно
розширився Робота розширення газу при цьому виявилася рівною
196 Дж Наскільки нагріто газ (57 К)
64 При ізотермічному розширенні 10 г азоту що знаходиться при
температурі 17degС було виконано роботу 860 Дж У скільки разів
змінився тиск азоту при розширенні (272)
65 1л гелію котрий знаходиться при нормальних умовах ізотермічно
розширюється за рахунок одержаної ззовні теплоти до обrsquoєму 2 л
Знайти 1) роботу виконану газом при розширенні 2) кількість
наданої газу теплоти ( 1) 70 Дж 2) 70 Дж )
66 1 кг двоатомного газу знаходиться під тиском 80 кПа і має
густину 34 мкг=ρ Знайти енергію теплового руху молекул газу
при цих умовах (5sdot104Дж)
67 У посудину в котрій міститься 28 л води при температурі 20degС
вкинули нагрітий до 460degС кусок сталі що має масу 3кг Від цього
вода в посудині нагрілася до 60degС а частина її перетворилася в
пару Визначити масу води котра випарувалася Теплоємністю
посудини знехтувати
68 Знайти для кисню відношення питомої теплоємності при сталому
тиску до питомої теплоємності при постійному обrsquoємі (14)
69 1 кмоль азоту який знаходився при нормальних умовах
розширюється адіабатно від обrsquoєму 1V до обrsquoєму 12 5VV =
Знайти1) зміну внутрішньої енергії газу 2) роботу виконану при
розширенні ( 1) 269 sdot10 6 Дж 2) 269 sdot10
6 Дж)
70 Повітря що при нормальному атмосферному тиску зайняло обrsquoєм
2sdot10-2
м3 адіабатно стискується до обrsquoєму 2sdot10
-3 м
3 Визначити
тиск повітря після стискання (р=254 МПа)
71 Знайти питомі теплоємності азоту та їхні відношення при сталому
обrsquoємі та сталому тиску ( КкДжкгcV sdot= 7420
КкгкДжcp sdot= 041 )
34
72 Знаючи молярну масу газу ( кгмольmicro 31044 minussdot= ) і відношення
питомих теплоємностей (γ=133) обчислити молярні теплоємності
Ср і СV ( СV=0566 кДжкгsdotК Ср=0754 кДжкгsdotК)
Теплоємність адіабатний процес
73 Різниця питомих теплоємностей Vp cc minus деякого двоатомного газу
дорівнює 260 Джкг К Знайти молярну масу micro газу і його питомі
теплоємності pc та cV
( micro=0032 молькг cV=650 ДжкгmiddotК pc =910 ДжкгmiddotК)
74 Молярна маса деякого газу мольг30=micro відношення
41=Vp cc Знайти питомі теплоємності pc і сV цього газу
( сV=693 ДжкгmiddotК pc =910 ДжкгsdotК )
75 До якої температури охолодиться повітря що знаходиться при
температурі 0degС якщо воно розширюється адіабатно від обrsquoєму 1V
до обrsquoєму 12 2VV = (207 К)
76 Газ розширюється адіабатно при цьому обrsquoєм його збільшується
вдвічі а температура падає в 132 рази Яке число ступенів
вільності мають молекули цього газу (5)
77 Чому дорівнюють питомі теплоємності pc і сV деякого
двоатомного газу якщо густина цього газу при нормальних
умовах дорівнює 143 кгм3 (сV=650 ДжкгmiddotК pc =910 ДжкгmiddotК)
78 Двоатомний газ займає обrsquoєм лV 501 = при тиску атмp 501 =
Газ стискується адіабатно до деякого обrsquoєму 2V і тиску 2p а
потім при постійному обrsquoємі 2V охолоджується до початкової
температури При цьому тиск його стає рівним атмp 10 =
Зобразити описаний процес графічно знайти обrsquoєм 2V і тиск 2p
(025 л 132 атм)
79 Газ розширюється адіабатно так що його тиск спадає від 2 атм
до 1 атм Потім він нагрівається при постійному обrsquoємі до
початкової температури причому його тиск зростає до 122 атм
35
Зобразити описаний процес графічно і визначити відношення
Vp cc газу (14)
Цикл Карно ентропія
80 Ідеальна теплова машина що працює за циклом Карно отримує за
кожний цикл від нагрівника 600 кал теплоти Температура
нагрівника 400 К температура холодильника 300 К Знайти
роботу що виконує машина за один цикл і кількість теплоти
котра віддається холодильнику за один цикл
( А=630 Дж Q2=1880 Дж)
81 Ідеальна теплова машина що працює за циклом Карно 23
теплоти одержаної від нагрівника передає холодильнику з
температурою 10degС Визначити температуру нагрівника (4245 К)
82 Ідеальна теплова машина працює за циклом Карно При цьому
80 теплоти одержаної від нагрівника передається
холодильнику Від нагрівника надходить за цикл 15 ккал теплоти
Знайти 1) ККД циклу 2) роботу виконану за цикл
( 1) 20 2) 126sdot103Дж)
83 Ідеальна теплова машина що працює за циклом Карно виконує
за один цикл роботу 735sdot 10 4 Дж Температура нагрівника 100
0 С
температура холодильника 00 С Знайти1) ККД машини
2) кількість теплоти одержаної машиною за один цикл від
нагрівника 3) кількість теплоти яка віддається за один цикл
холодильнику ( 1) 268 2) 274 sdot10 4 Дж 3) 126 sdot10
4 Дж)
84 Ідеальна теплова машина отримує від нагрівника температура
якого 500 К за один цикл 3360 Дж теплоти Знайти кількість
теплоти що передається за один цикл холодильнику температура
якого 400 К Знайти роботу машини за один цикл
(Q2= 2688 Дж А= 672 Дж)
85 Ідеальна теплова машина що працює за циклом Карно має
температуру нагрівника 600 К а холодильника 500 К У скільки
разів потрібно збільшити абсолютну температуру нагрівника щоб
ККД машини збільшився вдвічі (в 125)
86 Визначити ККД циклу і температуру нагрівника теплової
машини яка працює за циклом Карно якщо за рахунок 2 кДж
теплоти одержаної від нагрівника вона виконує роботу 400 Дж
Температура холодильника 480 К (20 600 К)
36
87 Знайти зміну ентропії при ізотермічному розширенні 6 г водню зі
зменшенням тиску від 01 МПа до 50 кПа (173 ДжК)
88 105 г азоту ізотермічно розширюються від обrsquoєму лV 21 = до
обrsquoєму лV 52 = Знайти приріст ентропії в цьому процесі
(29 ДжК)
89 10 г кисню нагріваються від Ct deg= 501 до Ct deg= 1502 Знайти зміну
ентропії якщо нагрівання відбувається 1) ізохорно 2) ізобарно
( 1) 176 ДжК 2) 246 ДжК )
90 У циклі Карно робочим тілом є двоатомний газ Визначити ККД
циклу якщо при адіабатичному розширенні обrsquoєм газу збільшився
від 80 до 102 дм3 (01 або 10)
91 05 кг розплавленого свинцю при температурі плавлення влили в
лід при 0degС Частина льоду розплавилася Знайти зміну ентропії
(50 ДжК)
Реальні гази явища перенесення
92 Знайти критичний молярний обrsquoєм азоту
93 Розрахувати густину кисню у критичному стані
94 Знайти середню довжину вільного пробігу атомів гелію в умовах
коли густина гелію 321 мг=ρ (18sdot10-6 м)
95 Знайти середню довжину вільного пробігу атомів азоту при
температурі 17 0 С і тиску 10
4 Па ( м610 minus=λ )
96 Знайти залежність середнього числа зіткнень молекул z ідеального
газу від тиску р в наступних процесах 1) ізохорному
2)ізотермічному Зобразити ці залежності на графіках
( pzpz asympasymp )2)1 )
97 У посудині знаходиться вуглекислий газ густина якого 321012 мкгminussdot=ρ середня довжина вільного пробігу його
молекул при цих умовах дорівнює см61097 minussdot=λ Знайти
діаметр молекул вуглекислого газу ( d =35sdot 10 -10
м )
37
98 Знайти діаметр молекули кисню якщо відомо що для кисню
коефіцієнт внутрішнього тертя при 0ordm С дорівнює
сПа sdotsdot= minus610818η ( d = 3middot10
-10 м)
99 Знайти динамічну вrsquoязкість азоту при нормальних умовах якщо
коефіцієнт дифузії для нього при цих умовах дорівнює
сcм21420 (η = 178sdot10-5 Паsdotс)
100 Знайти коефіцієнт теплопровідності водню якщо його
динамічна вrsquoязкість при таких самих умовах рівна смкПа sdot68
(0090 ВтмmiddotК)
101 Коефіцієнт дифузії і динамічної вrsquoязкість кисню дорівнюють
см2510221
minussdot та сПа sdotsdot= minus510951η відповідно Знайти при
цих умовах 1) густину кисню 2) середню довжину вільного
пробігу його молекул і 3) середню арифметичну швидкість його
молекул ( 1) 16 кгм3 2) 835sdot10
-8 м 3) 440 мс)
102 Знайти залежність коефіцієнта теплопровідності κ газу від
температури Т в умовах ізобарного та ізохорного процесів
Зобразити ці залежності графічно (1 κ~ Т 2 κ~ Т )
103 Зайти коефіцієнт дифузії при нормальних умовах 1)гелію
2)кисню ( 1) сcм2720 2) сcм2180 )
104 Коефіцієнт дифузії D кисню при температурі t=0ordmС дорівнює
019 см2с Визначити середню довжину вільного пробігу λ
молекул кисню ( λ =135 нм)
105 Визначити залежність коефіцієнта дифузії D ідеального газу від
температури при наступних процесах 1)ізобарному
2)ізохорному ( 1) D~ 3Т 2) D~ Т )
106 Визначити залежність динамічної вrsquoязкості η від температури Т
при наступних процесах 1)ізобарному 2) ізохорному Зобразити
ці залежності на графіках ( 1) η ~ Т 2) η ~ Т )
107 Знайти коефіцієнт дифузії та коефіцієнт внутрішнього тертя
повітря при тиску 760 мм рт ст і температурі 10ordmС Діаметр
молекули повітря прийняти 3middot10-1 м
(148middot10-5 м
2с 185middot10
- 5 Паsdotс)
108 У скільки разів коефіцієнт внутрішнього тертя кисню більший за
коефіцієнт внутрішнього тертя азоту Температура газів
однакова (107)
38
109 Знайти коефіцієнт теплопровідності повітря при температурі
10ordmС і тиску 105 Па Діаметр молекули повітря прийняти рівним
3middot10-8 см (132middot10
-3 ВтмmiddotК)
110 Знайти залежність коефіцієнта теплопровідностіκ від тиску р
при наступних процесах 1)ізотермічному 2)ізохоричному
Зобразити ці залежності на графіках
( 1) Не залежить 2) κ ~ р )
Таблиця для самостійної роботи
Варіанти
завдань
Номери задач
1 1 11 35 45 60 73 85 97
2 2 12 36 46 61 74 86 98
3 3 13 37 47 62 75 87 99
4 4 14 38 48 63 76 88 100
5 5 15 39 49 64 77 89 103
6 6 16 40 50 65 80 92 104
7 7 17 41 51 66 81 93 105
8 8 18 42 52 67 82 94 106
9 9 19 43 53 68 83 95 107
10 10 20 44 54 69 84 96 108
Задачі для усного розвrsquoязування
111 Під час накачування повітря в гумову камеру одночасно
збільшується його обrsquoєм і тиск Чи не суперечить це закону Бойля -
Маріотта
112 Чому влітку шини коліс автомобілів накачують повітрям до
меншого тиску ніж взимку
113 Якої форми необхідно взяти посудину щоб сила тиску на дно
дорівнювала вазі рідини Була більша Менша ваги рідини
39
114 У посудині наповненій до краю водою плаває кусок льоду Чи
виллється вода з посудини коли лід розтане
115 Дві кульки ndash мідна та алюмінієва зрівноважені на пружинних
терезах Чи порушиться рівновага терезів якщо кульки упустити у
воду
116 Чи можна перелити воду з однієї склянки в іншу знаходячись в
кабіні штучного супутника Землі
117 Повітря складається з азоту кисню та інших газів Чи однакова
кінетична енергія поступального руху молекул цих газів при даній
температурі
118 Якими способами можна змінити внутрішню енергію тіла
119 В якому випадку зміна тиску газу буде більшою при адіабатній
чи ізотермічній зміні обrsquoєму
120 Чому ізотермічне розширення газу відбувається тільки внаслідок
підведення до нього деякої кількості теплоти
121 Чому в дизелі нема потреби запалювати пальну суміш
електричною іскрою як це робиться в інших двигунах
122 Під час роботи пневматичний молот що працює за рахунок
енергії стиснутого повітря зовні обмерзає Яка причина охолодження
123 Після сильного шторму вода в морі стає теплішою Чому
124 Деяку масу ідеального газу нагрівають на однакову кількість
градусів один раз при сталому тиску а другий раз при сталому обrsquoємі
В якому випадку потрібна більша кількість теплоти Чому
125 Чому вода на дні океану залишається холодною в той час як по
мірі просування в глибину Землі на кожні 100 м температура
збільшується приблизно на 3deg
40
126 Чи може теплова машина мати ККД=100 якщо працюватиме за
ідеальним циклом
127 Чи можна створити умови за яких внутрішня енергія переходила
б від тіл з нижчою температурою до тіл з вищою температурою
128 Чи охолоне повітря в кімнаті якщо відчинити двері домашнього
холодильника ввімкнутого в мережу
129 Чому температура пари яка надходить у парову турбіну нижча
за температуру пари що виходить з неї
130 Накреслити криві ізобарного ізохорного ізотермічного процесів
на діаграмах залежності V T P T P V
131 Як пояснити утворення роси і туману
132 Коли і чому на дроті лінії електропередач зrsquoявляється іній
133 Обrsquoєм посудини в якій міститься насичена пара ізотермічно
збільшили в 5 разів Що сталося з тиском пари
134 Чому туман зrsquoявляється в вечірній час а зранку зникає
135 Чому після дощу стає холодніше Пояснити це явище
4 Довідкові дані
Фундаментальні фізичні сталі
Гравітаційна стала 221110676 кгмНG sdotsdot= minus
Прискорення вільного падіння 2см819=g
Стала Авогадро 12310026 minussdot= мольN A
Стала Больцмана КДжk2310381 minussdot=
Стала Лошмідта 3250 10692 minussdot= мn
Газова стала КмольДжR sdot= 3148
41
Молярний обrsquoєм ідеального газу
при ну мольмV
330 1041322 minussdot=
Густина деяких речовин
Речов
ина ρsdot10
3 (кгм
3) Речовина ρsdot10
3
(кгм3)
мідь 86 вода 100
залізо 79 гліцерин 126
свине
ць
113 касторове
масло
089
ртуть 136 повітря 000129
Молярні маси деяких речовин
Речовин
а
Молекул
а
micro10- 3
кгмоль Речовина
Молекул
а
micro10-3
кгмоль
Азот N2 28 Гелій Hе 4
Аргон Ar 40 Кисень О2 32
Неон Ne 20 Повітря - 29
Вода H2O 18 Ртуть Hg 201
Водень H2 2 Кухонна
сіль NaCl 58
Вуглекг CO2 44
Нормальні умови
КT 2730 = атмстртммПаp 176010011 50 ==sdot=
Питомі теплоємності для деяких речовин
Сталь КкгДжc sdot= 460
Свинець КкгДжс sdot= 126
Питома теплота плавлення свинцю КкгДж sdotsdot= 410262λ
42
Символи і відносні атомні маси деяких хімічних елементів
H He C N O Cu K Li Na
1 4 12 14 16 64 39 6 23
Деякі параметри води
питома теплота пароутворення при 100degС ndash кгМДжr 262=
питома теплоємність ndash КкгкДжс sdot= 194
питома теплота плавлення при 0degС ndash кгДж510353 sdot=λ
43
Критичні параметри
Елемент КкрT
МПакрp
азот 12
6
34
кисень 15
4
507
Ефективні діаметри молекул
Елем
ент
нмσ
азот 03
0
гелій 02
0
Префікси для утворення кратних одиниць
Префікс Позначення Числове
значення Префікс Позначення
Числове
значення
тера Т T 1012
піко п p 10-12
гіга Г G 109 нано н n 10
-9
мега М M 106 мікро мк micro 10
-6
кіло к k 103 мілі м m 10
-3
Одиниці довжини обrsquoєму тиску концентрації кількості
теплоти коефіцієнта дифузії використані в задачах (в СІ) 333 10111 мдмл minussdot== Нкгс 891 = Джкал 1941 =
мдм 1101 minus= мсм 2101 minus= 363 101 мсм minus= 363 101 мсм =minus
Памкгс 891 2 = ПаабомНсмкгс 242 10891 sdot=
Паммкгс 62 10891 sdot= Паатм 5100111 sdot= (фізична атмосфера)
44
Паат 5109801 sdot= (технічна атмосфера) смссм 101 242 minus=
45
Одиниці в яких вимірюються деякі фізичні величини (в СІ)
Робота енергія ЕА Дж
Кількість теплоти Q Дж
Потужність P або N Джс=Вт
Тиск р Па=Нм2
Молярна маса micro кгмоль
Концентрація п м-3
Теплоємність питома с ДжкгmiddotК
Теплоємність молярна С ДжмольmiddotК
Поверхневий натяг α Нм
Динамічна вrsquoязкість η Паmiddotс=Нmiddotсм2=кгмmiddotс
Коефіцієнт дифузії D м2с
Коефіцієнт теплопровідності κ ВтмmiddotК
Приріст ентропії S∆ ДжК
Сталі Ван-дер-Ваальса а та b Нmiddotм4моль
2 та м
3моль
5Література
1 Загальна фізика за редакцією Ковалець МО Орленка ВФ
Частина1 Інтерактивний комплекс навчально-методичного
забезпечення Рівне 2009
2 Волькенштейн ВС Сборник задач по общему курсу физики- М
ldquoНаукаrdquo1985-1989
3 Иродов ИЕ Задачи по общей физике-МrdquoНаукаrdquo 1982
4 Савельев ИВ Сборник вопросов и задач по общей физике-
МldquoНаукаrdquo1982
5 Чертов АГВоробьев АА Федоров МВ Задачник по физике -М
ldquoВысшая школаrdquo1988
6 Х Кухлинг Справочник по физике-М ldquoМирrdquo1985
20
( ) ( )22
211221 ТТRіM
ТТRіM
А minussdot=minussdotminus=minusmicromicro
2
12
2
3232 lnln
V
VRT
M
V
VRT
MА
micromicro==minus
1585300 402 =sdot= minusТ К
4
321 10982)157300(3182
5
102
020sdot=minussdotsdotsdot
sdot=
minusminusА Дж
4
332 10125
1ln157318
102
020sdotminus=sdotsdot
sdot=
minusminusА Дж
Відповідь Т = 158 К А1-2 = 298middot104 Дж А2-3 = ndash21middot10
4 Дж Графік
процесів показано на малюнку
Приклад 13 Нагрівник теплової машини що працює за циклом
Карно має температуру Ct deg= 2001 Визначити температуру 2T
холодильника якщо при надходженні від нагрівника кількості
теплоти ДжQ 011 = машина виконує роботу ДжA 400=
Розвrsquoязання
За означенням ККД теплової машини
1Q
A=η
а для циклу Карно 1
21
T
TT minus=η
Прирівнявши праві частини виписаних співвідношень
Маємо 1
21
1 T
TT
Q
A minus=
Звідки
minus=
112 1
Q
ATT
Підставимо числові значення KT 4731 =
КT 28001
40014732 =
minus=
Дано
Ct deg= 2001 ДжQ 011 =
ДжA 400=
2T
21
Відповідь KT 2802 =
Приклад 14 Знайти витрату бензину автомобіля на S=1 км шляху
при швидкості годкм 60=υ Потужність двигуна 17 кВт ККД
двигуна 30=η питома теплота згоряння бензину q=45middot106 Джкг
Розвrsquoязання
При згорянні палива виділяється теплота
mqQ sdot=
ККД двигуна Q
Aкор=η Отже
qmQAкор ηη == З другої сторони з
врахуванням потужності υ
SNtNА sdot=sdot=
Прирівнявши ці два вирази отримаємо
q
NSm
ηυ=
Підставимо числові значення
кгт 08045middot1071630
1010176
33
asympsdotsdot
sdotsdot=
Відповідь m = 008 кг
Приклад 15 Ідеальний двоатомний газ здійснює цикл який
складається з двох ізотерм і двох ізохор При цьому найбільша
температура газу 500 К найменша ndash 300 К найбільший обrsquoєм 12 л
найменший ndash 3 л Знайти ККД циклу
Розвrsquoязання
Дано
мкмS3101 ==
смгодкм 71660 ==υ
ВтN31017 sdot=
3030 == ηη
кгДжq 1045 6sdot=
minusт
Дано
5=і
КТ 5001 =
КТ 3002 =
22
p 1
4
T1
T2
2
3
V1 V2 V
ККД циклу Q
А=η
де A - робота виконана газом Q - теплота
отримана газом Розглянемо ізопроцеси При
ізотермічних процесах 0=∆U оскільки
температура не змінюється З першого закону
термодинаміки ( AUQ +∆= ) випливає що в
цьому випадку вся отримана газом теплота
йде на виконання роботи AQ =
Для процесу 1rarr2 маємо
01
211121
2
1
2
1
gt==== intintrarrV
VnRT
m
V
dVRT
mpdVAQ
V
V
V
V
lmicromicro
де тиск V
RTт
р1
1 sdot=micro
Для процесу 3rarr4 маємо
01
222243
2
1
1
2
ltminus=minus=== intintrarrV
VnRT
m
V
dVRT
mpdVAQ
V
V
V
V
lmicromicro
- газ віддає
теплоту
Для ізохорних процесів обrsquoєм не змінюється тому 0=А З першого
закону термодинаміки TRmi
UQ ∆=∆=micro2
Для процесу 2rarr3 маємо
( ) ( ) 022
211232 ltminusminus=minus=rarr TTRmi
TTRmi
Qmicromicro
- газ віддає теплоту
Для процесу 4rarr1 маємо ( ) 02
2114 gtminus=rarr TTRmi
Qmicro
Отже газ виконав роботу ( )211
221 TT
V
VnR
mAAA minus=+= l
micro
Газ отримав теплоту ( )
minus+=+= rarrrarr 21
1
211421
2TT
i
V
VnTR
mQQQ l
micro
Тоді ККД цикла
331 1033 млV
minussdot==
332 101212 млV
minussdot==
minusη
23
( )
( )
( )
( )211
21
211
2
211
21
211
2
22TT
i
V
VnT
TTV
Vn
TTi
V
VnTR
m
TTV
VnR
m
Q
А
minus+
minus
=
minus+
minus
==
l
l
l
l
micro
microη
( )
( )23230
3005002
5
103
1012500
300500103
1012
3
3
3
3
=rArr=
minus+sdot
sdotsdot
minussdot
sdot
=
minus
minus
minus
minus
ηη
n
n
l
l
( 386169302224 =sdot== nn ll )
Відповідь 23=η
Приклад 16 Знайти приріст ентропії при перетворенні 1 г води з
температурою 0degС в пару при 100degС
Розвrsquoязання
Зміна ентропії у випадку оборотного
термодинамічного процесу
int=∆B
AT
QS
δ
де Qδ ndash елементарна кількість теплоти T ndash абсолютна
температура A та B ndash формальні позначення
вихідного і кінцевого стану системи
Розібrsquoємо інтеграл у правій частині виписаної формули на два
доданки що відповідають двом процесам заданим в умові
intint +equiv∆+∆=∆B
C
C
AT
Q
T
QSSS
δδ21
де 1S∆ ndash приріст ентропії при нагріванні води від температури 1T до
температури 2T 2S∆ ndash приріст ентропії при випаровуванні ( 2T за
умовою задачі ndash температура кипіння води)
У першому доданку
cmdTQ =δ
де c ndash питома теплоємність води У другому доданку const2 =T а
Дано
гm 1=
OH2 Ct deg= 01
Ct deg= 1002 S∆
24
rmQQ
B
C
==intδ
де r ndash питома теплота пароутворення Маємо
+=+=∆ intint
21
2
2
ln12
1T
r
T
TcmQ
TT
dTcmS
B
C
T
T
δ
КкгДжс sdotsdot= 310194 кгДжr510622 sdot= кгm
3101 minussdot=
КT 2731 = КT 3732 =
КДжS 47373
10622
273
373ln10194101
533 =
sdot+sdotsdot=∆ minus
Відповідь КДжS 47=∆
Приклад 17 105 г азоту ізотермічно розширюються від обrsquoєму
лV 21 = до обrsquoєму лV 52 = Знайти приріст ентропії при цьому
процесі
Розвrsquoязання
При ізотермічному процесі Т=const
отже зміна внутрішньої енергії 0=dU
Тоді з першого закону термодинаміки
маємо AQ δδ =
Елементарна робота з врахуванням виразу
для тиску р з рівняння Менделєєва-
Клапейрона V
dVRT
mрdVА
microδ ==
Зміна ентропії в оборотному термодинамічному процесі int=∆B
AT
QS
δ
В нашому випадку 1
22
1
V
VnR
m
TV
TdVR
m
T
АS
V
V
B
A
lmicromicro
δ===∆ intint
молькг 1028 3minussdot=micro - молярна маса азота
Підставимо числові значення
Дано
кггт 310510510 minussdot==
лV 21 =
лV 52 =
constТ =
minus∆S
25
КДжnS 922
5318
1028
10510
3
3
=sdotsdotsdot
sdot=∆
minus
minus
l
Відповідь КДжS 92=∆
Приклад 18 Два кіломолі триатомного газу адіабатно
розширюються в пустоту від 31 1мV = до 3
2 5мV = Температура газу
при цьому зменшується на 15 К Знайти за цими даними постійну laquoаraquo
з рівняння Ван-дер-Ваальса
Розвrsquoязання
Перше начало термодинаміки для адіабатного
процесу має вигляд dUA minus=δ де А ndash робота газу
проти зовнішніх сил U ndash внутрішня енергія За
умовою задачі зовнішнього тиску немає
(розширення в пустоту)
тому 0== dVpAδ
В підсумку маємо що 0=dU
Зміна внутрішньої енергії має дві складові
dTCVν що не залежить від зміни обrsquoєму та
( )VdU що залежить від обrsquoєму Остання складова
рівна роботі сили міжмолекулярного притягання
котра спричинює додатковий внутрішній тиск
2
20
V
aP ν=
( ) dVV
adVPVdU
2
20 ν==
Повна зміна внутрішньої енергії газу
02
2 =+ dVV
adTCV νν
Дано
моль3102 sdot=ν
6=i 0=Qδ
Паp 0=
31 1 мV =
32 5 мV =
KT 15minus=∆
a
26
Звідки dVCV
adT
V2
νminus=
Проінтегруємо останнє співвідношення
int int
minus=minus=
2
1
2
1
122
11T
T
V
V VV VVC
a
V
dV
C
adT νν
тобто
minus=∆
12
112
VViR
aT ν
оскільки молярна теплоємність при постійному обrsquoємі Ri
CV2
=
(і ndash число ступенів вільності R ndash універсальна газова стала)
Тепер маємо
( )21
21
2 VV
VTViRa
minus
∆=
ν
( )
( ) 2
4
3230
511022
51153186
моль
мНa
sdot=
minussdotsdot
sdotsdotminussdotsdot=
Відповідь 2
4
230моль
мН sdot=α
3 Задачі для самостійного розвrsquoязування
Вказівки до розвrsquoязування задач
1 В задачах на теплоту складають рівняння теплового балансу сума
теплоти що виділяється при певних процесах дорівнює сумі теплоти
що поглинається при інших процесах
2 В задачах про лід потрібно спочатку зrsquoясувати (кількісними
підрахунками) чи розтане весь лід якщо про це не сказано в умові
Якщо розтане не весь лід то кінцева температура дорівнюватиме 0ordmС
31 Молекулярна фізика
27
Рівняння стану ідеального газу
1 Балон місткістю 12 л заповнений азотом при тиску 81МПа і
температурі 17degС Знайти масу азоту (113 кг)
2 Яким може бути найменший обrsquoєм балона що містить 64 кг
кисню якщо його стінка при температурі 20degС витримує тиск
160 кгссм2 (32middot10
1 м
3)
3 До якої температури потрібно нагріти ідеальний газ щоб його
густина зменшилася у два рази порівняно з густиною цього газу
при Ct deg= 00 (Т=2Т0=546 К)
4 5 г азоту що знаходиться в закритій посудині місткістю 4 л при
температурі 20degС нагрівають до температури 40degС Знайти тиск
газу до і після нагрівання (р1=108middot105Па р2=116middot10
5Па)
5 Знайти густину водню при температурі 15degС і тиску 730 мм ртст
( 30810 мкг=ρ )
6 Густина деякого газу при температурі 10degС і тиску 2sdot105Па
дорівнює 034 3мкг Чому дорівнює маса одного кіломоля цього
газу ( молькг3104
minussdot=micro )
7 10 г кисню знаходяться під тиском 3 атм при температурі 10degС
Після розширення внаслідок нагрівання при постійному тиску
кисень зайняв обrsquoєм 10 л Знайти 1) обrsquoєм газу до розширення 2)
густину газу до розширення 3) температуру газу після
розширення 4) густину газу після розширення
( 331 1042)1 мV
minussdot= 2) 31 144 мкг=ρ 3) Т2=1170 К 4) 3
2 1 мкг=ρ )
8 6 г вуглекислого газу ( )2CO і 5 г закису азоту ( )ON2 заповнюють
посудину місткістю 2 дм3 Який загальний тиск у посудині при
температурі 127degС (415middot105Па)
9 Яка кількість речовини є в газовому балоні обrsquoємом 2 л при тиску
1013 МПа і температурі 10degС (86 моль)
10 Балон для газового зварювання місткістю 20 л був заповнений
киснем при температурі 15degС Коли частину кисню витратили
тиск у балоні знизився на 5065 кПа Скільки кисню було
витрачено ( кгm 1350=∆ )
11 Температура повітря в посудині обrsquoємом 5 л становить 27degС його
тиск 2026 МПа Визначити масу повітря яке потрібно випустити з
посудини щоб тиск у ній знизився до 1013 МПа ( кгm 0590=∆ )
28
12 Визначити густину повітря в камері шин автомобіля ВАЗ 2110
якщо тиск у камері 018 МПа (надлишковий) а температура 20degС
( 3353 кгм=ρ )
13 Знайти густину суміші 10-2 кг вуглекислого газу і 15sdot10
- 2 кг азоту
при температурі 300 К і тиску 015 МПа ( 3981 кгм=ρ )
14 Знайти молярну масу суміші що утворилася з 38sdot10-3 кг кисню і
22sdot10-2 кг вуглекислого газу ( кгмоль2104 minussdot=micro )
15 Накреслити графіки ізотермічного ізобарного та ізохорного
процесів в ідеальному газі у системах координат р V p T V T
Порівняти ці графіки
16 На рис1 зображено графік зміни стану ідеального газу в
координатах V T Виразити ці процеси графічно в координатах p V
та p T Назвати ці процеси
17 Зміна стану ідеального газу сталої маси зображена на рис2 В т1
температура газу Т0 Визначити температуру газу в т234
(Т2=3Т0 Т3=6Т0 Т4=2Т0)
18 Який обrsquoєм займає суміш газів ndash азоту масою кгm 11 = і гелію
масою кгm 12 = ndash при нормальних умовах (64 м3)
19 Скільки молекул міститься в 1 г водяної пари (33sdot1022
)
20 Скільки молекул буде знаходитися в 1 см3 посудини при 10degС
якщо посудину підкачано до ртстммp11101 minussdot= (34sdot10
5)
21 У балоні місткістю лV 3= знаходиться кисень масою 4 г
Визначити кількість речовини ν газу і концентрацію n його
молекул (ν =0125 моль n=251sdot1025м
-3)
Рис 1 Рис 2
29
22 У балоні було 10 кг газу при тиску 10 МПа Знайти яку масу газу
взяли з балона якщо тиск став рівним 25 МПа Температуру
вважати постійною (75 кг)
23 Балони місткістю лV 201 = і лV 442 = заповнені газом Тиск у
першому балоні МПаp 421 = у другому ndash МПаp 612 =
Визначити загальний тиск p після сполучення балонів якщо
температура газу залишилася попередньою (076 МПа)
24 Газ в кількості m=16 г при тиску р=106 Нм
2 і температурі t=112degС
займає обrsquoєм V=1600 см3 Визначити який це газ (кисень)
25 При якому тиску р густина ρ газоподібного азоту що має
температуру t= - 73degС складає 04 густини води кімнатної
температури 33
010 кгмρ = ( 271042 Нмр sdot= )
26 Відкрита посудина нагріта до температури t2=450degС Яка частина
маси повітря залишилась в ній в порівнянні з тією кількістю яка
була при t1=27degС Розширенням посудини знехтувати
(m2m1=0415)
27 10 г кисню знаходяться під тиском 0303 мкПа при температурі
10degС Після розширення внаслідок нагрівання при постійному
тиску кисень зайняв обrsquoєм 10 л Знайти обrsquoєм газу до розширення і
температуру газу після розширення (V1=24sdot10-3 м
3 Т2=118sdot10
3 К)
28 Скільки молекул повітря буде знаходитись в 1 см3 посудині при
10degС якщо повітря в посудині відкачане до тиску 133 мкПа
(34sdot108)
29 У 1 кг сухого повітря знаходиться m1=232 г кисню і m2=768 г
азоту Знайти відносну молярну масу повітря (microсм=288 кгмоль
microвідн=288 кгмоль)
30 У скільки разів вага повітря взимку (7 0
С) більша за його вагу
влітку (37 0 С) Тиск однаковий (11 рази)
31 У відкритій посудині при Ct0
1 20= є повітря гm 1501 = На яку
величину m∆ зменшиться маса повітря в посудині при нагріванні
її до Ct0
1 100= Зміною розмірів посудини при нагріванні
знехтувати ( m∆ =322 г)
32 У посудині знаходиться суміш 10 г вуглекислого газу і 15 г азоту
Знайти густину цієї суміші при температурі 27 0
С і тиску
15sdot10 5 Па ( 3981 мкг=ρ )
33 Знайти масу атома 1)водню 2) гелію
30
( )(10656)(10671 2727 геліюкгmводнюкгmminusminus sdot=sdot= )
34 Визначити концентрацію n молекул ідеального газу при
температурі Т= 300 К і тиску р =1 МПа ( n=224sdot10 17 м
-3)
Основне рівняння молекулярно-кінетичної теорії газів
швидкості молекул
35 Тиск p газу дорівнює 1 мПа концентрація n його молекул рівна
310101 minussdot см Визначити 1) температуру Т газу 2) середню
кінетичну енергію ( )1кЕ поступального руху молекули
( 1) Т=725 кК 2) ( )1кЕ =15sdot10
-19 Дж)
36 Молекула кисню при нормальних умовах рухається зі швидкістю
425 мс Визначити кінетичну енергію молекули
( ( )1кЕ =48sdot10
-21Дж)
37 Визначити кінетичну енергію поступального руху молекули
аміаку а також повну кінетичну енергію молекул одного моля
аміаку при температурі 373 К ( ( )1кЕ =773sdot10
-21Дж Еk=932 Дж)
38 Визначити сумарну кінетичну енергію теплового руху всіх
молекул кисню (О2) що займають обrsquoєм V=55sdot10-3 м
3 при тиску
р=2026 кПа (Еk=279 кДж)
39 Густина деякого газу 3060 мкгρ = середня квадратична
швидкість його молекул смкв 500=υ Знайти тиск газу на стінки
посудини (5 кПа)
40 Газ займає обrsquoєм лV 1= під тиском атмр 2= Визначити
кінетичну енергію kE поступального руху всіх молекул в даному
обrsquoємі (03 кДж)
41 Кількість речовини деякого газу моль51=ν температура
КТ 120= Визначити кінетичну енергію kE поступального руху
всіх молекул цього газу (73 кДж)
31
42 При якій температурі середня кінетична енергія ( )1кЕ
поступального руху молекули газу рівна Дж2110144 minussdot
(200 К)
43 Посудина зі внутрішнім обrsquoємом лV 4= містить гm 60=
деякого газу під тиском атмр 2= Визначити середню
квадратичну швидкість молекул газу (2 103
см )
43 Середня квадратична швидкість руху молекул деякого газу що
перебуває під тиском 50 кПа дорівнює 449 мс Визначити
густину газу при цих умовах ( 37440 мкг=ρ )
44 При якій температурі середня квадратична швидкість молекул
кисню дорівнює швидкості молекул азоту при температурі 373 К
(Т = 426 К)
46 Знайти середню арифметичну швидкість молекул газу коли
відомо що середня квадратична швидкість 400 мс
( см370=υ )
47 Знайти найбільш імовірну та середню арифметичну швидкості
молекул газу густина якого при тиску 40 кПа дорівнює 03 кгм3
( імυ = 5164 мс υ = 6324 мс)
48 Знайти середню квадратичну швидкість молекул повітря при
температурі 17deg С Повітря вважати однорідним газом з молярною
масою 29sdot10-3 кгмоль ( 500=квυ мс)
49 Визначити середню квадратичну швидкість квυ молекул газу
масою гm 30= що знаходиться в посудині місткістю лV 2= під
тиском кПаp 200= (2sdot10 3 мс)
50 Знайти відношення середніх квадратичних швидкостей молекул
гелію та азоту при однакових температурах (265)
51 Знайти середню квадратичну квυ середню арифметичну υ та
найімовірнішу імυ швидкості молекул водню Обчислення
виконати для трьох значень температури 1) КТ 20=
2) КТ 300= 3) КТ 5000= ( 1) 500 мс 462мс 407 мс
2) 194 кмс 179 кмс 158 кмс 3) 790 кмс 730 кмс 648 кмс)
52 При якій температурі Т середня квадратична швидкість атомів
гелію буде дорівнювати другій космічній швидкості
скм2112 =υ (201 кК)
32
53 Знайти середню арифметичну швидкість υ молекул газу якщо їх
середня квадратична швидкість скмкв 1=υ (092 кмс)
54 Кінетична енергія поступального руху молекул азоту що
знаходиться в обrsquoємі 20 дм3 дорівнює 5 кДж а середня
квадратична швидкість його молекул рівна 2 кмс Знайти 1) масу
азоту в балоні 2) тиск під яким знаходиться азот
( 1) т=25sdot103 кг 2) р=167sdot10
5 Па)
55 Посудина що містить деяку масу одноатомного газу рухається зі
швидкістю u На скільки збільшиться середній квадрат швидкості
теплового руху молекул при зупинці посудини Теплоємність
теплопровідність і маса стінок посудини зникаюче малі
56 Обчислити кількість теплоти що необхідна для нагрівання повітря
від Т1= 273 К до Т2= 303 К при сталому тиску якщо спочатку воно
перебувало при нормальному тиску р1 і мало обrsquoєм V1=50 м3
(∆Q=1948 кДж)
57 Яка кількість теплоти необхідна для нагрівання одного моля
одноатомного газу на 1 К при сталому обrsquoємі (∆Q=124 кДж)
58 Балон місткістю 2sdot10-2
м3 з киснем що має тиск 1013 МПа і
температуру 280 К нагрівають до 300 К Яку кількість теплоти
дістає при цьому газ (∆Q=35 кДж)
59 Визначити кількість теплоти (∆Q) що необхідна для нагрівання
повітря від Т1= 273 К до Т2=298 К при сталому обrsquoємі V1=30 м3
якщо початковий тиск повітря р1 був нормальний
(∆Q=6957 кДж)
32 Термодинаміка Реальні гази
Внутрішня енергія робота розширення газу
перше начало термодинаміки
60 Чому дорівнює енергія теплового руху молекул двоатомного газу
що знаходиться в посудині місткістю 2 л під тиском 015 МПа
(U=750 Дж)
61 10 г кисню знаходяться під тиском 03 МПа при температурі 10degС
Після нагрівання при постійному тиску газ зайняв обrsquoєм 10 л
Знайти 1) кількість теплоти одержаної газом 2) зміну
33
внутрішньої енергії газу 3) роботу виконану газом при
розширенні ( 1) 792sdot103Дж 2) 5660 Дж 3) 226sdot10
3 Дж)
62 2 кмолі вуглекислого газу нагріваються при постійному тиску на
50degС Знайти 1) зміну його внутрішньої енергії 2) роботу
розширення 3) кількість теплоти наданої газу
( 1) 2500 Дж 2) 830 кДж 3) 3300 кДж)
63 Газ що займав обrsquoєм 5 л і знаходився під тиском 02 МПа при
температурі 17degС було нагріто внаслідок чого він ізобарно
розширився Робота розширення газу при цьому виявилася рівною
196 Дж Наскільки нагріто газ (57 К)
64 При ізотермічному розширенні 10 г азоту що знаходиться при
температурі 17degС було виконано роботу 860 Дж У скільки разів
змінився тиск азоту при розширенні (272)
65 1л гелію котрий знаходиться при нормальних умовах ізотермічно
розширюється за рахунок одержаної ззовні теплоти до обrsquoєму 2 л
Знайти 1) роботу виконану газом при розширенні 2) кількість
наданої газу теплоти ( 1) 70 Дж 2) 70 Дж )
66 1 кг двоатомного газу знаходиться під тиском 80 кПа і має
густину 34 мкг=ρ Знайти енергію теплового руху молекул газу
при цих умовах (5sdot104Дж)
67 У посудину в котрій міститься 28 л води при температурі 20degС
вкинули нагрітий до 460degС кусок сталі що має масу 3кг Від цього
вода в посудині нагрілася до 60degС а частина її перетворилася в
пару Визначити масу води котра випарувалася Теплоємністю
посудини знехтувати
68 Знайти для кисню відношення питомої теплоємності при сталому
тиску до питомої теплоємності при постійному обrsquoємі (14)
69 1 кмоль азоту який знаходився при нормальних умовах
розширюється адіабатно від обrsquoєму 1V до обrsquoєму 12 5VV =
Знайти1) зміну внутрішньої енергії газу 2) роботу виконану при
розширенні ( 1) 269 sdot10 6 Дж 2) 269 sdot10
6 Дж)
70 Повітря що при нормальному атмосферному тиску зайняло обrsquoєм
2sdot10-2
м3 адіабатно стискується до обrsquoєму 2sdot10
-3 м
3 Визначити
тиск повітря після стискання (р=254 МПа)
71 Знайти питомі теплоємності азоту та їхні відношення при сталому
обrsquoємі та сталому тиску ( КкДжкгcV sdot= 7420
КкгкДжcp sdot= 041 )
34
72 Знаючи молярну масу газу ( кгмольmicro 31044 minussdot= ) і відношення
питомих теплоємностей (γ=133) обчислити молярні теплоємності
Ср і СV ( СV=0566 кДжкгsdotК Ср=0754 кДжкгsdotК)
Теплоємність адіабатний процес
73 Різниця питомих теплоємностей Vp cc minus деякого двоатомного газу
дорівнює 260 Джкг К Знайти молярну масу micro газу і його питомі
теплоємності pc та cV
( micro=0032 молькг cV=650 ДжкгmiddotК pc =910 ДжкгmiddotК)
74 Молярна маса деякого газу мольг30=micro відношення
41=Vp cc Знайти питомі теплоємності pc і сV цього газу
( сV=693 ДжкгmiddotК pc =910 ДжкгsdotК )
75 До якої температури охолодиться повітря що знаходиться при
температурі 0degС якщо воно розширюється адіабатно від обrsquoєму 1V
до обrsquoєму 12 2VV = (207 К)
76 Газ розширюється адіабатно при цьому обrsquoєм його збільшується
вдвічі а температура падає в 132 рази Яке число ступенів
вільності мають молекули цього газу (5)
77 Чому дорівнюють питомі теплоємності pc і сV деякого
двоатомного газу якщо густина цього газу при нормальних
умовах дорівнює 143 кгм3 (сV=650 ДжкгmiddotК pc =910 ДжкгmiddotК)
78 Двоатомний газ займає обrsquoєм лV 501 = при тиску атмp 501 =
Газ стискується адіабатно до деякого обrsquoєму 2V і тиску 2p а
потім при постійному обrsquoємі 2V охолоджується до початкової
температури При цьому тиск його стає рівним атмp 10 =
Зобразити описаний процес графічно знайти обrsquoєм 2V і тиск 2p
(025 л 132 атм)
79 Газ розширюється адіабатно так що його тиск спадає від 2 атм
до 1 атм Потім він нагрівається при постійному обrsquoємі до
початкової температури причому його тиск зростає до 122 атм
35
Зобразити описаний процес графічно і визначити відношення
Vp cc газу (14)
Цикл Карно ентропія
80 Ідеальна теплова машина що працює за циклом Карно отримує за
кожний цикл від нагрівника 600 кал теплоти Температура
нагрівника 400 К температура холодильника 300 К Знайти
роботу що виконує машина за один цикл і кількість теплоти
котра віддається холодильнику за один цикл
( А=630 Дж Q2=1880 Дж)
81 Ідеальна теплова машина що працює за циклом Карно 23
теплоти одержаної від нагрівника передає холодильнику з
температурою 10degС Визначити температуру нагрівника (4245 К)
82 Ідеальна теплова машина працює за циклом Карно При цьому
80 теплоти одержаної від нагрівника передається
холодильнику Від нагрівника надходить за цикл 15 ккал теплоти
Знайти 1) ККД циклу 2) роботу виконану за цикл
( 1) 20 2) 126sdot103Дж)
83 Ідеальна теплова машина що працює за циклом Карно виконує
за один цикл роботу 735sdot 10 4 Дж Температура нагрівника 100
0 С
температура холодильника 00 С Знайти1) ККД машини
2) кількість теплоти одержаної машиною за один цикл від
нагрівника 3) кількість теплоти яка віддається за один цикл
холодильнику ( 1) 268 2) 274 sdot10 4 Дж 3) 126 sdot10
4 Дж)
84 Ідеальна теплова машина отримує від нагрівника температура
якого 500 К за один цикл 3360 Дж теплоти Знайти кількість
теплоти що передається за один цикл холодильнику температура
якого 400 К Знайти роботу машини за один цикл
(Q2= 2688 Дж А= 672 Дж)
85 Ідеальна теплова машина що працює за циклом Карно має
температуру нагрівника 600 К а холодильника 500 К У скільки
разів потрібно збільшити абсолютну температуру нагрівника щоб
ККД машини збільшився вдвічі (в 125)
86 Визначити ККД циклу і температуру нагрівника теплової
машини яка працює за циклом Карно якщо за рахунок 2 кДж
теплоти одержаної від нагрівника вона виконує роботу 400 Дж
Температура холодильника 480 К (20 600 К)
36
87 Знайти зміну ентропії при ізотермічному розширенні 6 г водню зі
зменшенням тиску від 01 МПа до 50 кПа (173 ДжК)
88 105 г азоту ізотермічно розширюються від обrsquoєму лV 21 = до
обrsquoєму лV 52 = Знайти приріст ентропії в цьому процесі
(29 ДжК)
89 10 г кисню нагріваються від Ct deg= 501 до Ct deg= 1502 Знайти зміну
ентропії якщо нагрівання відбувається 1) ізохорно 2) ізобарно
( 1) 176 ДжК 2) 246 ДжК )
90 У циклі Карно робочим тілом є двоатомний газ Визначити ККД
циклу якщо при адіабатичному розширенні обrsquoєм газу збільшився
від 80 до 102 дм3 (01 або 10)
91 05 кг розплавленого свинцю при температурі плавлення влили в
лід при 0degС Частина льоду розплавилася Знайти зміну ентропії
(50 ДжК)
Реальні гази явища перенесення
92 Знайти критичний молярний обrsquoєм азоту
93 Розрахувати густину кисню у критичному стані
94 Знайти середню довжину вільного пробігу атомів гелію в умовах
коли густина гелію 321 мг=ρ (18sdot10-6 м)
95 Знайти середню довжину вільного пробігу атомів азоту при
температурі 17 0 С і тиску 10
4 Па ( м610 minus=λ )
96 Знайти залежність середнього числа зіткнень молекул z ідеального
газу від тиску р в наступних процесах 1) ізохорному
2)ізотермічному Зобразити ці залежності на графіках
( pzpz asympasymp )2)1 )
97 У посудині знаходиться вуглекислий газ густина якого 321012 мкгminussdot=ρ середня довжина вільного пробігу його
молекул при цих умовах дорівнює см61097 minussdot=λ Знайти
діаметр молекул вуглекислого газу ( d =35sdot 10 -10
м )
37
98 Знайти діаметр молекули кисню якщо відомо що для кисню
коефіцієнт внутрішнього тертя при 0ordm С дорівнює
сПа sdotsdot= minus610818η ( d = 3middot10
-10 м)
99 Знайти динамічну вrsquoязкість азоту при нормальних умовах якщо
коефіцієнт дифузії для нього при цих умовах дорівнює
сcм21420 (η = 178sdot10-5 Паsdotс)
100 Знайти коефіцієнт теплопровідності водню якщо його
динамічна вrsquoязкість при таких самих умовах рівна смкПа sdot68
(0090 ВтмmiddotК)
101 Коефіцієнт дифузії і динамічної вrsquoязкість кисню дорівнюють
см2510221
minussdot та сПа sdotsdot= minus510951η відповідно Знайти при
цих умовах 1) густину кисню 2) середню довжину вільного
пробігу його молекул і 3) середню арифметичну швидкість його
молекул ( 1) 16 кгм3 2) 835sdot10
-8 м 3) 440 мс)
102 Знайти залежність коефіцієнта теплопровідності κ газу від
температури Т в умовах ізобарного та ізохорного процесів
Зобразити ці залежності графічно (1 κ~ Т 2 κ~ Т )
103 Зайти коефіцієнт дифузії при нормальних умовах 1)гелію
2)кисню ( 1) сcм2720 2) сcм2180 )
104 Коефіцієнт дифузії D кисню при температурі t=0ordmС дорівнює
019 см2с Визначити середню довжину вільного пробігу λ
молекул кисню ( λ =135 нм)
105 Визначити залежність коефіцієнта дифузії D ідеального газу від
температури при наступних процесах 1)ізобарному
2)ізохорному ( 1) D~ 3Т 2) D~ Т )
106 Визначити залежність динамічної вrsquoязкості η від температури Т
при наступних процесах 1)ізобарному 2) ізохорному Зобразити
ці залежності на графіках ( 1) η ~ Т 2) η ~ Т )
107 Знайти коефіцієнт дифузії та коефіцієнт внутрішнього тертя
повітря при тиску 760 мм рт ст і температурі 10ordmС Діаметр
молекули повітря прийняти 3middot10-1 м
(148middot10-5 м
2с 185middot10
- 5 Паsdotс)
108 У скільки разів коефіцієнт внутрішнього тертя кисню більший за
коефіцієнт внутрішнього тертя азоту Температура газів
однакова (107)
38
109 Знайти коефіцієнт теплопровідності повітря при температурі
10ordmС і тиску 105 Па Діаметр молекули повітря прийняти рівним
3middot10-8 см (132middot10
-3 ВтмmiddotК)
110 Знайти залежність коефіцієнта теплопровідностіκ від тиску р
при наступних процесах 1)ізотермічному 2)ізохоричному
Зобразити ці залежності на графіках
( 1) Не залежить 2) κ ~ р )
Таблиця для самостійної роботи
Варіанти
завдань
Номери задач
1 1 11 35 45 60 73 85 97
2 2 12 36 46 61 74 86 98
3 3 13 37 47 62 75 87 99
4 4 14 38 48 63 76 88 100
5 5 15 39 49 64 77 89 103
6 6 16 40 50 65 80 92 104
7 7 17 41 51 66 81 93 105
8 8 18 42 52 67 82 94 106
9 9 19 43 53 68 83 95 107
10 10 20 44 54 69 84 96 108
Задачі для усного розвrsquoязування
111 Під час накачування повітря в гумову камеру одночасно
збільшується його обrsquoєм і тиск Чи не суперечить це закону Бойля -
Маріотта
112 Чому влітку шини коліс автомобілів накачують повітрям до
меншого тиску ніж взимку
113 Якої форми необхідно взяти посудину щоб сила тиску на дно
дорівнювала вазі рідини Була більша Менша ваги рідини
39
114 У посудині наповненій до краю водою плаває кусок льоду Чи
виллється вода з посудини коли лід розтане
115 Дві кульки ndash мідна та алюмінієва зрівноважені на пружинних
терезах Чи порушиться рівновага терезів якщо кульки упустити у
воду
116 Чи можна перелити воду з однієї склянки в іншу знаходячись в
кабіні штучного супутника Землі
117 Повітря складається з азоту кисню та інших газів Чи однакова
кінетична енергія поступального руху молекул цих газів при даній
температурі
118 Якими способами можна змінити внутрішню енергію тіла
119 В якому випадку зміна тиску газу буде більшою при адіабатній
чи ізотермічній зміні обrsquoєму
120 Чому ізотермічне розширення газу відбувається тільки внаслідок
підведення до нього деякої кількості теплоти
121 Чому в дизелі нема потреби запалювати пальну суміш
електричною іскрою як це робиться в інших двигунах
122 Під час роботи пневматичний молот що працює за рахунок
енергії стиснутого повітря зовні обмерзає Яка причина охолодження
123 Після сильного шторму вода в морі стає теплішою Чому
124 Деяку масу ідеального газу нагрівають на однакову кількість
градусів один раз при сталому тиску а другий раз при сталому обrsquoємі
В якому випадку потрібна більша кількість теплоти Чому
125 Чому вода на дні океану залишається холодною в той час як по
мірі просування в глибину Землі на кожні 100 м температура
збільшується приблизно на 3deg
40
126 Чи може теплова машина мати ККД=100 якщо працюватиме за
ідеальним циклом
127 Чи можна створити умови за яких внутрішня енергія переходила
б від тіл з нижчою температурою до тіл з вищою температурою
128 Чи охолоне повітря в кімнаті якщо відчинити двері домашнього
холодильника ввімкнутого в мережу
129 Чому температура пари яка надходить у парову турбіну нижча
за температуру пари що виходить з неї
130 Накреслити криві ізобарного ізохорного ізотермічного процесів
на діаграмах залежності V T P T P V
131 Як пояснити утворення роси і туману
132 Коли і чому на дроті лінії електропередач зrsquoявляється іній
133 Обrsquoєм посудини в якій міститься насичена пара ізотермічно
збільшили в 5 разів Що сталося з тиском пари
134 Чому туман зrsquoявляється в вечірній час а зранку зникає
135 Чому після дощу стає холодніше Пояснити це явище
4 Довідкові дані
Фундаментальні фізичні сталі
Гравітаційна стала 221110676 кгмНG sdotsdot= minus
Прискорення вільного падіння 2см819=g
Стала Авогадро 12310026 minussdot= мольN A
Стала Больцмана КДжk2310381 minussdot=
Стала Лошмідта 3250 10692 minussdot= мn
Газова стала КмольДжR sdot= 3148
41
Молярний обrsquoєм ідеального газу
при ну мольмV
330 1041322 minussdot=
Густина деяких речовин
Речов
ина ρsdot10
3 (кгм
3) Речовина ρsdot10
3
(кгм3)
мідь 86 вода 100
залізо 79 гліцерин 126
свине
ць
113 касторове
масло
089
ртуть 136 повітря 000129
Молярні маси деяких речовин
Речовин
а
Молекул
а
micro10- 3
кгмоль Речовина
Молекул
а
micro10-3
кгмоль
Азот N2 28 Гелій Hе 4
Аргон Ar 40 Кисень О2 32
Неон Ne 20 Повітря - 29
Вода H2O 18 Ртуть Hg 201
Водень H2 2 Кухонна
сіль NaCl 58
Вуглекг CO2 44
Нормальні умови
КT 2730 = атмстртммПаp 176010011 50 ==sdot=
Питомі теплоємності для деяких речовин
Сталь КкгДжc sdot= 460
Свинець КкгДжс sdot= 126
Питома теплота плавлення свинцю КкгДж sdotsdot= 410262λ
42
Символи і відносні атомні маси деяких хімічних елементів
H He C N O Cu K Li Na
1 4 12 14 16 64 39 6 23
Деякі параметри води
питома теплота пароутворення при 100degС ndash кгМДжr 262=
питома теплоємність ndash КкгкДжс sdot= 194
питома теплота плавлення при 0degС ndash кгДж510353 sdot=λ
43
Критичні параметри
Елемент КкрT
МПакрp
азот 12
6
34
кисень 15
4
507
Ефективні діаметри молекул
Елем
ент
нмσ
азот 03
0
гелій 02
0
Префікси для утворення кратних одиниць
Префікс Позначення Числове
значення Префікс Позначення
Числове
значення
тера Т T 1012
піко п p 10-12
гіга Г G 109 нано н n 10
-9
мега М M 106 мікро мк micro 10
-6
кіло к k 103 мілі м m 10
-3
Одиниці довжини обrsquoєму тиску концентрації кількості
теплоти коефіцієнта дифузії використані в задачах (в СІ) 333 10111 мдмл minussdot== Нкгс 891 = Джкал 1941 =
мдм 1101 minus= мсм 2101 minus= 363 101 мсм minus= 363 101 мсм =minus
Памкгс 891 2 = ПаабомНсмкгс 242 10891 sdot=
Паммкгс 62 10891 sdot= Паатм 5100111 sdot= (фізична атмосфера)
44
Паат 5109801 sdot= (технічна атмосфера) смссм 101 242 minus=
45
Одиниці в яких вимірюються деякі фізичні величини (в СІ)
Робота енергія ЕА Дж
Кількість теплоти Q Дж
Потужність P або N Джс=Вт
Тиск р Па=Нм2
Молярна маса micro кгмоль
Концентрація п м-3
Теплоємність питома с ДжкгmiddotК
Теплоємність молярна С ДжмольmiddotК
Поверхневий натяг α Нм
Динамічна вrsquoязкість η Паmiddotс=Нmiddotсм2=кгмmiddotс
Коефіцієнт дифузії D м2с
Коефіцієнт теплопровідності κ ВтмmiddotК
Приріст ентропії S∆ ДжК
Сталі Ван-дер-Ваальса а та b Нmiddotм4моль
2 та м
3моль
5Література
1 Загальна фізика за редакцією Ковалець МО Орленка ВФ
Частина1 Інтерактивний комплекс навчально-методичного
забезпечення Рівне 2009
2 Волькенштейн ВС Сборник задач по общему курсу физики- М
ldquoНаукаrdquo1985-1989
3 Иродов ИЕ Задачи по общей физике-МrdquoНаукаrdquo 1982
4 Савельев ИВ Сборник вопросов и задач по общей физике-
МldquoНаукаrdquo1982
5 Чертов АГВоробьев АА Федоров МВ Задачник по физике -М
ldquoВысшая школаrdquo1988
6 Х Кухлинг Справочник по физике-М ldquoМирrdquo1985
21
Відповідь KT 2802 =
Приклад 14 Знайти витрату бензину автомобіля на S=1 км шляху
при швидкості годкм 60=υ Потужність двигуна 17 кВт ККД
двигуна 30=η питома теплота згоряння бензину q=45middot106 Джкг
Розвrsquoязання
При згорянні палива виділяється теплота
mqQ sdot=
ККД двигуна Q
Aкор=η Отже
qmQAкор ηη == З другої сторони з
врахуванням потужності υ
SNtNА sdot=sdot=
Прирівнявши ці два вирази отримаємо
q
NSm
ηυ=
Підставимо числові значення
кгт 08045middot1071630
1010176
33
asympsdotsdot
sdotsdot=
Відповідь m = 008 кг
Приклад 15 Ідеальний двоатомний газ здійснює цикл який
складається з двох ізотерм і двох ізохор При цьому найбільша
температура газу 500 К найменша ndash 300 К найбільший обrsquoєм 12 л
найменший ndash 3 л Знайти ККД циклу
Розвrsquoязання
Дано
мкмS3101 ==
смгодкм 71660 ==υ
ВтN31017 sdot=
3030 == ηη
кгДжq 1045 6sdot=
minusт
Дано
5=і
КТ 5001 =
КТ 3002 =
22
p 1
4
T1
T2
2
3
V1 V2 V
ККД циклу Q
А=η
де A - робота виконана газом Q - теплота
отримана газом Розглянемо ізопроцеси При
ізотермічних процесах 0=∆U оскільки
температура не змінюється З першого закону
термодинаміки ( AUQ +∆= ) випливає що в
цьому випадку вся отримана газом теплота
йде на виконання роботи AQ =
Для процесу 1rarr2 маємо
01
211121
2
1
2
1
gt==== intintrarrV
VnRT
m
V
dVRT
mpdVAQ
V
V
V
V
lmicromicro
де тиск V
RTт
р1
1 sdot=micro
Для процесу 3rarr4 маємо
01
222243
2
1
1
2
ltminus=minus=== intintrarrV
VnRT
m
V
dVRT
mpdVAQ
V
V
V
V
lmicromicro
- газ віддає
теплоту
Для ізохорних процесів обrsquoєм не змінюється тому 0=А З першого
закону термодинаміки TRmi
UQ ∆=∆=micro2
Для процесу 2rarr3 маємо
( ) ( ) 022
211232 ltminusminus=minus=rarr TTRmi
TTRmi
Qmicromicro
- газ віддає теплоту
Для процесу 4rarr1 маємо ( ) 02
2114 gtminus=rarr TTRmi
Qmicro
Отже газ виконав роботу ( )211
221 TT
V
VnR
mAAA minus=+= l
micro
Газ отримав теплоту ( )
minus+=+= rarrrarr 21
1
211421
2TT
i
V
VnTR
mQQQ l
micro
Тоді ККД цикла
331 1033 млV
minussdot==
332 101212 млV
minussdot==
minusη
23
( )
( )
( )
( )211
21
211
2
211
21
211
2
22TT
i
V
VnT
TTV
Vn
TTi
V
VnTR
m
TTV
VnR
m
Q
А
minus+
minus
=
minus+
minus
==
l
l
l
l
micro
microη
( )
( )23230
3005002
5
103
1012500
300500103
1012
3
3
3
3
=rArr=
minus+sdot
sdotsdot
minussdot
sdot
=
minus
minus
minus
minus
ηη
n
n
l
l
( 386169302224 =sdot== nn ll )
Відповідь 23=η
Приклад 16 Знайти приріст ентропії при перетворенні 1 г води з
температурою 0degС в пару при 100degС
Розвrsquoязання
Зміна ентропії у випадку оборотного
термодинамічного процесу
int=∆B
AT
QS
δ
де Qδ ndash елементарна кількість теплоти T ndash абсолютна
температура A та B ndash формальні позначення
вихідного і кінцевого стану системи
Розібrsquoємо інтеграл у правій частині виписаної формули на два
доданки що відповідають двом процесам заданим в умові
intint +equiv∆+∆=∆B
C
C
AT
Q
T
QSSS
δδ21
де 1S∆ ndash приріст ентропії при нагріванні води від температури 1T до
температури 2T 2S∆ ndash приріст ентропії при випаровуванні ( 2T за
умовою задачі ndash температура кипіння води)
У першому доданку
cmdTQ =δ
де c ndash питома теплоємність води У другому доданку const2 =T а
Дано
гm 1=
OH2 Ct deg= 01
Ct deg= 1002 S∆
24
rmQQ
B
C
==intδ
де r ndash питома теплота пароутворення Маємо
+=+=∆ intint
21
2
2
ln12
1T
r
T
TcmQ
TT
dTcmS
B
C
T
T
δ
КкгДжс sdotsdot= 310194 кгДжr510622 sdot= кгm
3101 minussdot=
КT 2731 = КT 3732 =
КДжS 47373
10622
273
373ln10194101
533 =
sdot+sdotsdot=∆ minus
Відповідь КДжS 47=∆
Приклад 17 105 г азоту ізотермічно розширюються від обrsquoєму
лV 21 = до обrsquoєму лV 52 = Знайти приріст ентропії при цьому
процесі
Розвrsquoязання
При ізотермічному процесі Т=const
отже зміна внутрішньої енергії 0=dU
Тоді з першого закону термодинаміки
маємо AQ δδ =
Елементарна робота з врахуванням виразу
для тиску р з рівняння Менделєєва-
Клапейрона V
dVRT
mрdVА
microδ ==
Зміна ентропії в оборотному термодинамічному процесі int=∆B
AT
QS
δ
В нашому випадку 1
22
1
V
VnR
m
TV
TdVR
m
T
АS
V
V
B
A
lmicromicro
δ===∆ intint
молькг 1028 3minussdot=micro - молярна маса азота
Підставимо числові значення
Дано
кггт 310510510 minussdot==
лV 21 =
лV 52 =
constТ =
minus∆S
25
КДжnS 922
5318
1028
10510
3
3
=sdotsdotsdot
sdot=∆
minus
minus
l
Відповідь КДжS 92=∆
Приклад 18 Два кіломолі триатомного газу адіабатно
розширюються в пустоту від 31 1мV = до 3
2 5мV = Температура газу
при цьому зменшується на 15 К Знайти за цими даними постійну laquoаraquo
з рівняння Ван-дер-Ваальса
Розвrsquoязання
Перше начало термодинаміки для адіабатного
процесу має вигляд dUA minus=δ де А ndash робота газу
проти зовнішніх сил U ndash внутрішня енергія За
умовою задачі зовнішнього тиску немає
(розширення в пустоту)
тому 0== dVpAδ
В підсумку маємо що 0=dU
Зміна внутрішньої енергії має дві складові
dTCVν що не залежить від зміни обrsquoєму та
( )VdU що залежить від обrsquoєму Остання складова
рівна роботі сили міжмолекулярного притягання
котра спричинює додатковий внутрішній тиск
2
20
V
aP ν=
( ) dVV
adVPVdU
2
20 ν==
Повна зміна внутрішньої енергії газу
02
2 =+ dVV
adTCV νν
Дано
моль3102 sdot=ν
6=i 0=Qδ
Паp 0=
31 1 мV =
32 5 мV =
KT 15minus=∆
a
26
Звідки dVCV
adT
V2
νminus=
Проінтегруємо останнє співвідношення
int int
minus=minus=
2
1
2
1
122
11T
T
V
V VV VVC
a
V
dV
C
adT νν
тобто
minus=∆
12
112
VViR
aT ν
оскільки молярна теплоємність при постійному обrsquoємі Ri
CV2
=
(і ndash число ступенів вільності R ndash універсальна газова стала)
Тепер маємо
( )21
21
2 VV
VTViRa
minus
∆=
ν
( )
( ) 2
4
3230
511022
51153186
моль
мНa
sdot=
minussdotsdot
sdotsdotminussdotsdot=
Відповідь 2
4
230моль
мН sdot=α
3 Задачі для самостійного розвrsquoязування
Вказівки до розвrsquoязування задач
1 В задачах на теплоту складають рівняння теплового балансу сума
теплоти що виділяється при певних процесах дорівнює сумі теплоти
що поглинається при інших процесах
2 В задачах про лід потрібно спочатку зrsquoясувати (кількісними
підрахунками) чи розтане весь лід якщо про це не сказано в умові
Якщо розтане не весь лід то кінцева температура дорівнюватиме 0ordmС
31 Молекулярна фізика
27
Рівняння стану ідеального газу
1 Балон місткістю 12 л заповнений азотом при тиску 81МПа і
температурі 17degС Знайти масу азоту (113 кг)
2 Яким може бути найменший обrsquoєм балона що містить 64 кг
кисню якщо його стінка при температурі 20degС витримує тиск
160 кгссм2 (32middot10
1 м
3)
3 До якої температури потрібно нагріти ідеальний газ щоб його
густина зменшилася у два рази порівняно з густиною цього газу
при Ct deg= 00 (Т=2Т0=546 К)
4 5 г азоту що знаходиться в закритій посудині місткістю 4 л при
температурі 20degС нагрівають до температури 40degС Знайти тиск
газу до і після нагрівання (р1=108middot105Па р2=116middot10
5Па)
5 Знайти густину водню при температурі 15degС і тиску 730 мм ртст
( 30810 мкг=ρ )
6 Густина деякого газу при температурі 10degС і тиску 2sdot105Па
дорівнює 034 3мкг Чому дорівнює маса одного кіломоля цього
газу ( молькг3104
minussdot=micro )
7 10 г кисню знаходяться під тиском 3 атм при температурі 10degС
Після розширення внаслідок нагрівання при постійному тиску
кисень зайняв обrsquoєм 10 л Знайти 1) обrsquoєм газу до розширення 2)
густину газу до розширення 3) температуру газу після
розширення 4) густину газу після розширення
( 331 1042)1 мV
minussdot= 2) 31 144 мкг=ρ 3) Т2=1170 К 4) 3
2 1 мкг=ρ )
8 6 г вуглекислого газу ( )2CO і 5 г закису азоту ( )ON2 заповнюють
посудину місткістю 2 дм3 Який загальний тиск у посудині при
температурі 127degС (415middot105Па)
9 Яка кількість речовини є в газовому балоні обrsquoємом 2 л при тиску
1013 МПа і температурі 10degС (86 моль)
10 Балон для газового зварювання місткістю 20 л був заповнений
киснем при температурі 15degС Коли частину кисню витратили
тиск у балоні знизився на 5065 кПа Скільки кисню було
витрачено ( кгm 1350=∆ )
11 Температура повітря в посудині обrsquoємом 5 л становить 27degС його
тиск 2026 МПа Визначити масу повітря яке потрібно випустити з
посудини щоб тиск у ній знизився до 1013 МПа ( кгm 0590=∆ )
28
12 Визначити густину повітря в камері шин автомобіля ВАЗ 2110
якщо тиск у камері 018 МПа (надлишковий) а температура 20degС
( 3353 кгм=ρ )
13 Знайти густину суміші 10-2 кг вуглекислого газу і 15sdot10
- 2 кг азоту
при температурі 300 К і тиску 015 МПа ( 3981 кгм=ρ )
14 Знайти молярну масу суміші що утворилася з 38sdot10-3 кг кисню і
22sdot10-2 кг вуглекислого газу ( кгмоль2104 minussdot=micro )
15 Накреслити графіки ізотермічного ізобарного та ізохорного
процесів в ідеальному газі у системах координат р V p T V T
Порівняти ці графіки
16 На рис1 зображено графік зміни стану ідеального газу в
координатах V T Виразити ці процеси графічно в координатах p V
та p T Назвати ці процеси
17 Зміна стану ідеального газу сталої маси зображена на рис2 В т1
температура газу Т0 Визначити температуру газу в т234
(Т2=3Т0 Т3=6Т0 Т4=2Т0)
18 Який обrsquoєм займає суміш газів ndash азоту масою кгm 11 = і гелію
масою кгm 12 = ndash при нормальних умовах (64 м3)
19 Скільки молекул міститься в 1 г водяної пари (33sdot1022
)
20 Скільки молекул буде знаходитися в 1 см3 посудини при 10degС
якщо посудину підкачано до ртстммp11101 minussdot= (34sdot10
5)
21 У балоні місткістю лV 3= знаходиться кисень масою 4 г
Визначити кількість речовини ν газу і концентрацію n його
молекул (ν =0125 моль n=251sdot1025м
-3)
Рис 1 Рис 2
29
22 У балоні було 10 кг газу при тиску 10 МПа Знайти яку масу газу
взяли з балона якщо тиск став рівним 25 МПа Температуру
вважати постійною (75 кг)
23 Балони місткістю лV 201 = і лV 442 = заповнені газом Тиск у
першому балоні МПаp 421 = у другому ndash МПаp 612 =
Визначити загальний тиск p після сполучення балонів якщо
температура газу залишилася попередньою (076 МПа)
24 Газ в кількості m=16 г при тиску р=106 Нм
2 і температурі t=112degС
займає обrsquoєм V=1600 см3 Визначити який це газ (кисень)
25 При якому тиску р густина ρ газоподібного азоту що має
температуру t= - 73degС складає 04 густини води кімнатної
температури 33
010 кгмρ = ( 271042 Нмр sdot= )
26 Відкрита посудина нагріта до температури t2=450degС Яка частина
маси повітря залишилась в ній в порівнянні з тією кількістю яка
була при t1=27degС Розширенням посудини знехтувати
(m2m1=0415)
27 10 г кисню знаходяться під тиском 0303 мкПа при температурі
10degС Після розширення внаслідок нагрівання при постійному
тиску кисень зайняв обrsquoєм 10 л Знайти обrsquoєм газу до розширення і
температуру газу після розширення (V1=24sdot10-3 м
3 Т2=118sdot10
3 К)
28 Скільки молекул повітря буде знаходитись в 1 см3 посудині при
10degС якщо повітря в посудині відкачане до тиску 133 мкПа
(34sdot108)
29 У 1 кг сухого повітря знаходиться m1=232 г кисню і m2=768 г
азоту Знайти відносну молярну масу повітря (microсм=288 кгмоль
microвідн=288 кгмоль)
30 У скільки разів вага повітря взимку (7 0
С) більша за його вагу
влітку (37 0 С) Тиск однаковий (11 рази)
31 У відкритій посудині при Ct0
1 20= є повітря гm 1501 = На яку
величину m∆ зменшиться маса повітря в посудині при нагріванні
її до Ct0
1 100= Зміною розмірів посудини при нагріванні
знехтувати ( m∆ =322 г)
32 У посудині знаходиться суміш 10 г вуглекислого газу і 15 г азоту
Знайти густину цієї суміші при температурі 27 0
С і тиску
15sdot10 5 Па ( 3981 мкг=ρ )
33 Знайти масу атома 1)водню 2) гелію
30
( )(10656)(10671 2727 геліюкгmводнюкгmminusminus sdot=sdot= )
34 Визначити концентрацію n молекул ідеального газу при
температурі Т= 300 К і тиску р =1 МПа ( n=224sdot10 17 м
-3)
Основне рівняння молекулярно-кінетичної теорії газів
швидкості молекул
35 Тиск p газу дорівнює 1 мПа концентрація n його молекул рівна
310101 minussdot см Визначити 1) температуру Т газу 2) середню
кінетичну енергію ( )1кЕ поступального руху молекули
( 1) Т=725 кК 2) ( )1кЕ =15sdot10
-19 Дж)
36 Молекула кисню при нормальних умовах рухається зі швидкістю
425 мс Визначити кінетичну енергію молекули
( ( )1кЕ =48sdot10
-21Дж)
37 Визначити кінетичну енергію поступального руху молекули
аміаку а також повну кінетичну енергію молекул одного моля
аміаку при температурі 373 К ( ( )1кЕ =773sdot10
-21Дж Еk=932 Дж)
38 Визначити сумарну кінетичну енергію теплового руху всіх
молекул кисню (О2) що займають обrsquoєм V=55sdot10-3 м
3 при тиску
р=2026 кПа (Еk=279 кДж)
39 Густина деякого газу 3060 мкгρ = середня квадратична
швидкість його молекул смкв 500=υ Знайти тиск газу на стінки
посудини (5 кПа)
40 Газ займає обrsquoєм лV 1= під тиском атмр 2= Визначити
кінетичну енергію kE поступального руху всіх молекул в даному
обrsquoємі (03 кДж)
41 Кількість речовини деякого газу моль51=ν температура
КТ 120= Визначити кінетичну енергію kE поступального руху
всіх молекул цього газу (73 кДж)
31
42 При якій температурі середня кінетична енергія ( )1кЕ
поступального руху молекули газу рівна Дж2110144 minussdot
(200 К)
43 Посудина зі внутрішнім обrsquoємом лV 4= містить гm 60=
деякого газу під тиском атмр 2= Визначити середню
квадратичну швидкість молекул газу (2 103
см )
43 Середня квадратична швидкість руху молекул деякого газу що
перебуває під тиском 50 кПа дорівнює 449 мс Визначити
густину газу при цих умовах ( 37440 мкг=ρ )
44 При якій температурі середня квадратична швидкість молекул
кисню дорівнює швидкості молекул азоту при температурі 373 К
(Т = 426 К)
46 Знайти середню арифметичну швидкість молекул газу коли
відомо що середня квадратична швидкість 400 мс
( см370=υ )
47 Знайти найбільш імовірну та середню арифметичну швидкості
молекул газу густина якого при тиску 40 кПа дорівнює 03 кгм3
( імυ = 5164 мс υ = 6324 мс)
48 Знайти середню квадратичну швидкість молекул повітря при
температурі 17deg С Повітря вважати однорідним газом з молярною
масою 29sdot10-3 кгмоль ( 500=квυ мс)
49 Визначити середню квадратичну швидкість квυ молекул газу
масою гm 30= що знаходиться в посудині місткістю лV 2= під
тиском кПаp 200= (2sdot10 3 мс)
50 Знайти відношення середніх квадратичних швидкостей молекул
гелію та азоту при однакових температурах (265)
51 Знайти середню квадратичну квυ середню арифметичну υ та
найімовірнішу імυ швидкості молекул водню Обчислення
виконати для трьох значень температури 1) КТ 20=
2) КТ 300= 3) КТ 5000= ( 1) 500 мс 462мс 407 мс
2) 194 кмс 179 кмс 158 кмс 3) 790 кмс 730 кмс 648 кмс)
52 При якій температурі Т середня квадратична швидкість атомів
гелію буде дорівнювати другій космічній швидкості
скм2112 =υ (201 кК)
32
53 Знайти середню арифметичну швидкість υ молекул газу якщо їх
середня квадратична швидкість скмкв 1=υ (092 кмс)
54 Кінетична енергія поступального руху молекул азоту що
знаходиться в обrsquoємі 20 дм3 дорівнює 5 кДж а середня
квадратична швидкість його молекул рівна 2 кмс Знайти 1) масу
азоту в балоні 2) тиск під яким знаходиться азот
( 1) т=25sdot103 кг 2) р=167sdot10
5 Па)
55 Посудина що містить деяку масу одноатомного газу рухається зі
швидкістю u На скільки збільшиться середній квадрат швидкості
теплового руху молекул при зупинці посудини Теплоємність
теплопровідність і маса стінок посудини зникаюче малі
56 Обчислити кількість теплоти що необхідна для нагрівання повітря
від Т1= 273 К до Т2= 303 К при сталому тиску якщо спочатку воно
перебувало при нормальному тиску р1 і мало обrsquoєм V1=50 м3
(∆Q=1948 кДж)
57 Яка кількість теплоти необхідна для нагрівання одного моля
одноатомного газу на 1 К при сталому обrsquoємі (∆Q=124 кДж)
58 Балон місткістю 2sdot10-2
м3 з киснем що має тиск 1013 МПа і
температуру 280 К нагрівають до 300 К Яку кількість теплоти
дістає при цьому газ (∆Q=35 кДж)
59 Визначити кількість теплоти (∆Q) що необхідна для нагрівання
повітря від Т1= 273 К до Т2=298 К при сталому обrsquoємі V1=30 м3
якщо початковий тиск повітря р1 був нормальний
(∆Q=6957 кДж)
32 Термодинаміка Реальні гази
Внутрішня енергія робота розширення газу
перше начало термодинаміки
60 Чому дорівнює енергія теплового руху молекул двоатомного газу
що знаходиться в посудині місткістю 2 л під тиском 015 МПа
(U=750 Дж)
61 10 г кисню знаходяться під тиском 03 МПа при температурі 10degС
Після нагрівання при постійному тиску газ зайняв обrsquoєм 10 л
Знайти 1) кількість теплоти одержаної газом 2) зміну
33
внутрішньої енергії газу 3) роботу виконану газом при
розширенні ( 1) 792sdot103Дж 2) 5660 Дж 3) 226sdot10
3 Дж)
62 2 кмолі вуглекислого газу нагріваються при постійному тиску на
50degС Знайти 1) зміну його внутрішньої енергії 2) роботу
розширення 3) кількість теплоти наданої газу
( 1) 2500 Дж 2) 830 кДж 3) 3300 кДж)
63 Газ що займав обrsquoєм 5 л і знаходився під тиском 02 МПа при
температурі 17degС було нагріто внаслідок чого він ізобарно
розширився Робота розширення газу при цьому виявилася рівною
196 Дж Наскільки нагріто газ (57 К)
64 При ізотермічному розширенні 10 г азоту що знаходиться при
температурі 17degС було виконано роботу 860 Дж У скільки разів
змінився тиск азоту при розширенні (272)
65 1л гелію котрий знаходиться при нормальних умовах ізотермічно
розширюється за рахунок одержаної ззовні теплоти до обrsquoєму 2 л
Знайти 1) роботу виконану газом при розширенні 2) кількість
наданої газу теплоти ( 1) 70 Дж 2) 70 Дж )
66 1 кг двоатомного газу знаходиться під тиском 80 кПа і має
густину 34 мкг=ρ Знайти енергію теплового руху молекул газу
при цих умовах (5sdot104Дж)
67 У посудину в котрій міститься 28 л води при температурі 20degС
вкинули нагрітий до 460degС кусок сталі що має масу 3кг Від цього
вода в посудині нагрілася до 60degС а частина її перетворилася в
пару Визначити масу води котра випарувалася Теплоємністю
посудини знехтувати
68 Знайти для кисню відношення питомої теплоємності при сталому
тиску до питомої теплоємності при постійному обrsquoємі (14)
69 1 кмоль азоту який знаходився при нормальних умовах
розширюється адіабатно від обrsquoєму 1V до обrsquoєму 12 5VV =
Знайти1) зміну внутрішньої енергії газу 2) роботу виконану при
розширенні ( 1) 269 sdot10 6 Дж 2) 269 sdot10
6 Дж)
70 Повітря що при нормальному атмосферному тиску зайняло обrsquoєм
2sdot10-2
м3 адіабатно стискується до обrsquoєму 2sdot10
-3 м
3 Визначити
тиск повітря після стискання (р=254 МПа)
71 Знайти питомі теплоємності азоту та їхні відношення при сталому
обrsquoємі та сталому тиску ( КкДжкгcV sdot= 7420
КкгкДжcp sdot= 041 )
34
72 Знаючи молярну масу газу ( кгмольmicro 31044 minussdot= ) і відношення
питомих теплоємностей (γ=133) обчислити молярні теплоємності
Ср і СV ( СV=0566 кДжкгsdotК Ср=0754 кДжкгsdotК)
Теплоємність адіабатний процес
73 Різниця питомих теплоємностей Vp cc minus деякого двоатомного газу
дорівнює 260 Джкг К Знайти молярну масу micro газу і його питомі
теплоємності pc та cV
( micro=0032 молькг cV=650 ДжкгmiddotК pc =910 ДжкгmiddotК)
74 Молярна маса деякого газу мольг30=micro відношення
41=Vp cc Знайти питомі теплоємності pc і сV цього газу
( сV=693 ДжкгmiddotК pc =910 ДжкгsdotК )
75 До якої температури охолодиться повітря що знаходиться при
температурі 0degС якщо воно розширюється адіабатно від обrsquoєму 1V
до обrsquoєму 12 2VV = (207 К)
76 Газ розширюється адіабатно при цьому обrsquoєм його збільшується
вдвічі а температура падає в 132 рази Яке число ступенів
вільності мають молекули цього газу (5)
77 Чому дорівнюють питомі теплоємності pc і сV деякого
двоатомного газу якщо густина цього газу при нормальних
умовах дорівнює 143 кгм3 (сV=650 ДжкгmiddotК pc =910 ДжкгmiddotК)
78 Двоатомний газ займає обrsquoєм лV 501 = при тиску атмp 501 =
Газ стискується адіабатно до деякого обrsquoєму 2V і тиску 2p а
потім при постійному обrsquoємі 2V охолоджується до початкової
температури При цьому тиск його стає рівним атмp 10 =
Зобразити описаний процес графічно знайти обrsquoєм 2V і тиск 2p
(025 л 132 атм)
79 Газ розширюється адіабатно так що його тиск спадає від 2 атм
до 1 атм Потім він нагрівається при постійному обrsquoємі до
початкової температури причому його тиск зростає до 122 атм
35
Зобразити описаний процес графічно і визначити відношення
Vp cc газу (14)
Цикл Карно ентропія
80 Ідеальна теплова машина що працює за циклом Карно отримує за
кожний цикл від нагрівника 600 кал теплоти Температура
нагрівника 400 К температура холодильника 300 К Знайти
роботу що виконує машина за один цикл і кількість теплоти
котра віддається холодильнику за один цикл
( А=630 Дж Q2=1880 Дж)
81 Ідеальна теплова машина що працює за циклом Карно 23
теплоти одержаної від нагрівника передає холодильнику з
температурою 10degС Визначити температуру нагрівника (4245 К)
82 Ідеальна теплова машина працює за циклом Карно При цьому
80 теплоти одержаної від нагрівника передається
холодильнику Від нагрівника надходить за цикл 15 ккал теплоти
Знайти 1) ККД циклу 2) роботу виконану за цикл
( 1) 20 2) 126sdot103Дж)
83 Ідеальна теплова машина що працює за циклом Карно виконує
за один цикл роботу 735sdot 10 4 Дж Температура нагрівника 100
0 С
температура холодильника 00 С Знайти1) ККД машини
2) кількість теплоти одержаної машиною за один цикл від
нагрівника 3) кількість теплоти яка віддається за один цикл
холодильнику ( 1) 268 2) 274 sdot10 4 Дж 3) 126 sdot10
4 Дж)
84 Ідеальна теплова машина отримує від нагрівника температура
якого 500 К за один цикл 3360 Дж теплоти Знайти кількість
теплоти що передається за один цикл холодильнику температура
якого 400 К Знайти роботу машини за один цикл
(Q2= 2688 Дж А= 672 Дж)
85 Ідеальна теплова машина що працює за циклом Карно має
температуру нагрівника 600 К а холодильника 500 К У скільки
разів потрібно збільшити абсолютну температуру нагрівника щоб
ККД машини збільшився вдвічі (в 125)
86 Визначити ККД циклу і температуру нагрівника теплової
машини яка працює за циклом Карно якщо за рахунок 2 кДж
теплоти одержаної від нагрівника вона виконує роботу 400 Дж
Температура холодильника 480 К (20 600 К)
36
87 Знайти зміну ентропії при ізотермічному розширенні 6 г водню зі
зменшенням тиску від 01 МПа до 50 кПа (173 ДжК)
88 105 г азоту ізотермічно розширюються від обrsquoєму лV 21 = до
обrsquoєму лV 52 = Знайти приріст ентропії в цьому процесі
(29 ДжК)
89 10 г кисню нагріваються від Ct deg= 501 до Ct deg= 1502 Знайти зміну
ентропії якщо нагрівання відбувається 1) ізохорно 2) ізобарно
( 1) 176 ДжК 2) 246 ДжК )
90 У циклі Карно робочим тілом є двоатомний газ Визначити ККД
циклу якщо при адіабатичному розширенні обrsquoєм газу збільшився
від 80 до 102 дм3 (01 або 10)
91 05 кг розплавленого свинцю при температурі плавлення влили в
лід при 0degС Частина льоду розплавилася Знайти зміну ентропії
(50 ДжК)
Реальні гази явища перенесення
92 Знайти критичний молярний обrsquoєм азоту
93 Розрахувати густину кисню у критичному стані
94 Знайти середню довжину вільного пробігу атомів гелію в умовах
коли густина гелію 321 мг=ρ (18sdot10-6 м)
95 Знайти середню довжину вільного пробігу атомів азоту при
температурі 17 0 С і тиску 10
4 Па ( м610 minus=λ )
96 Знайти залежність середнього числа зіткнень молекул z ідеального
газу від тиску р в наступних процесах 1) ізохорному
2)ізотермічному Зобразити ці залежності на графіках
( pzpz asympasymp )2)1 )
97 У посудині знаходиться вуглекислий газ густина якого 321012 мкгminussdot=ρ середня довжина вільного пробігу його
молекул при цих умовах дорівнює см61097 minussdot=λ Знайти
діаметр молекул вуглекислого газу ( d =35sdot 10 -10
м )
37
98 Знайти діаметр молекули кисню якщо відомо що для кисню
коефіцієнт внутрішнього тертя при 0ordm С дорівнює
сПа sdotsdot= minus610818η ( d = 3middot10
-10 м)
99 Знайти динамічну вrsquoязкість азоту при нормальних умовах якщо
коефіцієнт дифузії для нього при цих умовах дорівнює
сcм21420 (η = 178sdot10-5 Паsdotс)
100 Знайти коефіцієнт теплопровідності водню якщо його
динамічна вrsquoязкість при таких самих умовах рівна смкПа sdot68
(0090 ВтмmiddotК)
101 Коефіцієнт дифузії і динамічної вrsquoязкість кисню дорівнюють
см2510221
minussdot та сПа sdotsdot= minus510951η відповідно Знайти при
цих умовах 1) густину кисню 2) середню довжину вільного
пробігу його молекул і 3) середню арифметичну швидкість його
молекул ( 1) 16 кгм3 2) 835sdot10
-8 м 3) 440 мс)
102 Знайти залежність коефіцієнта теплопровідності κ газу від
температури Т в умовах ізобарного та ізохорного процесів
Зобразити ці залежності графічно (1 κ~ Т 2 κ~ Т )
103 Зайти коефіцієнт дифузії при нормальних умовах 1)гелію
2)кисню ( 1) сcм2720 2) сcм2180 )
104 Коефіцієнт дифузії D кисню при температурі t=0ordmС дорівнює
019 см2с Визначити середню довжину вільного пробігу λ
молекул кисню ( λ =135 нм)
105 Визначити залежність коефіцієнта дифузії D ідеального газу від
температури при наступних процесах 1)ізобарному
2)ізохорному ( 1) D~ 3Т 2) D~ Т )
106 Визначити залежність динамічної вrsquoязкості η від температури Т
при наступних процесах 1)ізобарному 2) ізохорному Зобразити
ці залежності на графіках ( 1) η ~ Т 2) η ~ Т )
107 Знайти коефіцієнт дифузії та коефіцієнт внутрішнього тертя
повітря при тиску 760 мм рт ст і температурі 10ordmС Діаметр
молекули повітря прийняти 3middot10-1 м
(148middot10-5 м
2с 185middot10
- 5 Паsdotс)
108 У скільки разів коефіцієнт внутрішнього тертя кисню більший за
коефіцієнт внутрішнього тертя азоту Температура газів
однакова (107)
38
109 Знайти коефіцієнт теплопровідності повітря при температурі
10ordmС і тиску 105 Па Діаметр молекули повітря прийняти рівним
3middot10-8 см (132middot10
-3 ВтмmiddotК)
110 Знайти залежність коефіцієнта теплопровідностіκ від тиску р
при наступних процесах 1)ізотермічному 2)ізохоричному
Зобразити ці залежності на графіках
( 1) Не залежить 2) κ ~ р )
Таблиця для самостійної роботи
Варіанти
завдань
Номери задач
1 1 11 35 45 60 73 85 97
2 2 12 36 46 61 74 86 98
3 3 13 37 47 62 75 87 99
4 4 14 38 48 63 76 88 100
5 5 15 39 49 64 77 89 103
6 6 16 40 50 65 80 92 104
7 7 17 41 51 66 81 93 105
8 8 18 42 52 67 82 94 106
9 9 19 43 53 68 83 95 107
10 10 20 44 54 69 84 96 108
Задачі для усного розвrsquoязування
111 Під час накачування повітря в гумову камеру одночасно
збільшується його обrsquoєм і тиск Чи не суперечить це закону Бойля -
Маріотта
112 Чому влітку шини коліс автомобілів накачують повітрям до
меншого тиску ніж взимку
113 Якої форми необхідно взяти посудину щоб сила тиску на дно
дорівнювала вазі рідини Була більша Менша ваги рідини
39
114 У посудині наповненій до краю водою плаває кусок льоду Чи
виллється вода з посудини коли лід розтане
115 Дві кульки ndash мідна та алюмінієва зрівноважені на пружинних
терезах Чи порушиться рівновага терезів якщо кульки упустити у
воду
116 Чи можна перелити воду з однієї склянки в іншу знаходячись в
кабіні штучного супутника Землі
117 Повітря складається з азоту кисню та інших газів Чи однакова
кінетична енергія поступального руху молекул цих газів при даній
температурі
118 Якими способами можна змінити внутрішню енергію тіла
119 В якому випадку зміна тиску газу буде більшою при адіабатній
чи ізотермічній зміні обrsquoєму
120 Чому ізотермічне розширення газу відбувається тільки внаслідок
підведення до нього деякої кількості теплоти
121 Чому в дизелі нема потреби запалювати пальну суміш
електричною іскрою як це робиться в інших двигунах
122 Під час роботи пневматичний молот що працює за рахунок
енергії стиснутого повітря зовні обмерзає Яка причина охолодження
123 Після сильного шторму вода в морі стає теплішою Чому
124 Деяку масу ідеального газу нагрівають на однакову кількість
градусів один раз при сталому тиску а другий раз при сталому обrsquoємі
В якому випадку потрібна більша кількість теплоти Чому
125 Чому вода на дні океану залишається холодною в той час як по
мірі просування в глибину Землі на кожні 100 м температура
збільшується приблизно на 3deg
40
126 Чи може теплова машина мати ККД=100 якщо працюватиме за
ідеальним циклом
127 Чи можна створити умови за яких внутрішня енергія переходила
б від тіл з нижчою температурою до тіл з вищою температурою
128 Чи охолоне повітря в кімнаті якщо відчинити двері домашнього
холодильника ввімкнутого в мережу
129 Чому температура пари яка надходить у парову турбіну нижча
за температуру пари що виходить з неї
130 Накреслити криві ізобарного ізохорного ізотермічного процесів
на діаграмах залежності V T P T P V
131 Як пояснити утворення роси і туману
132 Коли і чому на дроті лінії електропередач зrsquoявляється іній
133 Обrsquoєм посудини в якій міститься насичена пара ізотермічно
збільшили в 5 разів Що сталося з тиском пари
134 Чому туман зrsquoявляється в вечірній час а зранку зникає
135 Чому після дощу стає холодніше Пояснити це явище
4 Довідкові дані
Фундаментальні фізичні сталі
Гравітаційна стала 221110676 кгмНG sdotsdot= minus
Прискорення вільного падіння 2см819=g
Стала Авогадро 12310026 minussdot= мольN A
Стала Больцмана КДжk2310381 minussdot=
Стала Лошмідта 3250 10692 minussdot= мn
Газова стала КмольДжR sdot= 3148
41
Молярний обrsquoєм ідеального газу
при ну мольмV
330 1041322 minussdot=
Густина деяких речовин
Речов
ина ρsdot10
3 (кгм
3) Речовина ρsdot10
3
(кгм3)
мідь 86 вода 100
залізо 79 гліцерин 126
свине
ць
113 касторове
масло
089
ртуть 136 повітря 000129
Молярні маси деяких речовин
Речовин
а
Молекул
а
micro10- 3
кгмоль Речовина
Молекул
а
micro10-3
кгмоль
Азот N2 28 Гелій Hе 4
Аргон Ar 40 Кисень О2 32
Неон Ne 20 Повітря - 29
Вода H2O 18 Ртуть Hg 201
Водень H2 2 Кухонна
сіль NaCl 58
Вуглекг CO2 44
Нормальні умови
КT 2730 = атмстртммПаp 176010011 50 ==sdot=
Питомі теплоємності для деяких речовин
Сталь КкгДжc sdot= 460
Свинець КкгДжс sdot= 126
Питома теплота плавлення свинцю КкгДж sdotsdot= 410262λ
42
Символи і відносні атомні маси деяких хімічних елементів
H He C N O Cu K Li Na
1 4 12 14 16 64 39 6 23
Деякі параметри води
питома теплота пароутворення при 100degС ndash кгМДжr 262=
питома теплоємність ndash КкгкДжс sdot= 194
питома теплота плавлення при 0degС ndash кгДж510353 sdot=λ
43
Критичні параметри
Елемент КкрT
МПакрp
азот 12
6
34
кисень 15
4
507
Ефективні діаметри молекул
Елем
ент
нмσ
азот 03
0
гелій 02
0
Префікси для утворення кратних одиниць
Префікс Позначення Числове
значення Префікс Позначення
Числове
значення
тера Т T 1012
піко п p 10-12
гіга Г G 109 нано н n 10
-9
мега М M 106 мікро мк micro 10
-6
кіло к k 103 мілі м m 10
-3
Одиниці довжини обrsquoєму тиску концентрації кількості
теплоти коефіцієнта дифузії використані в задачах (в СІ) 333 10111 мдмл minussdot== Нкгс 891 = Джкал 1941 =
мдм 1101 minus= мсм 2101 minus= 363 101 мсм minus= 363 101 мсм =minus
Памкгс 891 2 = ПаабомНсмкгс 242 10891 sdot=
Паммкгс 62 10891 sdot= Паатм 5100111 sdot= (фізична атмосфера)
44
Паат 5109801 sdot= (технічна атмосфера) смссм 101 242 minus=
45
Одиниці в яких вимірюються деякі фізичні величини (в СІ)
Робота енергія ЕА Дж
Кількість теплоти Q Дж
Потужність P або N Джс=Вт
Тиск р Па=Нм2
Молярна маса micro кгмоль
Концентрація п м-3
Теплоємність питома с ДжкгmiddotК
Теплоємність молярна С ДжмольmiddotК
Поверхневий натяг α Нм
Динамічна вrsquoязкість η Паmiddotс=Нmiddotсм2=кгмmiddotс
Коефіцієнт дифузії D м2с
Коефіцієнт теплопровідності κ ВтмmiddotК
Приріст ентропії S∆ ДжК
Сталі Ван-дер-Ваальса а та b Нmiddotм4моль
2 та м
3моль
5Література
1 Загальна фізика за редакцією Ковалець МО Орленка ВФ
Частина1 Інтерактивний комплекс навчально-методичного
забезпечення Рівне 2009
2 Волькенштейн ВС Сборник задач по общему курсу физики- М
ldquoНаукаrdquo1985-1989
3 Иродов ИЕ Задачи по общей физике-МrdquoНаукаrdquo 1982
4 Савельев ИВ Сборник вопросов и задач по общей физике-
МldquoНаукаrdquo1982
5 Чертов АГВоробьев АА Федоров МВ Задачник по физике -М
ldquoВысшая школаrdquo1988
6 Х Кухлинг Справочник по физике-М ldquoМирrdquo1985
22
p 1
4
T1
T2
2
3
V1 V2 V
ККД циклу Q
А=η
де A - робота виконана газом Q - теплота
отримана газом Розглянемо ізопроцеси При
ізотермічних процесах 0=∆U оскільки
температура не змінюється З першого закону
термодинаміки ( AUQ +∆= ) випливає що в
цьому випадку вся отримана газом теплота
йде на виконання роботи AQ =
Для процесу 1rarr2 маємо
01
211121
2
1
2
1
gt==== intintrarrV
VnRT
m
V
dVRT
mpdVAQ
V
V
V
V
lmicromicro
де тиск V
RTт
р1
1 sdot=micro
Для процесу 3rarr4 маємо
01
222243
2
1
1
2
ltminus=minus=== intintrarrV
VnRT
m
V
dVRT
mpdVAQ
V
V
V
V
lmicromicro
- газ віддає
теплоту
Для ізохорних процесів обrsquoєм не змінюється тому 0=А З першого
закону термодинаміки TRmi
UQ ∆=∆=micro2
Для процесу 2rarr3 маємо
( ) ( ) 022
211232 ltminusminus=minus=rarr TTRmi
TTRmi
Qmicromicro
- газ віддає теплоту
Для процесу 4rarr1 маємо ( ) 02
2114 gtminus=rarr TTRmi
Qmicro
Отже газ виконав роботу ( )211
221 TT
V
VnR
mAAA minus=+= l
micro
Газ отримав теплоту ( )
minus+=+= rarrrarr 21
1
211421
2TT
i
V
VnTR
mQQQ l
micro
Тоді ККД цикла
331 1033 млV
minussdot==
332 101212 млV
minussdot==
minusη
23
( )
( )
( )
( )211
21
211
2
211
21
211
2
22TT
i
V
VnT
TTV
Vn
TTi
V
VnTR
m
TTV
VnR
m
Q
А
minus+
minus
=
minus+
minus
==
l
l
l
l
micro
microη
( )
( )23230
3005002
5
103
1012500
300500103
1012
3
3
3
3
=rArr=
minus+sdot
sdotsdot
minussdot
sdot
=
minus
minus
minus
minus
ηη
n
n
l
l
( 386169302224 =sdot== nn ll )
Відповідь 23=η
Приклад 16 Знайти приріст ентропії при перетворенні 1 г води з
температурою 0degС в пару при 100degС
Розвrsquoязання
Зміна ентропії у випадку оборотного
термодинамічного процесу
int=∆B
AT
QS
δ
де Qδ ndash елементарна кількість теплоти T ndash абсолютна
температура A та B ndash формальні позначення
вихідного і кінцевого стану системи
Розібrsquoємо інтеграл у правій частині виписаної формули на два
доданки що відповідають двом процесам заданим в умові
intint +equiv∆+∆=∆B
C
C
AT
Q
T
QSSS
δδ21
де 1S∆ ndash приріст ентропії при нагріванні води від температури 1T до
температури 2T 2S∆ ndash приріст ентропії при випаровуванні ( 2T за
умовою задачі ndash температура кипіння води)
У першому доданку
cmdTQ =δ
де c ndash питома теплоємність води У другому доданку const2 =T а
Дано
гm 1=
OH2 Ct deg= 01
Ct deg= 1002 S∆
24
rmQQ
B
C
==intδ
де r ndash питома теплота пароутворення Маємо
+=+=∆ intint
21
2
2
ln12
1T
r
T
TcmQ
TT
dTcmS
B
C
T
T
δ
КкгДжс sdotsdot= 310194 кгДжr510622 sdot= кгm
3101 minussdot=
КT 2731 = КT 3732 =
КДжS 47373
10622
273
373ln10194101
533 =
sdot+sdotsdot=∆ minus
Відповідь КДжS 47=∆
Приклад 17 105 г азоту ізотермічно розширюються від обrsquoєму
лV 21 = до обrsquoєму лV 52 = Знайти приріст ентропії при цьому
процесі
Розвrsquoязання
При ізотермічному процесі Т=const
отже зміна внутрішньої енергії 0=dU
Тоді з першого закону термодинаміки
маємо AQ δδ =
Елементарна робота з врахуванням виразу
для тиску р з рівняння Менделєєва-
Клапейрона V
dVRT
mрdVА
microδ ==
Зміна ентропії в оборотному термодинамічному процесі int=∆B
AT
QS
δ
В нашому випадку 1
22
1
V
VnR
m
TV
TdVR
m
T
АS
V
V
B
A
lmicromicro
δ===∆ intint
молькг 1028 3minussdot=micro - молярна маса азота
Підставимо числові значення
Дано
кггт 310510510 minussdot==
лV 21 =
лV 52 =
constТ =
minus∆S
25
КДжnS 922
5318
1028
10510
3
3
=sdotsdotsdot
sdot=∆
minus
minus
l
Відповідь КДжS 92=∆
Приклад 18 Два кіломолі триатомного газу адіабатно
розширюються в пустоту від 31 1мV = до 3
2 5мV = Температура газу
при цьому зменшується на 15 К Знайти за цими даними постійну laquoаraquo
з рівняння Ван-дер-Ваальса
Розвrsquoязання
Перше начало термодинаміки для адіабатного
процесу має вигляд dUA minus=δ де А ndash робота газу
проти зовнішніх сил U ndash внутрішня енергія За
умовою задачі зовнішнього тиску немає
(розширення в пустоту)
тому 0== dVpAδ
В підсумку маємо що 0=dU
Зміна внутрішньої енергії має дві складові
dTCVν що не залежить від зміни обrsquoєму та
( )VdU що залежить від обrsquoєму Остання складова
рівна роботі сили міжмолекулярного притягання
котра спричинює додатковий внутрішній тиск
2
20
V
aP ν=
( ) dVV
adVPVdU
2
20 ν==
Повна зміна внутрішньої енергії газу
02
2 =+ dVV
adTCV νν
Дано
моль3102 sdot=ν
6=i 0=Qδ
Паp 0=
31 1 мV =
32 5 мV =
KT 15minus=∆
a
26
Звідки dVCV
adT
V2
νminus=
Проінтегруємо останнє співвідношення
int int
minus=minus=
2
1
2
1
122
11T
T
V
V VV VVC
a
V
dV
C
adT νν
тобто
minus=∆
12
112
VViR
aT ν
оскільки молярна теплоємність при постійному обrsquoємі Ri
CV2
=
(і ndash число ступенів вільності R ndash універсальна газова стала)
Тепер маємо
( )21
21
2 VV
VTViRa
minus
∆=
ν
( )
( ) 2
4
3230
511022
51153186
моль
мНa
sdot=
minussdotsdot
sdotsdotminussdotsdot=
Відповідь 2
4
230моль
мН sdot=α
3 Задачі для самостійного розвrsquoязування
Вказівки до розвrsquoязування задач
1 В задачах на теплоту складають рівняння теплового балансу сума
теплоти що виділяється при певних процесах дорівнює сумі теплоти
що поглинається при інших процесах
2 В задачах про лід потрібно спочатку зrsquoясувати (кількісними
підрахунками) чи розтане весь лід якщо про це не сказано в умові
Якщо розтане не весь лід то кінцева температура дорівнюватиме 0ordmС
31 Молекулярна фізика
27
Рівняння стану ідеального газу
1 Балон місткістю 12 л заповнений азотом при тиску 81МПа і
температурі 17degС Знайти масу азоту (113 кг)
2 Яким може бути найменший обrsquoєм балона що містить 64 кг
кисню якщо його стінка при температурі 20degС витримує тиск
160 кгссм2 (32middot10
1 м
3)
3 До якої температури потрібно нагріти ідеальний газ щоб його
густина зменшилася у два рази порівняно з густиною цього газу
при Ct deg= 00 (Т=2Т0=546 К)
4 5 г азоту що знаходиться в закритій посудині місткістю 4 л при
температурі 20degС нагрівають до температури 40degС Знайти тиск
газу до і після нагрівання (р1=108middot105Па р2=116middot10
5Па)
5 Знайти густину водню при температурі 15degС і тиску 730 мм ртст
( 30810 мкг=ρ )
6 Густина деякого газу при температурі 10degС і тиску 2sdot105Па
дорівнює 034 3мкг Чому дорівнює маса одного кіломоля цього
газу ( молькг3104
minussdot=micro )
7 10 г кисню знаходяться під тиском 3 атм при температурі 10degС
Після розширення внаслідок нагрівання при постійному тиску
кисень зайняв обrsquoєм 10 л Знайти 1) обrsquoєм газу до розширення 2)
густину газу до розширення 3) температуру газу після
розширення 4) густину газу після розширення
( 331 1042)1 мV
minussdot= 2) 31 144 мкг=ρ 3) Т2=1170 К 4) 3
2 1 мкг=ρ )
8 6 г вуглекислого газу ( )2CO і 5 г закису азоту ( )ON2 заповнюють
посудину місткістю 2 дм3 Який загальний тиск у посудині при
температурі 127degС (415middot105Па)
9 Яка кількість речовини є в газовому балоні обrsquoємом 2 л при тиску
1013 МПа і температурі 10degС (86 моль)
10 Балон для газового зварювання місткістю 20 л був заповнений
киснем при температурі 15degС Коли частину кисню витратили
тиск у балоні знизився на 5065 кПа Скільки кисню було
витрачено ( кгm 1350=∆ )
11 Температура повітря в посудині обrsquoємом 5 л становить 27degС його
тиск 2026 МПа Визначити масу повітря яке потрібно випустити з
посудини щоб тиск у ній знизився до 1013 МПа ( кгm 0590=∆ )
28
12 Визначити густину повітря в камері шин автомобіля ВАЗ 2110
якщо тиск у камері 018 МПа (надлишковий) а температура 20degС
( 3353 кгм=ρ )
13 Знайти густину суміші 10-2 кг вуглекислого газу і 15sdot10
- 2 кг азоту
при температурі 300 К і тиску 015 МПа ( 3981 кгм=ρ )
14 Знайти молярну масу суміші що утворилася з 38sdot10-3 кг кисню і
22sdot10-2 кг вуглекислого газу ( кгмоль2104 minussdot=micro )
15 Накреслити графіки ізотермічного ізобарного та ізохорного
процесів в ідеальному газі у системах координат р V p T V T
Порівняти ці графіки
16 На рис1 зображено графік зміни стану ідеального газу в
координатах V T Виразити ці процеси графічно в координатах p V
та p T Назвати ці процеси
17 Зміна стану ідеального газу сталої маси зображена на рис2 В т1
температура газу Т0 Визначити температуру газу в т234
(Т2=3Т0 Т3=6Т0 Т4=2Т0)
18 Який обrsquoєм займає суміш газів ndash азоту масою кгm 11 = і гелію
масою кгm 12 = ndash при нормальних умовах (64 м3)
19 Скільки молекул міститься в 1 г водяної пари (33sdot1022
)
20 Скільки молекул буде знаходитися в 1 см3 посудини при 10degС
якщо посудину підкачано до ртстммp11101 minussdot= (34sdot10
5)
21 У балоні місткістю лV 3= знаходиться кисень масою 4 г
Визначити кількість речовини ν газу і концентрацію n його
молекул (ν =0125 моль n=251sdot1025м
-3)
Рис 1 Рис 2
29
22 У балоні було 10 кг газу при тиску 10 МПа Знайти яку масу газу
взяли з балона якщо тиск став рівним 25 МПа Температуру
вважати постійною (75 кг)
23 Балони місткістю лV 201 = і лV 442 = заповнені газом Тиск у
першому балоні МПаp 421 = у другому ndash МПаp 612 =
Визначити загальний тиск p після сполучення балонів якщо
температура газу залишилася попередньою (076 МПа)
24 Газ в кількості m=16 г при тиску р=106 Нм
2 і температурі t=112degС
займає обrsquoєм V=1600 см3 Визначити який це газ (кисень)
25 При якому тиску р густина ρ газоподібного азоту що має
температуру t= - 73degС складає 04 густини води кімнатної
температури 33
010 кгмρ = ( 271042 Нмр sdot= )
26 Відкрита посудина нагріта до температури t2=450degС Яка частина
маси повітря залишилась в ній в порівнянні з тією кількістю яка
була при t1=27degС Розширенням посудини знехтувати
(m2m1=0415)
27 10 г кисню знаходяться під тиском 0303 мкПа при температурі
10degС Після розширення внаслідок нагрівання при постійному
тиску кисень зайняв обrsquoєм 10 л Знайти обrsquoєм газу до розширення і
температуру газу після розширення (V1=24sdot10-3 м
3 Т2=118sdot10
3 К)
28 Скільки молекул повітря буде знаходитись в 1 см3 посудині при
10degС якщо повітря в посудині відкачане до тиску 133 мкПа
(34sdot108)
29 У 1 кг сухого повітря знаходиться m1=232 г кисню і m2=768 г
азоту Знайти відносну молярну масу повітря (microсм=288 кгмоль
microвідн=288 кгмоль)
30 У скільки разів вага повітря взимку (7 0
С) більша за його вагу
влітку (37 0 С) Тиск однаковий (11 рази)
31 У відкритій посудині при Ct0
1 20= є повітря гm 1501 = На яку
величину m∆ зменшиться маса повітря в посудині при нагріванні
її до Ct0
1 100= Зміною розмірів посудини при нагріванні
знехтувати ( m∆ =322 г)
32 У посудині знаходиться суміш 10 г вуглекислого газу і 15 г азоту
Знайти густину цієї суміші при температурі 27 0
С і тиску
15sdot10 5 Па ( 3981 мкг=ρ )
33 Знайти масу атома 1)водню 2) гелію
30
( )(10656)(10671 2727 геліюкгmводнюкгmminusminus sdot=sdot= )
34 Визначити концентрацію n молекул ідеального газу при
температурі Т= 300 К і тиску р =1 МПа ( n=224sdot10 17 м
-3)
Основне рівняння молекулярно-кінетичної теорії газів
швидкості молекул
35 Тиск p газу дорівнює 1 мПа концентрація n його молекул рівна
310101 minussdot см Визначити 1) температуру Т газу 2) середню
кінетичну енергію ( )1кЕ поступального руху молекули
( 1) Т=725 кК 2) ( )1кЕ =15sdot10
-19 Дж)
36 Молекула кисню при нормальних умовах рухається зі швидкістю
425 мс Визначити кінетичну енергію молекули
( ( )1кЕ =48sdot10
-21Дж)
37 Визначити кінетичну енергію поступального руху молекули
аміаку а також повну кінетичну енергію молекул одного моля
аміаку при температурі 373 К ( ( )1кЕ =773sdot10
-21Дж Еk=932 Дж)
38 Визначити сумарну кінетичну енергію теплового руху всіх
молекул кисню (О2) що займають обrsquoєм V=55sdot10-3 м
3 при тиску
р=2026 кПа (Еk=279 кДж)
39 Густина деякого газу 3060 мкгρ = середня квадратична
швидкість його молекул смкв 500=υ Знайти тиск газу на стінки
посудини (5 кПа)
40 Газ займає обrsquoєм лV 1= під тиском атмр 2= Визначити
кінетичну енергію kE поступального руху всіх молекул в даному
обrsquoємі (03 кДж)
41 Кількість речовини деякого газу моль51=ν температура
КТ 120= Визначити кінетичну енергію kE поступального руху
всіх молекул цього газу (73 кДж)
31
42 При якій температурі середня кінетична енергія ( )1кЕ
поступального руху молекули газу рівна Дж2110144 minussdot
(200 К)
43 Посудина зі внутрішнім обrsquoємом лV 4= містить гm 60=
деякого газу під тиском атмр 2= Визначити середню
квадратичну швидкість молекул газу (2 103
см )
43 Середня квадратична швидкість руху молекул деякого газу що
перебуває під тиском 50 кПа дорівнює 449 мс Визначити
густину газу при цих умовах ( 37440 мкг=ρ )
44 При якій температурі середня квадратична швидкість молекул
кисню дорівнює швидкості молекул азоту при температурі 373 К
(Т = 426 К)
46 Знайти середню арифметичну швидкість молекул газу коли
відомо що середня квадратична швидкість 400 мс
( см370=υ )
47 Знайти найбільш імовірну та середню арифметичну швидкості
молекул газу густина якого при тиску 40 кПа дорівнює 03 кгм3
( імυ = 5164 мс υ = 6324 мс)
48 Знайти середню квадратичну швидкість молекул повітря при
температурі 17deg С Повітря вважати однорідним газом з молярною
масою 29sdot10-3 кгмоль ( 500=квυ мс)
49 Визначити середню квадратичну швидкість квυ молекул газу
масою гm 30= що знаходиться в посудині місткістю лV 2= під
тиском кПаp 200= (2sdot10 3 мс)
50 Знайти відношення середніх квадратичних швидкостей молекул
гелію та азоту при однакових температурах (265)
51 Знайти середню квадратичну квυ середню арифметичну υ та
найімовірнішу імυ швидкості молекул водню Обчислення
виконати для трьох значень температури 1) КТ 20=
2) КТ 300= 3) КТ 5000= ( 1) 500 мс 462мс 407 мс
2) 194 кмс 179 кмс 158 кмс 3) 790 кмс 730 кмс 648 кмс)
52 При якій температурі Т середня квадратична швидкість атомів
гелію буде дорівнювати другій космічній швидкості
скм2112 =υ (201 кК)
32
53 Знайти середню арифметичну швидкість υ молекул газу якщо їх
середня квадратична швидкість скмкв 1=υ (092 кмс)
54 Кінетична енергія поступального руху молекул азоту що
знаходиться в обrsquoємі 20 дм3 дорівнює 5 кДж а середня
квадратична швидкість його молекул рівна 2 кмс Знайти 1) масу
азоту в балоні 2) тиск під яким знаходиться азот
( 1) т=25sdot103 кг 2) р=167sdot10
5 Па)
55 Посудина що містить деяку масу одноатомного газу рухається зі
швидкістю u На скільки збільшиться середній квадрат швидкості
теплового руху молекул при зупинці посудини Теплоємність
теплопровідність і маса стінок посудини зникаюче малі
56 Обчислити кількість теплоти що необхідна для нагрівання повітря
від Т1= 273 К до Т2= 303 К при сталому тиску якщо спочатку воно
перебувало при нормальному тиску р1 і мало обrsquoєм V1=50 м3
(∆Q=1948 кДж)
57 Яка кількість теплоти необхідна для нагрівання одного моля
одноатомного газу на 1 К при сталому обrsquoємі (∆Q=124 кДж)
58 Балон місткістю 2sdot10-2
м3 з киснем що має тиск 1013 МПа і
температуру 280 К нагрівають до 300 К Яку кількість теплоти
дістає при цьому газ (∆Q=35 кДж)
59 Визначити кількість теплоти (∆Q) що необхідна для нагрівання
повітря від Т1= 273 К до Т2=298 К при сталому обrsquoємі V1=30 м3
якщо початковий тиск повітря р1 був нормальний
(∆Q=6957 кДж)
32 Термодинаміка Реальні гази
Внутрішня енергія робота розширення газу
перше начало термодинаміки
60 Чому дорівнює енергія теплового руху молекул двоатомного газу
що знаходиться в посудині місткістю 2 л під тиском 015 МПа
(U=750 Дж)
61 10 г кисню знаходяться під тиском 03 МПа при температурі 10degС
Після нагрівання при постійному тиску газ зайняв обrsquoєм 10 л
Знайти 1) кількість теплоти одержаної газом 2) зміну
33
внутрішньої енергії газу 3) роботу виконану газом при
розширенні ( 1) 792sdot103Дж 2) 5660 Дж 3) 226sdot10
3 Дж)
62 2 кмолі вуглекислого газу нагріваються при постійному тиску на
50degС Знайти 1) зміну його внутрішньої енергії 2) роботу
розширення 3) кількість теплоти наданої газу
( 1) 2500 Дж 2) 830 кДж 3) 3300 кДж)
63 Газ що займав обrsquoєм 5 л і знаходився під тиском 02 МПа при
температурі 17degС було нагріто внаслідок чого він ізобарно
розширився Робота розширення газу при цьому виявилася рівною
196 Дж Наскільки нагріто газ (57 К)
64 При ізотермічному розширенні 10 г азоту що знаходиться при
температурі 17degС було виконано роботу 860 Дж У скільки разів
змінився тиск азоту при розширенні (272)
65 1л гелію котрий знаходиться при нормальних умовах ізотермічно
розширюється за рахунок одержаної ззовні теплоти до обrsquoєму 2 л
Знайти 1) роботу виконану газом при розширенні 2) кількість
наданої газу теплоти ( 1) 70 Дж 2) 70 Дж )
66 1 кг двоатомного газу знаходиться під тиском 80 кПа і має
густину 34 мкг=ρ Знайти енергію теплового руху молекул газу
при цих умовах (5sdot104Дж)
67 У посудину в котрій міститься 28 л води при температурі 20degС
вкинули нагрітий до 460degС кусок сталі що має масу 3кг Від цього
вода в посудині нагрілася до 60degС а частина її перетворилася в
пару Визначити масу води котра випарувалася Теплоємністю
посудини знехтувати
68 Знайти для кисню відношення питомої теплоємності при сталому
тиску до питомої теплоємності при постійному обrsquoємі (14)
69 1 кмоль азоту який знаходився при нормальних умовах
розширюється адіабатно від обrsquoєму 1V до обrsquoєму 12 5VV =
Знайти1) зміну внутрішньої енергії газу 2) роботу виконану при
розширенні ( 1) 269 sdot10 6 Дж 2) 269 sdot10
6 Дж)
70 Повітря що при нормальному атмосферному тиску зайняло обrsquoєм
2sdot10-2
м3 адіабатно стискується до обrsquoєму 2sdot10
-3 м
3 Визначити
тиск повітря після стискання (р=254 МПа)
71 Знайти питомі теплоємності азоту та їхні відношення при сталому
обrsquoємі та сталому тиску ( КкДжкгcV sdot= 7420
КкгкДжcp sdot= 041 )
34
72 Знаючи молярну масу газу ( кгмольmicro 31044 minussdot= ) і відношення
питомих теплоємностей (γ=133) обчислити молярні теплоємності
Ср і СV ( СV=0566 кДжкгsdotК Ср=0754 кДжкгsdotК)
Теплоємність адіабатний процес
73 Різниця питомих теплоємностей Vp cc minus деякого двоатомного газу
дорівнює 260 Джкг К Знайти молярну масу micro газу і його питомі
теплоємності pc та cV
( micro=0032 молькг cV=650 ДжкгmiddotК pc =910 ДжкгmiddotК)
74 Молярна маса деякого газу мольг30=micro відношення
41=Vp cc Знайти питомі теплоємності pc і сV цього газу
( сV=693 ДжкгmiddotК pc =910 ДжкгsdotК )
75 До якої температури охолодиться повітря що знаходиться при
температурі 0degС якщо воно розширюється адіабатно від обrsquoєму 1V
до обrsquoєму 12 2VV = (207 К)
76 Газ розширюється адіабатно при цьому обrsquoєм його збільшується
вдвічі а температура падає в 132 рази Яке число ступенів
вільності мають молекули цього газу (5)
77 Чому дорівнюють питомі теплоємності pc і сV деякого
двоатомного газу якщо густина цього газу при нормальних
умовах дорівнює 143 кгм3 (сV=650 ДжкгmiddotК pc =910 ДжкгmiddotК)
78 Двоатомний газ займає обrsquoєм лV 501 = при тиску атмp 501 =
Газ стискується адіабатно до деякого обrsquoєму 2V і тиску 2p а
потім при постійному обrsquoємі 2V охолоджується до початкової
температури При цьому тиск його стає рівним атмp 10 =
Зобразити описаний процес графічно знайти обrsquoєм 2V і тиск 2p
(025 л 132 атм)
79 Газ розширюється адіабатно так що його тиск спадає від 2 атм
до 1 атм Потім він нагрівається при постійному обrsquoємі до
початкової температури причому його тиск зростає до 122 атм
35
Зобразити описаний процес графічно і визначити відношення
Vp cc газу (14)
Цикл Карно ентропія
80 Ідеальна теплова машина що працює за циклом Карно отримує за
кожний цикл від нагрівника 600 кал теплоти Температура
нагрівника 400 К температура холодильника 300 К Знайти
роботу що виконує машина за один цикл і кількість теплоти
котра віддається холодильнику за один цикл
( А=630 Дж Q2=1880 Дж)
81 Ідеальна теплова машина що працює за циклом Карно 23
теплоти одержаної від нагрівника передає холодильнику з
температурою 10degС Визначити температуру нагрівника (4245 К)
82 Ідеальна теплова машина працює за циклом Карно При цьому
80 теплоти одержаної від нагрівника передається
холодильнику Від нагрівника надходить за цикл 15 ккал теплоти
Знайти 1) ККД циклу 2) роботу виконану за цикл
( 1) 20 2) 126sdot103Дж)
83 Ідеальна теплова машина що працює за циклом Карно виконує
за один цикл роботу 735sdot 10 4 Дж Температура нагрівника 100
0 С
температура холодильника 00 С Знайти1) ККД машини
2) кількість теплоти одержаної машиною за один цикл від
нагрівника 3) кількість теплоти яка віддається за один цикл
холодильнику ( 1) 268 2) 274 sdot10 4 Дж 3) 126 sdot10
4 Дж)
84 Ідеальна теплова машина отримує від нагрівника температура
якого 500 К за один цикл 3360 Дж теплоти Знайти кількість
теплоти що передається за один цикл холодильнику температура
якого 400 К Знайти роботу машини за один цикл
(Q2= 2688 Дж А= 672 Дж)
85 Ідеальна теплова машина що працює за циклом Карно має
температуру нагрівника 600 К а холодильника 500 К У скільки
разів потрібно збільшити абсолютну температуру нагрівника щоб
ККД машини збільшився вдвічі (в 125)
86 Визначити ККД циклу і температуру нагрівника теплової
машини яка працює за циклом Карно якщо за рахунок 2 кДж
теплоти одержаної від нагрівника вона виконує роботу 400 Дж
Температура холодильника 480 К (20 600 К)
36
87 Знайти зміну ентропії при ізотермічному розширенні 6 г водню зі
зменшенням тиску від 01 МПа до 50 кПа (173 ДжК)
88 105 г азоту ізотермічно розширюються від обrsquoєму лV 21 = до
обrsquoєму лV 52 = Знайти приріст ентропії в цьому процесі
(29 ДжК)
89 10 г кисню нагріваються від Ct deg= 501 до Ct deg= 1502 Знайти зміну
ентропії якщо нагрівання відбувається 1) ізохорно 2) ізобарно
( 1) 176 ДжК 2) 246 ДжК )
90 У циклі Карно робочим тілом є двоатомний газ Визначити ККД
циклу якщо при адіабатичному розширенні обrsquoєм газу збільшився
від 80 до 102 дм3 (01 або 10)
91 05 кг розплавленого свинцю при температурі плавлення влили в
лід при 0degС Частина льоду розплавилася Знайти зміну ентропії
(50 ДжК)
Реальні гази явища перенесення
92 Знайти критичний молярний обrsquoєм азоту
93 Розрахувати густину кисню у критичному стані
94 Знайти середню довжину вільного пробігу атомів гелію в умовах
коли густина гелію 321 мг=ρ (18sdot10-6 м)
95 Знайти середню довжину вільного пробігу атомів азоту при
температурі 17 0 С і тиску 10
4 Па ( м610 minus=λ )
96 Знайти залежність середнього числа зіткнень молекул z ідеального
газу від тиску р в наступних процесах 1) ізохорному
2)ізотермічному Зобразити ці залежності на графіках
( pzpz asympasymp )2)1 )
97 У посудині знаходиться вуглекислий газ густина якого 321012 мкгminussdot=ρ середня довжина вільного пробігу його
молекул при цих умовах дорівнює см61097 minussdot=λ Знайти
діаметр молекул вуглекислого газу ( d =35sdot 10 -10
м )
37
98 Знайти діаметр молекули кисню якщо відомо що для кисню
коефіцієнт внутрішнього тертя при 0ordm С дорівнює
сПа sdotsdot= minus610818η ( d = 3middot10
-10 м)
99 Знайти динамічну вrsquoязкість азоту при нормальних умовах якщо
коефіцієнт дифузії для нього при цих умовах дорівнює
сcм21420 (η = 178sdot10-5 Паsdotс)
100 Знайти коефіцієнт теплопровідності водню якщо його
динамічна вrsquoязкість при таких самих умовах рівна смкПа sdot68
(0090 ВтмmiddotК)
101 Коефіцієнт дифузії і динамічної вrsquoязкість кисню дорівнюють
см2510221
minussdot та сПа sdotsdot= minus510951η відповідно Знайти при
цих умовах 1) густину кисню 2) середню довжину вільного
пробігу його молекул і 3) середню арифметичну швидкість його
молекул ( 1) 16 кгм3 2) 835sdot10
-8 м 3) 440 мс)
102 Знайти залежність коефіцієнта теплопровідності κ газу від
температури Т в умовах ізобарного та ізохорного процесів
Зобразити ці залежності графічно (1 κ~ Т 2 κ~ Т )
103 Зайти коефіцієнт дифузії при нормальних умовах 1)гелію
2)кисню ( 1) сcм2720 2) сcм2180 )
104 Коефіцієнт дифузії D кисню при температурі t=0ordmС дорівнює
019 см2с Визначити середню довжину вільного пробігу λ
молекул кисню ( λ =135 нм)
105 Визначити залежність коефіцієнта дифузії D ідеального газу від
температури при наступних процесах 1)ізобарному
2)ізохорному ( 1) D~ 3Т 2) D~ Т )
106 Визначити залежність динамічної вrsquoязкості η від температури Т
при наступних процесах 1)ізобарному 2) ізохорному Зобразити
ці залежності на графіках ( 1) η ~ Т 2) η ~ Т )
107 Знайти коефіцієнт дифузії та коефіцієнт внутрішнього тертя
повітря при тиску 760 мм рт ст і температурі 10ordmС Діаметр
молекули повітря прийняти 3middot10-1 м
(148middot10-5 м
2с 185middot10
- 5 Паsdotс)
108 У скільки разів коефіцієнт внутрішнього тертя кисню більший за
коефіцієнт внутрішнього тертя азоту Температура газів
однакова (107)
38
109 Знайти коефіцієнт теплопровідності повітря при температурі
10ordmС і тиску 105 Па Діаметр молекули повітря прийняти рівним
3middot10-8 см (132middot10
-3 ВтмmiddotК)
110 Знайти залежність коефіцієнта теплопровідностіκ від тиску р
при наступних процесах 1)ізотермічному 2)ізохоричному
Зобразити ці залежності на графіках
( 1) Не залежить 2) κ ~ р )
Таблиця для самостійної роботи
Варіанти
завдань
Номери задач
1 1 11 35 45 60 73 85 97
2 2 12 36 46 61 74 86 98
3 3 13 37 47 62 75 87 99
4 4 14 38 48 63 76 88 100
5 5 15 39 49 64 77 89 103
6 6 16 40 50 65 80 92 104
7 7 17 41 51 66 81 93 105
8 8 18 42 52 67 82 94 106
9 9 19 43 53 68 83 95 107
10 10 20 44 54 69 84 96 108
Задачі для усного розвrsquoязування
111 Під час накачування повітря в гумову камеру одночасно
збільшується його обrsquoєм і тиск Чи не суперечить це закону Бойля -
Маріотта
112 Чому влітку шини коліс автомобілів накачують повітрям до
меншого тиску ніж взимку
113 Якої форми необхідно взяти посудину щоб сила тиску на дно
дорівнювала вазі рідини Була більша Менша ваги рідини
39
114 У посудині наповненій до краю водою плаває кусок льоду Чи
виллється вода з посудини коли лід розтане
115 Дві кульки ndash мідна та алюмінієва зрівноважені на пружинних
терезах Чи порушиться рівновага терезів якщо кульки упустити у
воду
116 Чи можна перелити воду з однієї склянки в іншу знаходячись в
кабіні штучного супутника Землі
117 Повітря складається з азоту кисню та інших газів Чи однакова
кінетична енергія поступального руху молекул цих газів при даній
температурі
118 Якими способами можна змінити внутрішню енергію тіла
119 В якому випадку зміна тиску газу буде більшою при адіабатній
чи ізотермічній зміні обrsquoєму
120 Чому ізотермічне розширення газу відбувається тільки внаслідок
підведення до нього деякої кількості теплоти
121 Чому в дизелі нема потреби запалювати пальну суміш
електричною іскрою як це робиться в інших двигунах
122 Під час роботи пневматичний молот що працює за рахунок
енергії стиснутого повітря зовні обмерзає Яка причина охолодження
123 Після сильного шторму вода в морі стає теплішою Чому
124 Деяку масу ідеального газу нагрівають на однакову кількість
градусів один раз при сталому тиску а другий раз при сталому обrsquoємі
В якому випадку потрібна більша кількість теплоти Чому
125 Чому вода на дні океану залишається холодною в той час як по
мірі просування в глибину Землі на кожні 100 м температура
збільшується приблизно на 3deg
40
126 Чи може теплова машина мати ККД=100 якщо працюватиме за
ідеальним циклом
127 Чи можна створити умови за яких внутрішня енергія переходила
б від тіл з нижчою температурою до тіл з вищою температурою
128 Чи охолоне повітря в кімнаті якщо відчинити двері домашнього
холодильника ввімкнутого в мережу
129 Чому температура пари яка надходить у парову турбіну нижча
за температуру пари що виходить з неї
130 Накреслити криві ізобарного ізохорного ізотермічного процесів
на діаграмах залежності V T P T P V
131 Як пояснити утворення роси і туману
132 Коли і чому на дроті лінії електропередач зrsquoявляється іній
133 Обrsquoєм посудини в якій міститься насичена пара ізотермічно
збільшили в 5 разів Що сталося з тиском пари
134 Чому туман зrsquoявляється в вечірній час а зранку зникає
135 Чому після дощу стає холодніше Пояснити це явище
4 Довідкові дані
Фундаментальні фізичні сталі
Гравітаційна стала 221110676 кгмНG sdotsdot= minus
Прискорення вільного падіння 2см819=g
Стала Авогадро 12310026 minussdot= мольN A
Стала Больцмана КДжk2310381 minussdot=
Стала Лошмідта 3250 10692 minussdot= мn
Газова стала КмольДжR sdot= 3148
41
Молярний обrsquoєм ідеального газу
при ну мольмV
330 1041322 minussdot=
Густина деяких речовин
Речов
ина ρsdot10
3 (кгм
3) Речовина ρsdot10
3
(кгм3)
мідь 86 вода 100
залізо 79 гліцерин 126
свине
ць
113 касторове
масло
089
ртуть 136 повітря 000129
Молярні маси деяких речовин
Речовин
а
Молекул
а
micro10- 3
кгмоль Речовина
Молекул
а
micro10-3
кгмоль
Азот N2 28 Гелій Hе 4
Аргон Ar 40 Кисень О2 32
Неон Ne 20 Повітря - 29
Вода H2O 18 Ртуть Hg 201
Водень H2 2 Кухонна
сіль NaCl 58
Вуглекг CO2 44
Нормальні умови
КT 2730 = атмстртммПаp 176010011 50 ==sdot=
Питомі теплоємності для деяких речовин
Сталь КкгДжc sdot= 460
Свинець КкгДжс sdot= 126
Питома теплота плавлення свинцю КкгДж sdotsdot= 410262λ
42
Символи і відносні атомні маси деяких хімічних елементів
H He C N O Cu K Li Na
1 4 12 14 16 64 39 6 23
Деякі параметри води
питома теплота пароутворення при 100degС ndash кгМДжr 262=
питома теплоємність ndash КкгкДжс sdot= 194
питома теплота плавлення при 0degС ndash кгДж510353 sdot=λ
43
Критичні параметри
Елемент КкрT
МПакрp
азот 12
6
34
кисень 15
4
507
Ефективні діаметри молекул
Елем
ент
нмσ
азот 03
0
гелій 02
0
Префікси для утворення кратних одиниць
Префікс Позначення Числове
значення Префікс Позначення
Числове
значення
тера Т T 1012
піко п p 10-12
гіга Г G 109 нано н n 10
-9
мега М M 106 мікро мк micro 10
-6
кіло к k 103 мілі м m 10
-3
Одиниці довжини обrsquoєму тиску концентрації кількості
теплоти коефіцієнта дифузії використані в задачах (в СІ) 333 10111 мдмл minussdot== Нкгс 891 = Джкал 1941 =
мдм 1101 minus= мсм 2101 minus= 363 101 мсм minus= 363 101 мсм =minus
Памкгс 891 2 = ПаабомНсмкгс 242 10891 sdot=
Паммкгс 62 10891 sdot= Паатм 5100111 sdot= (фізична атмосфера)
44
Паат 5109801 sdot= (технічна атмосфера) смссм 101 242 minus=
45
Одиниці в яких вимірюються деякі фізичні величини (в СІ)
Робота енергія ЕА Дж
Кількість теплоти Q Дж
Потужність P або N Джс=Вт
Тиск р Па=Нм2
Молярна маса micro кгмоль
Концентрація п м-3
Теплоємність питома с ДжкгmiddotК
Теплоємність молярна С ДжмольmiddotК
Поверхневий натяг α Нм
Динамічна вrsquoязкість η Паmiddotс=Нmiddotсм2=кгмmiddotс
Коефіцієнт дифузії D м2с
Коефіцієнт теплопровідності κ ВтмmiddotК
Приріст ентропії S∆ ДжК
Сталі Ван-дер-Ваальса а та b Нmiddotм4моль
2 та м
3моль
5Література
1 Загальна фізика за редакцією Ковалець МО Орленка ВФ
Частина1 Інтерактивний комплекс навчально-методичного
забезпечення Рівне 2009
2 Волькенштейн ВС Сборник задач по общему курсу физики- М
ldquoНаукаrdquo1985-1989
3 Иродов ИЕ Задачи по общей физике-МrdquoНаукаrdquo 1982
4 Савельев ИВ Сборник вопросов и задач по общей физике-
МldquoНаукаrdquo1982
5 Чертов АГВоробьев АА Федоров МВ Задачник по физике -М
ldquoВысшая школаrdquo1988
6 Х Кухлинг Справочник по физике-М ldquoМирrdquo1985
23
( )
( )
( )
( )211
21
211
2
211
21
211
2
22TT
i
V
VnT
TTV
Vn
TTi
V
VnTR
m
TTV
VnR
m
Q
А
minus+
minus
=
minus+
minus
==
l
l
l
l
micro
microη
( )
( )23230
3005002
5
103
1012500
300500103
1012
3
3
3
3
=rArr=
minus+sdot
sdotsdot
minussdot
sdot
=
minus
minus
minus
minus
ηη
n
n
l
l
( 386169302224 =sdot== nn ll )
Відповідь 23=η
Приклад 16 Знайти приріст ентропії при перетворенні 1 г води з
температурою 0degС в пару при 100degС
Розвrsquoязання
Зміна ентропії у випадку оборотного
термодинамічного процесу
int=∆B
AT
QS
δ
де Qδ ndash елементарна кількість теплоти T ndash абсолютна
температура A та B ndash формальні позначення
вихідного і кінцевого стану системи
Розібrsquoємо інтеграл у правій частині виписаної формули на два
доданки що відповідають двом процесам заданим в умові
intint +equiv∆+∆=∆B
C
C
AT
Q
T
QSSS
δδ21
де 1S∆ ndash приріст ентропії при нагріванні води від температури 1T до
температури 2T 2S∆ ndash приріст ентропії при випаровуванні ( 2T за
умовою задачі ndash температура кипіння води)
У першому доданку
cmdTQ =δ
де c ndash питома теплоємність води У другому доданку const2 =T а
Дано
гm 1=
OH2 Ct deg= 01
Ct deg= 1002 S∆
24
rmQQ
B
C
==intδ
де r ndash питома теплота пароутворення Маємо
+=+=∆ intint
21
2
2
ln12
1T
r
T
TcmQ
TT
dTcmS
B
C
T
T
δ
КкгДжс sdotsdot= 310194 кгДжr510622 sdot= кгm
3101 minussdot=
КT 2731 = КT 3732 =
КДжS 47373
10622
273
373ln10194101
533 =
sdot+sdotsdot=∆ minus
Відповідь КДжS 47=∆
Приклад 17 105 г азоту ізотермічно розширюються від обrsquoєму
лV 21 = до обrsquoєму лV 52 = Знайти приріст ентропії при цьому
процесі
Розвrsquoязання
При ізотермічному процесі Т=const
отже зміна внутрішньої енергії 0=dU
Тоді з першого закону термодинаміки
маємо AQ δδ =
Елементарна робота з врахуванням виразу
для тиску р з рівняння Менделєєва-
Клапейрона V
dVRT
mрdVА
microδ ==
Зміна ентропії в оборотному термодинамічному процесі int=∆B
AT
QS
δ
В нашому випадку 1
22
1
V
VnR
m
TV
TdVR
m
T
АS
V
V
B
A
lmicromicro
δ===∆ intint
молькг 1028 3minussdot=micro - молярна маса азота
Підставимо числові значення
Дано
кггт 310510510 minussdot==
лV 21 =
лV 52 =
constТ =
minus∆S
25
КДжnS 922
5318
1028
10510
3
3
=sdotsdotsdot
sdot=∆
minus
minus
l
Відповідь КДжS 92=∆
Приклад 18 Два кіломолі триатомного газу адіабатно
розширюються в пустоту від 31 1мV = до 3
2 5мV = Температура газу
при цьому зменшується на 15 К Знайти за цими даними постійну laquoаraquo
з рівняння Ван-дер-Ваальса
Розвrsquoязання
Перше начало термодинаміки для адіабатного
процесу має вигляд dUA minus=δ де А ndash робота газу
проти зовнішніх сил U ndash внутрішня енергія За
умовою задачі зовнішнього тиску немає
(розширення в пустоту)
тому 0== dVpAδ
В підсумку маємо що 0=dU
Зміна внутрішньої енергії має дві складові
dTCVν що не залежить від зміни обrsquoєму та
( )VdU що залежить від обrsquoєму Остання складова
рівна роботі сили міжмолекулярного притягання
котра спричинює додатковий внутрішній тиск
2
20
V
aP ν=
( ) dVV
adVPVdU
2
20 ν==
Повна зміна внутрішньої енергії газу
02
2 =+ dVV
adTCV νν
Дано
моль3102 sdot=ν
6=i 0=Qδ
Паp 0=
31 1 мV =
32 5 мV =
KT 15minus=∆
a
26
Звідки dVCV
adT
V2
νminus=
Проінтегруємо останнє співвідношення
int int
minus=minus=
2
1
2
1
122
11T
T
V
V VV VVC
a
V
dV
C
adT νν
тобто
minus=∆
12
112
VViR
aT ν
оскільки молярна теплоємність при постійному обrsquoємі Ri
CV2
=
(і ndash число ступенів вільності R ndash універсальна газова стала)
Тепер маємо
( )21
21
2 VV
VTViRa
minus
∆=
ν
( )
( ) 2
4
3230
511022
51153186
моль
мНa
sdot=
minussdotsdot
sdotsdotminussdotsdot=
Відповідь 2
4
230моль
мН sdot=α
3 Задачі для самостійного розвrsquoязування
Вказівки до розвrsquoязування задач
1 В задачах на теплоту складають рівняння теплового балансу сума
теплоти що виділяється при певних процесах дорівнює сумі теплоти
що поглинається при інших процесах
2 В задачах про лід потрібно спочатку зrsquoясувати (кількісними
підрахунками) чи розтане весь лід якщо про це не сказано в умові
Якщо розтане не весь лід то кінцева температура дорівнюватиме 0ordmС
31 Молекулярна фізика
27
Рівняння стану ідеального газу
1 Балон місткістю 12 л заповнений азотом при тиску 81МПа і
температурі 17degС Знайти масу азоту (113 кг)
2 Яким може бути найменший обrsquoєм балона що містить 64 кг
кисню якщо його стінка при температурі 20degС витримує тиск
160 кгссм2 (32middot10
1 м
3)
3 До якої температури потрібно нагріти ідеальний газ щоб його
густина зменшилася у два рази порівняно з густиною цього газу
при Ct deg= 00 (Т=2Т0=546 К)
4 5 г азоту що знаходиться в закритій посудині місткістю 4 л при
температурі 20degС нагрівають до температури 40degС Знайти тиск
газу до і після нагрівання (р1=108middot105Па р2=116middot10
5Па)
5 Знайти густину водню при температурі 15degС і тиску 730 мм ртст
( 30810 мкг=ρ )
6 Густина деякого газу при температурі 10degС і тиску 2sdot105Па
дорівнює 034 3мкг Чому дорівнює маса одного кіломоля цього
газу ( молькг3104
minussdot=micro )
7 10 г кисню знаходяться під тиском 3 атм при температурі 10degС
Після розширення внаслідок нагрівання при постійному тиску
кисень зайняв обrsquoєм 10 л Знайти 1) обrsquoєм газу до розширення 2)
густину газу до розширення 3) температуру газу після
розширення 4) густину газу після розширення
( 331 1042)1 мV
minussdot= 2) 31 144 мкг=ρ 3) Т2=1170 К 4) 3
2 1 мкг=ρ )
8 6 г вуглекислого газу ( )2CO і 5 г закису азоту ( )ON2 заповнюють
посудину місткістю 2 дм3 Який загальний тиск у посудині при
температурі 127degС (415middot105Па)
9 Яка кількість речовини є в газовому балоні обrsquoємом 2 л при тиску
1013 МПа і температурі 10degС (86 моль)
10 Балон для газового зварювання місткістю 20 л був заповнений
киснем при температурі 15degС Коли частину кисню витратили
тиск у балоні знизився на 5065 кПа Скільки кисню було
витрачено ( кгm 1350=∆ )
11 Температура повітря в посудині обrsquoємом 5 л становить 27degС його
тиск 2026 МПа Визначити масу повітря яке потрібно випустити з
посудини щоб тиск у ній знизився до 1013 МПа ( кгm 0590=∆ )
28
12 Визначити густину повітря в камері шин автомобіля ВАЗ 2110
якщо тиск у камері 018 МПа (надлишковий) а температура 20degС
( 3353 кгм=ρ )
13 Знайти густину суміші 10-2 кг вуглекислого газу і 15sdot10
- 2 кг азоту
при температурі 300 К і тиску 015 МПа ( 3981 кгм=ρ )
14 Знайти молярну масу суміші що утворилася з 38sdot10-3 кг кисню і
22sdot10-2 кг вуглекислого газу ( кгмоль2104 minussdot=micro )
15 Накреслити графіки ізотермічного ізобарного та ізохорного
процесів в ідеальному газі у системах координат р V p T V T
Порівняти ці графіки
16 На рис1 зображено графік зміни стану ідеального газу в
координатах V T Виразити ці процеси графічно в координатах p V
та p T Назвати ці процеси
17 Зміна стану ідеального газу сталої маси зображена на рис2 В т1
температура газу Т0 Визначити температуру газу в т234
(Т2=3Т0 Т3=6Т0 Т4=2Т0)
18 Який обrsquoєм займає суміш газів ndash азоту масою кгm 11 = і гелію
масою кгm 12 = ndash при нормальних умовах (64 м3)
19 Скільки молекул міститься в 1 г водяної пари (33sdot1022
)
20 Скільки молекул буде знаходитися в 1 см3 посудини при 10degС
якщо посудину підкачано до ртстммp11101 minussdot= (34sdot10
5)
21 У балоні місткістю лV 3= знаходиться кисень масою 4 г
Визначити кількість речовини ν газу і концентрацію n його
молекул (ν =0125 моль n=251sdot1025м
-3)
Рис 1 Рис 2
29
22 У балоні було 10 кг газу при тиску 10 МПа Знайти яку масу газу
взяли з балона якщо тиск став рівним 25 МПа Температуру
вважати постійною (75 кг)
23 Балони місткістю лV 201 = і лV 442 = заповнені газом Тиск у
першому балоні МПаp 421 = у другому ndash МПаp 612 =
Визначити загальний тиск p після сполучення балонів якщо
температура газу залишилася попередньою (076 МПа)
24 Газ в кількості m=16 г при тиску р=106 Нм
2 і температурі t=112degС
займає обrsquoєм V=1600 см3 Визначити який це газ (кисень)
25 При якому тиску р густина ρ газоподібного азоту що має
температуру t= - 73degС складає 04 густини води кімнатної
температури 33
010 кгмρ = ( 271042 Нмр sdot= )
26 Відкрита посудина нагріта до температури t2=450degС Яка частина
маси повітря залишилась в ній в порівнянні з тією кількістю яка
була при t1=27degС Розширенням посудини знехтувати
(m2m1=0415)
27 10 г кисню знаходяться під тиском 0303 мкПа при температурі
10degС Після розширення внаслідок нагрівання при постійному
тиску кисень зайняв обrsquoєм 10 л Знайти обrsquoєм газу до розширення і
температуру газу після розширення (V1=24sdot10-3 м
3 Т2=118sdot10
3 К)
28 Скільки молекул повітря буде знаходитись в 1 см3 посудині при
10degС якщо повітря в посудині відкачане до тиску 133 мкПа
(34sdot108)
29 У 1 кг сухого повітря знаходиться m1=232 г кисню і m2=768 г
азоту Знайти відносну молярну масу повітря (microсм=288 кгмоль
microвідн=288 кгмоль)
30 У скільки разів вага повітря взимку (7 0
С) більша за його вагу
влітку (37 0 С) Тиск однаковий (11 рази)
31 У відкритій посудині при Ct0
1 20= є повітря гm 1501 = На яку
величину m∆ зменшиться маса повітря в посудині при нагріванні
її до Ct0
1 100= Зміною розмірів посудини при нагріванні
знехтувати ( m∆ =322 г)
32 У посудині знаходиться суміш 10 г вуглекислого газу і 15 г азоту
Знайти густину цієї суміші при температурі 27 0
С і тиску
15sdot10 5 Па ( 3981 мкг=ρ )
33 Знайти масу атома 1)водню 2) гелію
30
( )(10656)(10671 2727 геліюкгmводнюкгmminusminus sdot=sdot= )
34 Визначити концентрацію n молекул ідеального газу при
температурі Т= 300 К і тиску р =1 МПа ( n=224sdot10 17 м
-3)
Основне рівняння молекулярно-кінетичної теорії газів
швидкості молекул
35 Тиск p газу дорівнює 1 мПа концентрація n його молекул рівна
310101 minussdot см Визначити 1) температуру Т газу 2) середню
кінетичну енергію ( )1кЕ поступального руху молекули
( 1) Т=725 кК 2) ( )1кЕ =15sdot10
-19 Дж)
36 Молекула кисню при нормальних умовах рухається зі швидкістю
425 мс Визначити кінетичну енергію молекули
( ( )1кЕ =48sdot10
-21Дж)
37 Визначити кінетичну енергію поступального руху молекули
аміаку а також повну кінетичну енергію молекул одного моля
аміаку при температурі 373 К ( ( )1кЕ =773sdot10
-21Дж Еk=932 Дж)
38 Визначити сумарну кінетичну енергію теплового руху всіх
молекул кисню (О2) що займають обrsquoєм V=55sdot10-3 м
3 при тиску
р=2026 кПа (Еk=279 кДж)
39 Густина деякого газу 3060 мкгρ = середня квадратична
швидкість його молекул смкв 500=υ Знайти тиск газу на стінки
посудини (5 кПа)
40 Газ займає обrsquoєм лV 1= під тиском атмр 2= Визначити
кінетичну енергію kE поступального руху всіх молекул в даному
обrsquoємі (03 кДж)
41 Кількість речовини деякого газу моль51=ν температура
КТ 120= Визначити кінетичну енергію kE поступального руху
всіх молекул цього газу (73 кДж)
31
42 При якій температурі середня кінетична енергія ( )1кЕ
поступального руху молекули газу рівна Дж2110144 minussdot
(200 К)
43 Посудина зі внутрішнім обrsquoємом лV 4= містить гm 60=
деякого газу під тиском атмр 2= Визначити середню
квадратичну швидкість молекул газу (2 103
см )
43 Середня квадратична швидкість руху молекул деякого газу що
перебуває під тиском 50 кПа дорівнює 449 мс Визначити
густину газу при цих умовах ( 37440 мкг=ρ )
44 При якій температурі середня квадратична швидкість молекул
кисню дорівнює швидкості молекул азоту при температурі 373 К
(Т = 426 К)
46 Знайти середню арифметичну швидкість молекул газу коли
відомо що середня квадратична швидкість 400 мс
( см370=υ )
47 Знайти найбільш імовірну та середню арифметичну швидкості
молекул газу густина якого при тиску 40 кПа дорівнює 03 кгм3
( імυ = 5164 мс υ = 6324 мс)
48 Знайти середню квадратичну швидкість молекул повітря при
температурі 17deg С Повітря вважати однорідним газом з молярною
масою 29sdot10-3 кгмоль ( 500=квυ мс)
49 Визначити середню квадратичну швидкість квυ молекул газу
масою гm 30= що знаходиться в посудині місткістю лV 2= під
тиском кПаp 200= (2sdot10 3 мс)
50 Знайти відношення середніх квадратичних швидкостей молекул
гелію та азоту при однакових температурах (265)
51 Знайти середню квадратичну квυ середню арифметичну υ та
найімовірнішу імυ швидкості молекул водню Обчислення
виконати для трьох значень температури 1) КТ 20=
2) КТ 300= 3) КТ 5000= ( 1) 500 мс 462мс 407 мс
2) 194 кмс 179 кмс 158 кмс 3) 790 кмс 730 кмс 648 кмс)
52 При якій температурі Т середня квадратична швидкість атомів
гелію буде дорівнювати другій космічній швидкості
скм2112 =υ (201 кК)
32
53 Знайти середню арифметичну швидкість υ молекул газу якщо їх
середня квадратична швидкість скмкв 1=υ (092 кмс)
54 Кінетична енергія поступального руху молекул азоту що
знаходиться в обrsquoємі 20 дм3 дорівнює 5 кДж а середня
квадратична швидкість його молекул рівна 2 кмс Знайти 1) масу
азоту в балоні 2) тиск під яким знаходиться азот
( 1) т=25sdot103 кг 2) р=167sdot10
5 Па)
55 Посудина що містить деяку масу одноатомного газу рухається зі
швидкістю u На скільки збільшиться середній квадрат швидкості
теплового руху молекул при зупинці посудини Теплоємність
теплопровідність і маса стінок посудини зникаюче малі
56 Обчислити кількість теплоти що необхідна для нагрівання повітря
від Т1= 273 К до Т2= 303 К при сталому тиску якщо спочатку воно
перебувало при нормальному тиску р1 і мало обrsquoєм V1=50 м3
(∆Q=1948 кДж)
57 Яка кількість теплоти необхідна для нагрівання одного моля
одноатомного газу на 1 К при сталому обrsquoємі (∆Q=124 кДж)
58 Балон місткістю 2sdot10-2
м3 з киснем що має тиск 1013 МПа і
температуру 280 К нагрівають до 300 К Яку кількість теплоти
дістає при цьому газ (∆Q=35 кДж)
59 Визначити кількість теплоти (∆Q) що необхідна для нагрівання
повітря від Т1= 273 К до Т2=298 К при сталому обrsquoємі V1=30 м3
якщо початковий тиск повітря р1 був нормальний
(∆Q=6957 кДж)
32 Термодинаміка Реальні гази
Внутрішня енергія робота розширення газу
перше начало термодинаміки
60 Чому дорівнює енергія теплового руху молекул двоатомного газу
що знаходиться в посудині місткістю 2 л під тиском 015 МПа
(U=750 Дж)
61 10 г кисню знаходяться під тиском 03 МПа при температурі 10degС
Після нагрівання при постійному тиску газ зайняв обrsquoєм 10 л
Знайти 1) кількість теплоти одержаної газом 2) зміну
33
внутрішньої енергії газу 3) роботу виконану газом при
розширенні ( 1) 792sdot103Дж 2) 5660 Дж 3) 226sdot10
3 Дж)
62 2 кмолі вуглекислого газу нагріваються при постійному тиску на
50degС Знайти 1) зміну його внутрішньої енергії 2) роботу
розширення 3) кількість теплоти наданої газу
( 1) 2500 Дж 2) 830 кДж 3) 3300 кДж)
63 Газ що займав обrsquoєм 5 л і знаходився під тиском 02 МПа при
температурі 17degС було нагріто внаслідок чого він ізобарно
розширився Робота розширення газу при цьому виявилася рівною
196 Дж Наскільки нагріто газ (57 К)
64 При ізотермічному розширенні 10 г азоту що знаходиться при
температурі 17degС було виконано роботу 860 Дж У скільки разів
змінився тиск азоту при розширенні (272)
65 1л гелію котрий знаходиться при нормальних умовах ізотермічно
розширюється за рахунок одержаної ззовні теплоти до обrsquoєму 2 л
Знайти 1) роботу виконану газом при розширенні 2) кількість
наданої газу теплоти ( 1) 70 Дж 2) 70 Дж )
66 1 кг двоатомного газу знаходиться під тиском 80 кПа і має
густину 34 мкг=ρ Знайти енергію теплового руху молекул газу
при цих умовах (5sdot104Дж)
67 У посудину в котрій міститься 28 л води при температурі 20degС
вкинули нагрітий до 460degС кусок сталі що має масу 3кг Від цього
вода в посудині нагрілася до 60degС а частина її перетворилася в
пару Визначити масу води котра випарувалася Теплоємністю
посудини знехтувати
68 Знайти для кисню відношення питомої теплоємності при сталому
тиску до питомої теплоємності при постійному обrsquoємі (14)
69 1 кмоль азоту який знаходився при нормальних умовах
розширюється адіабатно від обrsquoєму 1V до обrsquoєму 12 5VV =
Знайти1) зміну внутрішньої енергії газу 2) роботу виконану при
розширенні ( 1) 269 sdot10 6 Дж 2) 269 sdot10
6 Дж)
70 Повітря що при нормальному атмосферному тиску зайняло обrsquoєм
2sdot10-2
м3 адіабатно стискується до обrsquoєму 2sdot10
-3 м
3 Визначити
тиск повітря після стискання (р=254 МПа)
71 Знайти питомі теплоємності азоту та їхні відношення при сталому
обrsquoємі та сталому тиску ( КкДжкгcV sdot= 7420
КкгкДжcp sdot= 041 )
34
72 Знаючи молярну масу газу ( кгмольmicro 31044 minussdot= ) і відношення
питомих теплоємностей (γ=133) обчислити молярні теплоємності
Ср і СV ( СV=0566 кДжкгsdotК Ср=0754 кДжкгsdotК)
Теплоємність адіабатний процес
73 Різниця питомих теплоємностей Vp cc minus деякого двоатомного газу
дорівнює 260 Джкг К Знайти молярну масу micro газу і його питомі
теплоємності pc та cV
( micro=0032 молькг cV=650 ДжкгmiddotК pc =910 ДжкгmiddotК)
74 Молярна маса деякого газу мольг30=micro відношення
41=Vp cc Знайти питомі теплоємності pc і сV цього газу
( сV=693 ДжкгmiddotК pc =910 ДжкгsdotК )
75 До якої температури охолодиться повітря що знаходиться при
температурі 0degС якщо воно розширюється адіабатно від обrsquoєму 1V
до обrsquoєму 12 2VV = (207 К)
76 Газ розширюється адіабатно при цьому обrsquoєм його збільшується
вдвічі а температура падає в 132 рази Яке число ступенів
вільності мають молекули цього газу (5)
77 Чому дорівнюють питомі теплоємності pc і сV деякого
двоатомного газу якщо густина цього газу при нормальних
умовах дорівнює 143 кгм3 (сV=650 ДжкгmiddotК pc =910 ДжкгmiddotК)
78 Двоатомний газ займає обrsquoєм лV 501 = при тиску атмp 501 =
Газ стискується адіабатно до деякого обrsquoєму 2V і тиску 2p а
потім при постійному обrsquoємі 2V охолоджується до початкової
температури При цьому тиск його стає рівним атмp 10 =
Зобразити описаний процес графічно знайти обrsquoєм 2V і тиск 2p
(025 л 132 атм)
79 Газ розширюється адіабатно так що його тиск спадає від 2 атм
до 1 атм Потім він нагрівається при постійному обrsquoємі до
початкової температури причому його тиск зростає до 122 атм
35
Зобразити описаний процес графічно і визначити відношення
Vp cc газу (14)
Цикл Карно ентропія
80 Ідеальна теплова машина що працює за циклом Карно отримує за
кожний цикл від нагрівника 600 кал теплоти Температура
нагрівника 400 К температура холодильника 300 К Знайти
роботу що виконує машина за один цикл і кількість теплоти
котра віддається холодильнику за один цикл
( А=630 Дж Q2=1880 Дж)
81 Ідеальна теплова машина що працює за циклом Карно 23
теплоти одержаної від нагрівника передає холодильнику з
температурою 10degС Визначити температуру нагрівника (4245 К)
82 Ідеальна теплова машина працює за циклом Карно При цьому
80 теплоти одержаної від нагрівника передається
холодильнику Від нагрівника надходить за цикл 15 ккал теплоти
Знайти 1) ККД циклу 2) роботу виконану за цикл
( 1) 20 2) 126sdot103Дж)
83 Ідеальна теплова машина що працює за циклом Карно виконує
за один цикл роботу 735sdot 10 4 Дж Температура нагрівника 100
0 С
температура холодильника 00 С Знайти1) ККД машини
2) кількість теплоти одержаної машиною за один цикл від
нагрівника 3) кількість теплоти яка віддається за один цикл
холодильнику ( 1) 268 2) 274 sdot10 4 Дж 3) 126 sdot10
4 Дж)
84 Ідеальна теплова машина отримує від нагрівника температура
якого 500 К за один цикл 3360 Дж теплоти Знайти кількість
теплоти що передається за один цикл холодильнику температура
якого 400 К Знайти роботу машини за один цикл
(Q2= 2688 Дж А= 672 Дж)
85 Ідеальна теплова машина що працює за циклом Карно має
температуру нагрівника 600 К а холодильника 500 К У скільки
разів потрібно збільшити абсолютну температуру нагрівника щоб
ККД машини збільшився вдвічі (в 125)
86 Визначити ККД циклу і температуру нагрівника теплової
машини яка працює за циклом Карно якщо за рахунок 2 кДж
теплоти одержаної від нагрівника вона виконує роботу 400 Дж
Температура холодильника 480 К (20 600 К)
36
87 Знайти зміну ентропії при ізотермічному розширенні 6 г водню зі
зменшенням тиску від 01 МПа до 50 кПа (173 ДжК)
88 105 г азоту ізотермічно розширюються від обrsquoєму лV 21 = до
обrsquoєму лV 52 = Знайти приріст ентропії в цьому процесі
(29 ДжК)
89 10 г кисню нагріваються від Ct deg= 501 до Ct deg= 1502 Знайти зміну
ентропії якщо нагрівання відбувається 1) ізохорно 2) ізобарно
( 1) 176 ДжК 2) 246 ДжК )
90 У циклі Карно робочим тілом є двоатомний газ Визначити ККД
циклу якщо при адіабатичному розширенні обrsquoєм газу збільшився
від 80 до 102 дм3 (01 або 10)
91 05 кг розплавленого свинцю при температурі плавлення влили в
лід при 0degС Частина льоду розплавилася Знайти зміну ентропії
(50 ДжК)
Реальні гази явища перенесення
92 Знайти критичний молярний обrsquoєм азоту
93 Розрахувати густину кисню у критичному стані
94 Знайти середню довжину вільного пробігу атомів гелію в умовах
коли густина гелію 321 мг=ρ (18sdot10-6 м)
95 Знайти середню довжину вільного пробігу атомів азоту при
температурі 17 0 С і тиску 10
4 Па ( м610 minus=λ )
96 Знайти залежність середнього числа зіткнень молекул z ідеального
газу від тиску р в наступних процесах 1) ізохорному
2)ізотермічному Зобразити ці залежності на графіках
( pzpz asympasymp )2)1 )
97 У посудині знаходиться вуглекислий газ густина якого 321012 мкгminussdot=ρ середня довжина вільного пробігу його
молекул при цих умовах дорівнює см61097 minussdot=λ Знайти
діаметр молекул вуглекислого газу ( d =35sdot 10 -10
м )
37
98 Знайти діаметр молекули кисню якщо відомо що для кисню
коефіцієнт внутрішнього тертя при 0ordm С дорівнює
сПа sdotsdot= minus610818η ( d = 3middot10
-10 м)
99 Знайти динамічну вrsquoязкість азоту при нормальних умовах якщо
коефіцієнт дифузії для нього при цих умовах дорівнює
сcм21420 (η = 178sdot10-5 Паsdotс)
100 Знайти коефіцієнт теплопровідності водню якщо його
динамічна вrsquoязкість при таких самих умовах рівна смкПа sdot68
(0090 ВтмmiddotК)
101 Коефіцієнт дифузії і динамічної вrsquoязкість кисню дорівнюють
см2510221
minussdot та сПа sdotsdot= minus510951η відповідно Знайти при
цих умовах 1) густину кисню 2) середню довжину вільного
пробігу його молекул і 3) середню арифметичну швидкість його
молекул ( 1) 16 кгм3 2) 835sdot10
-8 м 3) 440 мс)
102 Знайти залежність коефіцієнта теплопровідності κ газу від
температури Т в умовах ізобарного та ізохорного процесів
Зобразити ці залежності графічно (1 κ~ Т 2 κ~ Т )
103 Зайти коефіцієнт дифузії при нормальних умовах 1)гелію
2)кисню ( 1) сcм2720 2) сcм2180 )
104 Коефіцієнт дифузії D кисню при температурі t=0ordmС дорівнює
019 см2с Визначити середню довжину вільного пробігу λ
молекул кисню ( λ =135 нм)
105 Визначити залежність коефіцієнта дифузії D ідеального газу від
температури при наступних процесах 1)ізобарному
2)ізохорному ( 1) D~ 3Т 2) D~ Т )
106 Визначити залежність динамічної вrsquoязкості η від температури Т
при наступних процесах 1)ізобарному 2) ізохорному Зобразити
ці залежності на графіках ( 1) η ~ Т 2) η ~ Т )
107 Знайти коефіцієнт дифузії та коефіцієнт внутрішнього тертя
повітря при тиску 760 мм рт ст і температурі 10ordmС Діаметр
молекули повітря прийняти 3middot10-1 м
(148middot10-5 м
2с 185middot10
- 5 Паsdotс)
108 У скільки разів коефіцієнт внутрішнього тертя кисню більший за
коефіцієнт внутрішнього тертя азоту Температура газів
однакова (107)
38
109 Знайти коефіцієнт теплопровідності повітря при температурі
10ordmС і тиску 105 Па Діаметр молекули повітря прийняти рівним
3middot10-8 см (132middot10
-3 ВтмmiddotК)
110 Знайти залежність коефіцієнта теплопровідностіκ від тиску р
при наступних процесах 1)ізотермічному 2)ізохоричному
Зобразити ці залежності на графіках
( 1) Не залежить 2) κ ~ р )
Таблиця для самостійної роботи
Варіанти
завдань
Номери задач
1 1 11 35 45 60 73 85 97
2 2 12 36 46 61 74 86 98
3 3 13 37 47 62 75 87 99
4 4 14 38 48 63 76 88 100
5 5 15 39 49 64 77 89 103
6 6 16 40 50 65 80 92 104
7 7 17 41 51 66 81 93 105
8 8 18 42 52 67 82 94 106
9 9 19 43 53 68 83 95 107
10 10 20 44 54 69 84 96 108
Задачі для усного розвrsquoязування
111 Під час накачування повітря в гумову камеру одночасно
збільшується його обrsquoєм і тиск Чи не суперечить це закону Бойля -
Маріотта
112 Чому влітку шини коліс автомобілів накачують повітрям до
меншого тиску ніж взимку
113 Якої форми необхідно взяти посудину щоб сила тиску на дно
дорівнювала вазі рідини Була більша Менша ваги рідини
39
114 У посудині наповненій до краю водою плаває кусок льоду Чи
виллється вода з посудини коли лід розтане
115 Дві кульки ndash мідна та алюмінієва зрівноважені на пружинних
терезах Чи порушиться рівновага терезів якщо кульки упустити у
воду
116 Чи можна перелити воду з однієї склянки в іншу знаходячись в
кабіні штучного супутника Землі
117 Повітря складається з азоту кисню та інших газів Чи однакова
кінетична енергія поступального руху молекул цих газів при даній
температурі
118 Якими способами можна змінити внутрішню енергію тіла
119 В якому випадку зміна тиску газу буде більшою при адіабатній
чи ізотермічній зміні обrsquoєму
120 Чому ізотермічне розширення газу відбувається тільки внаслідок
підведення до нього деякої кількості теплоти
121 Чому в дизелі нема потреби запалювати пальну суміш
електричною іскрою як це робиться в інших двигунах
122 Під час роботи пневматичний молот що працює за рахунок
енергії стиснутого повітря зовні обмерзає Яка причина охолодження
123 Після сильного шторму вода в морі стає теплішою Чому
124 Деяку масу ідеального газу нагрівають на однакову кількість
градусів один раз при сталому тиску а другий раз при сталому обrsquoємі
В якому випадку потрібна більша кількість теплоти Чому
125 Чому вода на дні океану залишається холодною в той час як по
мірі просування в глибину Землі на кожні 100 м температура
збільшується приблизно на 3deg
40
126 Чи може теплова машина мати ККД=100 якщо працюватиме за
ідеальним циклом
127 Чи можна створити умови за яких внутрішня енергія переходила
б від тіл з нижчою температурою до тіл з вищою температурою
128 Чи охолоне повітря в кімнаті якщо відчинити двері домашнього
холодильника ввімкнутого в мережу
129 Чому температура пари яка надходить у парову турбіну нижча
за температуру пари що виходить з неї
130 Накреслити криві ізобарного ізохорного ізотермічного процесів
на діаграмах залежності V T P T P V
131 Як пояснити утворення роси і туману
132 Коли і чому на дроті лінії електропередач зrsquoявляється іній
133 Обrsquoєм посудини в якій міститься насичена пара ізотермічно
збільшили в 5 разів Що сталося з тиском пари
134 Чому туман зrsquoявляється в вечірній час а зранку зникає
135 Чому після дощу стає холодніше Пояснити це явище
4 Довідкові дані
Фундаментальні фізичні сталі
Гравітаційна стала 221110676 кгмНG sdotsdot= minus
Прискорення вільного падіння 2см819=g
Стала Авогадро 12310026 minussdot= мольN A
Стала Больцмана КДжk2310381 minussdot=
Стала Лошмідта 3250 10692 minussdot= мn
Газова стала КмольДжR sdot= 3148
41
Молярний обrsquoєм ідеального газу
при ну мольмV
330 1041322 minussdot=
Густина деяких речовин
Речов
ина ρsdot10
3 (кгм
3) Речовина ρsdot10
3
(кгм3)
мідь 86 вода 100
залізо 79 гліцерин 126
свине
ць
113 касторове
масло
089
ртуть 136 повітря 000129
Молярні маси деяких речовин
Речовин
а
Молекул
а
micro10- 3
кгмоль Речовина
Молекул
а
micro10-3
кгмоль
Азот N2 28 Гелій Hе 4
Аргон Ar 40 Кисень О2 32
Неон Ne 20 Повітря - 29
Вода H2O 18 Ртуть Hg 201
Водень H2 2 Кухонна
сіль NaCl 58
Вуглекг CO2 44
Нормальні умови
КT 2730 = атмстртммПаp 176010011 50 ==sdot=
Питомі теплоємності для деяких речовин
Сталь КкгДжc sdot= 460
Свинець КкгДжс sdot= 126
Питома теплота плавлення свинцю КкгДж sdotsdot= 410262λ
42
Символи і відносні атомні маси деяких хімічних елементів
H He C N O Cu K Li Na
1 4 12 14 16 64 39 6 23
Деякі параметри води
питома теплота пароутворення при 100degС ndash кгМДжr 262=
питома теплоємність ndash КкгкДжс sdot= 194
питома теплота плавлення при 0degС ndash кгДж510353 sdot=λ
43
Критичні параметри
Елемент КкрT
МПакрp
азот 12
6
34
кисень 15
4
507
Ефективні діаметри молекул
Елем
ент
нмσ
азот 03
0
гелій 02
0
Префікси для утворення кратних одиниць
Префікс Позначення Числове
значення Префікс Позначення
Числове
значення
тера Т T 1012
піко п p 10-12
гіга Г G 109 нано н n 10
-9
мега М M 106 мікро мк micro 10
-6
кіло к k 103 мілі м m 10
-3
Одиниці довжини обrsquoєму тиску концентрації кількості
теплоти коефіцієнта дифузії використані в задачах (в СІ) 333 10111 мдмл minussdot== Нкгс 891 = Джкал 1941 =
мдм 1101 minus= мсм 2101 minus= 363 101 мсм minus= 363 101 мсм =minus
Памкгс 891 2 = ПаабомНсмкгс 242 10891 sdot=
Паммкгс 62 10891 sdot= Паатм 5100111 sdot= (фізична атмосфера)
44
Паат 5109801 sdot= (технічна атмосфера) смссм 101 242 minus=
45
Одиниці в яких вимірюються деякі фізичні величини (в СІ)
Робота енергія ЕА Дж
Кількість теплоти Q Дж
Потужність P або N Джс=Вт
Тиск р Па=Нм2
Молярна маса micro кгмоль
Концентрація п м-3
Теплоємність питома с ДжкгmiddotК
Теплоємність молярна С ДжмольmiddotК
Поверхневий натяг α Нм
Динамічна вrsquoязкість η Паmiddotс=Нmiddotсм2=кгмmiddotс
Коефіцієнт дифузії D м2с
Коефіцієнт теплопровідності κ ВтмmiddotК
Приріст ентропії S∆ ДжК
Сталі Ван-дер-Ваальса а та b Нmiddotм4моль
2 та м
3моль
5Література
1 Загальна фізика за редакцією Ковалець МО Орленка ВФ
Частина1 Інтерактивний комплекс навчально-методичного
забезпечення Рівне 2009
2 Волькенштейн ВС Сборник задач по общему курсу физики- М
ldquoНаукаrdquo1985-1989
3 Иродов ИЕ Задачи по общей физике-МrdquoНаукаrdquo 1982
4 Савельев ИВ Сборник вопросов и задач по общей физике-
МldquoНаукаrdquo1982
5 Чертов АГВоробьев АА Федоров МВ Задачник по физике -М
ldquoВысшая школаrdquo1988
6 Х Кухлинг Справочник по физике-М ldquoМирrdquo1985
24
rmQQ
B
C
==intδ
де r ndash питома теплота пароутворення Маємо
+=+=∆ intint
21
2
2
ln12
1T
r
T
TcmQ
TT
dTcmS
B
C
T
T
δ
КкгДжс sdotsdot= 310194 кгДжr510622 sdot= кгm
3101 minussdot=
КT 2731 = КT 3732 =
КДжS 47373
10622
273
373ln10194101
533 =
sdot+sdotsdot=∆ minus
Відповідь КДжS 47=∆
Приклад 17 105 г азоту ізотермічно розширюються від обrsquoєму
лV 21 = до обrsquoєму лV 52 = Знайти приріст ентропії при цьому
процесі
Розвrsquoязання
При ізотермічному процесі Т=const
отже зміна внутрішньої енергії 0=dU
Тоді з першого закону термодинаміки
маємо AQ δδ =
Елементарна робота з врахуванням виразу
для тиску р з рівняння Менделєєва-
Клапейрона V
dVRT
mрdVА
microδ ==
Зміна ентропії в оборотному термодинамічному процесі int=∆B
AT
QS
δ
В нашому випадку 1
22
1
V
VnR
m
TV
TdVR
m
T
АS
V
V
B
A
lmicromicro
δ===∆ intint
молькг 1028 3minussdot=micro - молярна маса азота
Підставимо числові значення
Дано
кггт 310510510 minussdot==
лV 21 =
лV 52 =
constТ =
minus∆S
25
КДжnS 922
5318
1028
10510
3
3
=sdotsdotsdot
sdot=∆
minus
minus
l
Відповідь КДжS 92=∆
Приклад 18 Два кіломолі триатомного газу адіабатно
розширюються в пустоту від 31 1мV = до 3
2 5мV = Температура газу
при цьому зменшується на 15 К Знайти за цими даними постійну laquoаraquo
з рівняння Ван-дер-Ваальса
Розвrsquoязання
Перше начало термодинаміки для адіабатного
процесу має вигляд dUA minus=δ де А ndash робота газу
проти зовнішніх сил U ndash внутрішня енергія За
умовою задачі зовнішнього тиску немає
(розширення в пустоту)
тому 0== dVpAδ
В підсумку маємо що 0=dU
Зміна внутрішньої енергії має дві складові
dTCVν що не залежить від зміни обrsquoєму та
( )VdU що залежить від обrsquoєму Остання складова
рівна роботі сили міжмолекулярного притягання
котра спричинює додатковий внутрішній тиск
2
20
V
aP ν=
( ) dVV
adVPVdU
2
20 ν==
Повна зміна внутрішньої енергії газу
02
2 =+ dVV
adTCV νν
Дано
моль3102 sdot=ν
6=i 0=Qδ
Паp 0=
31 1 мV =
32 5 мV =
KT 15minus=∆
a
26
Звідки dVCV
adT
V2
νminus=
Проінтегруємо останнє співвідношення
int int
minus=minus=
2
1
2
1
122
11T
T
V
V VV VVC
a
V
dV
C
adT νν
тобто
minus=∆
12
112
VViR
aT ν
оскільки молярна теплоємність при постійному обrsquoємі Ri
CV2
=
(і ndash число ступенів вільності R ndash універсальна газова стала)
Тепер маємо
( )21
21
2 VV
VTViRa
minus
∆=
ν
( )
( ) 2
4
3230
511022
51153186
моль
мНa
sdot=
minussdotsdot
sdotsdotminussdotsdot=
Відповідь 2
4
230моль
мН sdot=α
3 Задачі для самостійного розвrsquoязування
Вказівки до розвrsquoязування задач
1 В задачах на теплоту складають рівняння теплового балансу сума
теплоти що виділяється при певних процесах дорівнює сумі теплоти
що поглинається при інших процесах
2 В задачах про лід потрібно спочатку зrsquoясувати (кількісними
підрахунками) чи розтане весь лід якщо про це не сказано в умові
Якщо розтане не весь лід то кінцева температура дорівнюватиме 0ordmС
31 Молекулярна фізика
27
Рівняння стану ідеального газу
1 Балон місткістю 12 л заповнений азотом при тиску 81МПа і
температурі 17degС Знайти масу азоту (113 кг)
2 Яким може бути найменший обrsquoєм балона що містить 64 кг
кисню якщо його стінка при температурі 20degС витримує тиск
160 кгссм2 (32middot10
1 м
3)
3 До якої температури потрібно нагріти ідеальний газ щоб його
густина зменшилася у два рази порівняно з густиною цього газу
при Ct deg= 00 (Т=2Т0=546 К)
4 5 г азоту що знаходиться в закритій посудині місткістю 4 л при
температурі 20degС нагрівають до температури 40degС Знайти тиск
газу до і після нагрівання (р1=108middot105Па р2=116middot10
5Па)
5 Знайти густину водню при температурі 15degС і тиску 730 мм ртст
( 30810 мкг=ρ )
6 Густина деякого газу при температурі 10degС і тиску 2sdot105Па
дорівнює 034 3мкг Чому дорівнює маса одного кіломоля цього
газу ( молькг3104
minussdot=micro )
7 10 г кисню знаходяться під тиском 3 атм при температурі 10degС
Після розширення внаслідок нагрівання при постійному тиску
кисень зайняв обrsquoєм 10 л Знайти 1) обrsquoєм газу до розширення 2)
густину газу до розширення 3) температуру газу після
розширення 4) густину газу після розширення
( 331 1042)1 мV
minussdot= 2) 31 144 мкг=ρ 3) Т2=1170 К 4) 3
2 1 мкг=ρ )
8 6 г вуглекислого газу ( )2CO і 5 г закису азоту ( )ON2 заповнюють
посудину місткістю 2 дм3 Який загальний тиск у посудині при
температурі 127degС (415middot105Па)
9 Яка кількість речовини є в газовому балоні обrsquoємом 2 л при тиску
1013 МПа і температурі 10degС (86 моль)
10 Балон для газового зварювання місткістю 20 л був заповнений
киснем при температурі 15degС Коли частину кисню витратили
тиск у балоні знизився на 5065 кПа Скільки кисню було
витрачено ( кгm 1350=∆ )
11 Температура повітря в посудині обrsquoємом 5 л становить 27degС його
тиск 2026 МПа Визначити масу повітря яке потрібно випустити з
посудини щоб тиск у ній знизився до 1013 МПа ( кгm 0590=∆ )
28
12 Визначити густину повітря в камері шин автомобіля ВАЗ 2110
якщо тиск у камері 018 МПа (надлишковий) а температура 20degС
( 3353 кгм=ρ )
13 Знайти густину суміші 10-2 кг вуглекислого газу і 15sdot10
- 2 кг азоту
при температурі 300 К і тиску 015 МПа ( 3981 кгм=ρ )
14 Знайти молярну масу суміші що утворилася з 38sdot10-3 кг кисню і
22sdot10-2 кг вуглекислого газу ( кгмоль2104 minussdot=micro )
15 Накреслити графіки ізотермічного ізобарного та ізохорного
процесів в ідеальному газі у системах координат р V p T V T
Порівняти ці графіки
16 На рис1 зображено графік зміни стану ідеального газу в
координатах V T Виразити ці процеси графічно в координатах p V
та p T Назвати ці процеси
17 Зміна стану ідеального газу сталої маси зображена на рис2 В т1
температура газу Т0 Визначити температуру газу в т234
(Т2=3Т0 Т3=6Т0 Т4=2Т0)
18 Який обrsquoєм займає суміш газів ndash азоту масою кгm 11 = і гелію
масою кгm 12 = ndash при нормальних умовах (64 м3)
19 Скільки молекул міститься в 1 г водяної пари (33sdot1022
)
20 Скільки молекул буде знаходитися в 1 см3 посудини при 10degС
якщо посудину підкачано до ртстммp11101 minussdot= (34sdot10
5)
21 У балоні місткістю лV 3= знаходиться кисень масою 4 г
Визначити кількість речовини ν газу і концентрацію n його
молекул (ν =0125 моль n=251sdot1025м
-3)
Рис 1 Рис 2
29
22 У балоні було 10 кг газу при тиску 10 МПа Знайти яку масу газу
взяли з балона якщо тиск став рівним 25 МПа Температуру
вважати постійною (75 кг)
23 Балони місткістю лV 201 = і лV 442 = заповнені газом Тиск у
першому балоні МПаp 421 = у другому ndash МПаp 612 =
Визначити загальний тиск p після сполучення балонів якщо
температура газу залишилася попередньою (076 МПа)
24 Газ в кількості m=16 г при тиску р=106 Нм
2 і температурі t=112degС
займає обrsquoєм V=1600 см3 Визначити який це газ (кисень)
25 При якому тиску р густина ρ газоподібного азоту що має
температуру t= - 73degС складає 04 густини води кімнатної
температури 33
010 кгмρ = ( 271042 Нмр sdot= )
26 Відкрита посудина нагріта до температури t2=450degС Яка частина
маси повітря залишилась в ній в порівнянні з тією кількістю яка
була при t1=27degС Розширенням посудини знехтувати
(m2m1=0415)
27 10 г кисню знаходяться під тиском 0303 мкПа при температурі
10degС Після розширення внаслідок нагрівання при постійному
тиску кисень зайняв обrsquoєм 10 л Знайти обrsquoєм газу до розширення і
температуру газу після розширення (V1=24sdot10-3 м
3 Т2=118sdot10
3 К)
28 Скільки молекул повітря буде знаходитись в 1 см3 посудині при
10degС якщо повітря в посудині відкачане до тиску 133 мкПа
(34sdot108)
29 У 1 кг сухого повітря знаходиться m1=232 г кисню і m2=768 г
азоту Знайти відносну молярну масу повітря (microсм=288 кгмоль
microвідн=288 кгмоль)
30 У скільки разів вага повітря взимку (7 0
С) більша за його вагу
влітку (37 0 С) Тиск однаковий (11 рази)
31 У відкритій посудині при Ct0
1 20= є повітря гm 1501 = На яку
величину m∆ зменшиться маса повітря в посудині при нагріванні
її до Ct0
1 100= Зміною розмірів посудини при нагріванні
знехтувати ( m∆ =322 г)
32 У посудині знаходиться суміш 10 г вуглекислого газу і 15 г азоту
Знайти густину цієї суміші при температурі 27 0
С і тиску
15sdot10 5 Па ( 3981 мкг=ρ )
33 Знайти масу атома 1)водню 2) гелію
30
( )(10656)(10671 2727 геліюкгmводнюкгmminusminus sdot=sdot= )
34 Визначити концентрацію n молекул ідеального газу при
температурі Т= 300 К і тиску р =1 МПа ( n=224sdot10 17 м
-3)
Основне рівняння молекулярно-кінетичної теорії газів
швидкості молекул
35 Тиск p газу дорівнює 1 мПа концентрація n його молекул рівна
310101 minussdot см Визначити 1) температуру Т газу 2) середню
кінетичну енергію ( )1кЕ поступального руху молекули
( 1) Т=725 кК 2) ( )1кЕ =15sdot10
-19 Дж)
36 Молекула кисню при нормальних умовах рухається зі швидкістю
425 мс Визначити кінетичну енергію молекули
( ( )1кЕ =48sdot10
-21Дж)
37 Визначити кінетичну енергію поступального руху молекули
аміаку а також повну кінетичну енергію молекул одного моля
аміаку при температурі 373 К ( ( )1кЕ =773sdot10
-21Дж Еk=932 Дж)
38 Визначити сумарну кінетичну енергію теплового руху всіх
молекул кисню (О2) що займають обrsquoєм V=55sdot10-3 м
3 при тиску
р=2026 кПа (Еk=279 кДж)
39 Густина деякого газу 3060 мкгρ = середня квадратична
швидкість його молекул смкв 500=υ Знайти тиск газу на стінки
посудини (5 кПа)
40 Газ займає обrsquoєм лV 1= під тиском атмр 2= Визначити
кінетичну енергію kE поступального руху всіх молекул в даному
обrsquoємі (03 кДж)
41 Кількість речовини деякого газу моль51=ν температура
КТ 120= Визначити кінетичну енергію kE поступального руху
всіх молекул цього газу (73 кДж)
31
42 При якій температурі середня кінетична енергія ( )1кЕ
поступального руху молекули газу рівна Дж2110144 minussdot
(200 К)
43 Посудина зі внутрішнім обrsquoємом лV 4= містить гm 60=
деякого газу під тиском атмр 2= Визначити середню
квадратичну швидкість молекул газу (2 103
см )
43 Середня квадратична швидкість руху молекул деякого газу що
перебуває під тиском 50 кПа дорівнює 449 мс Визначити
густину газу при цих умовах ( 37440 мкг=ρ )
44 При якій температурі середня квадратична швидкість молекул
кисню дорівнює швидкості молекул азоту при температурі 373 К
(Т = 426 К)
46 Знайти середню арифметичну швидкість молекул газу коли
відомо що середня квадратична швидкість 400 мс
( см370=υ )
47 Знайти найбільш імовірну та середню арифметичну швидкості
молекул газу густина якого при тиску 40 кПа дорівнює 03 кгм3
( імυ = 5164 мс υ = 6324 мс)
48 Знайти середню квадратичну швидкість молекул повітря при
температурі 17deg С Повітря вважати однорідним газом з молярною
масою 29sdot10-3 кгмоль ( 500=квυ мс)
49 Визначити середню квадратичну швидкість квυ молекул газу
масою гm 30= що знаходиться в посудині місткістю лV 2= під
тиском кПаp 200= (2sdot10 3 мс)
50 Знайти відношення середніх квадратичних швидкостей молекул
гелію та азоту при однакових температурах (265)
51 Знайти середню квадратичну квυ середню арифметичну υ та
найімовірнішу імυ швидкості молекул водню Обчислення
виконати для трьох значень температури 1) КТ 20=
2) КТ 300= 3) КТ 5000= ( 1) 500 мс 462мс 407 мс
2) 194 кмс 179 кмс 158 кмс 3) 790 кмс 730 кмс 648 кмс)
52 При якій температурі Т середня квадратична швидкість атомів
гелію буде дорівнювати другій космічній швидкості
скм2112 =υ (201 кК)
32
53 Знайти середню арифметичну швидкість υ молекул газу якщо їх
середня квадратична швидкість скмкв 1=υ (092 кмс)
54 Кінетична енергія поступального руху молекул азоту що
знаходиться в обrsquoємі 20 дм3 дорівнює 5 кДж а середня
квадратична швидкість його молекул рівна 2 кмс Знайти 1) масу
азоту в балоні 2) тиск під яким знаходиться азот
( 1) т=25sdot103 кг 2) р=167sdot10
5 Па)
55 Посудина що містить деяку масу одноатомного газу рухається зі
швидкістю u На скільки збільшиться середній квадрат швидкості
теплового руху молекул при зупинці посудини Теплоємність
теплопровідність і маса стінок посудини зникаюче малі
56 Обчислити кількість теплоти що необхідна для нагрівання повітря
від Т1= 273 К до Т2= 303 К при сталому тиску якщо спочатку воно
перебувало при нормальному тиску р1 і мало обrsquoєм V1=50 м3
(∆Q=1948 кДж)
57 Яка кількість теплоти необхідна для нагрівання одного моля
одноатомного газу на 1 К при сталому обrsquoємі (∆Q=124 кДж)
58 Балон місткістю 2sdot10-2
м3 з киснем що має тиск 1013 МПа і
температуру 280 К нагрівають до 300 К Яку кількість теплоти
дістає при цьому газ (∆Q=35 кДж)
59 Визначити кількість теплоти (∆Q) що необхідна для нагрівання
повітря від Т1= 273 К до Т2=298 К при сталому обrsquoємі V1=30 м3
якщо початковий тиск повітря р1 був нормальний
(∆Q=6957 кДж)
32 Термодинаміка Реальні гази
Внутрішня енергія робота розширення газу
перше начало термодинаміки
60 Чому дорівнює енергія теплового руху молекул двоатомного газу
що знаходиться в посудині місткістю 2 л під тиском 015 МПа
(U=750 Дж)
61 10 г кисню знаходяться під тиском 03 МПа при температурі 10degС
Після нагрівання при постійному тиску газ зайняв обrsquoєм 10 л
Знайти 1) кількість теплоти одержаної газом 2) зміну
33
внутрішньої енергії газу 3) роботу виконану газом при
розширенні ( 1) 792sdot103Дж 2) 5660 Дж 3) 226sdot10
3 Дж)
62 2 кмолі вуглекислого газу нагріваються при постійному тиску на
50degС Знайти 1) зміну його внутрішньої енергії 2) роботу
розширення 3) кількість теплоти наданої газу
( 1) 2500 Дж 2) 830 кДж 3) 3300 кДж)
63 Газ що займав обrsquoєм 5 л і знаходився під тиском 02 МПа при
температурі 17degС було нагріто внаслідок чого він ізобарно
розширився Робота розширення газу при цьому виявилася рівною
196 Дж Наскільки нагріто газ (57 К)
64 При ізотермічному розширенні 10 г азоту що знаходиться при
температурі 17degС було виконано роботу 860 Дж У скільки разів
змінився тиск азоту при розширенні (272)
65 1л гелію котрий знаходиться при нормальних умовах ізотермічно
розширюється за рахунок одержаної ззовні теплоти до обrsquoєму 2 л
Знайти 1) роботу виконану газом при розширенні 2) кількість
наданої газу теплоти ( 1) 70 Дж 2) 70 Дж )
66 1 кг двоатомного газу знаходиться під тиском 80 кПа і має
густину 34 мкг=ρ Знайти енергію теплового руху молекул газу
при цих умовах (5sdot104Дж)
67 У посудину в котрій міститься 28 л води при температурі 20degС
вкинули нагрітий до 460degС кусок сталі що має масу 3кг Від цього
вода в посудині нагрілася до 60degС а частина її перетворилася в
пару Визначити масу води котра випарувалася Теплоємністю
посудини знехтувати
68 Знайти для кисню відношення питомої теплоємності при сталому
тиску до питомої теплоємності при постійному обrsquoємі (14)
69 1 кмоль азоту який знаходився при нормальних умовах
розширюється адіабатно від обrsquoєму 1V до обrsquoєму 12 5VV =
Знайти1) зміну внутрішньої енергії газу 2) роботу виконану при
розширенні ( 1) 269 sdot10 6 Дж 2) 269 sdot10
6 Дж)
70 Повітря що при нормальному атмосферному тиску зайняло обrsquoєм
2sdot10-2
м3 адіабатно стискується до обrsquoєму 2sdot10
-3 м
3 Визначити
тиск повітря після стискання (р=254 МПа)
71 Знайти питомі теплоємності азоту та їхні відношення при сталому
обrsquoємі та сталому тиску ( КкДжкгcV sdot= 7420
КкгкДжcp sdot= 041 )
34
72 Знаючи молярну масу газу ( кгмольmicro 31044 minussdot= ) і відношення
питомих теплоємностей (γ=133) обчислити молярні теплоємності
Ср і СV ( СV=0566 кДжкгsdotК Ср=0754 кДжкгsdotК)
Теплоємність адіабатний процес
73 Різниця питомих теплоємностей Vp cc minus деякого двоатомного газу
дорівнює 260 Джкг К Знайти молярну масу micro газу і його питомі
теплоємності pc та cV
( micro=0032 молькг cV=650 ДжкгmiddotК pc =910 ДжкгmiddotК)
74 Молярна маса деякого газу мольг30=micro відношення
41=Vp cc Знайти питомі теплоємності pc і сV цього газу
( сV=693 ДжкгmiddotК pc =910 ДжкгsdotК )
75 До якої температури охолодиться повітря що знаходиться при
температурі 0degС якщо воно розширюється адіабатно від обrsquoєму 1V
до обrsquoєму 12 2VV = (207 К)
76 Газ розширюється адіабатно при цьому обrsquoєм його збільшується
вдвічі а температура падає в 132 рази Яке число ступенів
вільності мають молекули цього газу (5)
77 Чому дорівнюють питомі теплоємності pc і сV деякого
двоатомного газу якщо густина цього газу при нормальних
умовах дорівнює 143 кгм3 (сV=650 ДжкгmiddotК pc =910 ДжкгmiddotК)
78 Двоатомний газ займає обrsquoєм лV 501 = при тиску атмp 501 =
Газ стискується адіабатно до деякого обrsquoєму 2V і тиску 2p а
потім при постійному обrsquoємі 2V охолоджується до початкової
температури При цьому тиск його стає рівним атмp 10 =
Зобразити описаний процес графічно знайти обrsquoєм 2V і тиск 2p
(025 л 132 атм)
79 Газ розширюється адіабатно так що його тиск спадає від 2 атм
до 1 атм Потім він нагрівається при постійному обrsquoємі до
початкової температури причому його тиск зростає до 122 атм
35
Зобразити описаний процес графічно і визначити відношення
Vp cc газу (14)
Цикл Карно ентропія
80 Ідеальна теплова машина що працює за циклом Карно отримує за
кожний цикл від нагрівника 600 кал теплоти Температура
нагрівника 400 К температура холодильника 300 К Знайти
роботу що виконує машина за один цикл і кількість теплоти
котра віддається холодильнику за один цикл
( А=630 Дж Q2=1880 Дж)
81 Ідеальна теплова машина що працює за циклом Карно 23
теплоти одержаної від нагрівника передає холодильнику з
температурою 10degС Визначити температуру нагрівника (4245 К)
82 Ідеальна теплова машина працює за циклом Карно При цьому
80 теплоти одержаної від нагрівника передається
холодильнику Від нагрівника надходить за цикл 15 ккал теплоти
Знайти 1) ККД циклу 2) роботу виконану за цикл
( 1) 20 2) 126sdot103Дж)
83 Ідеальна теплова машина що працює за циклом Карно виконує
за один цикл роботу 735sdot 10 4 Дж Температура нагрівника 100
0 С
температура холодильника 00 С Знайти1) ККД машини
2) кількість теплоти одержаної машиною за один цикл від
нагрівника 3) кількість теплоти яка віддається за один цикл
холодильнику ( 1) 268 2) 274 sdot10 4 Дж 3) 126 sdot10
4 Дж)
84 Ідеальна теплова машина отримує від нагрівника температура
якого 500 К за один цикл 3360 Дж теплоти Знайти кількість
теплоти що передається за один цикл холодильнику температура
якого 400 К Знайти роботу машини за один цикл
(Q2= 2688 Дж А= 672 Дж)
85 Ідеальна теплова машина що працює за циклом Карно має
температуру нагрівника 600 К а холодильника 500 К У скільки
разів потрібно збільшити абсолютну температуру нагрівника щоб
ККД машини збільшився вдвічі (в 125)
86 Визначити ККД циклу і температуру нагрівника теплової
машини яка працює за циклом Карно якщо за рахунок 2 кДж
теплоти одержаної від нагрівника вона виконує роботу 400 Дж
Температура холодильника 480 К (20 600 К)
36
87 Знайти зміну ентропії при ізотермічному розширенні 6 г водню зі
зменшенням тиску від 01 МПа до 50 кПа (173 ДжК)
88 105 г азоту ізотермічно розширюються від обrsquoєму лV 21 = до
обrsquoєму лV 52 = Знайти приріст ентропії в цьому процесі
(29 ДжК)
89 10 г кисню нагріваються від Ct deg= 501 до Ct deg= 1502 Знайти зміну
ентропії якщо нагрівання відбувається 1) ізохорно 2) ізобарно
( 1) 176 ДжК 2) 246 ДжК )
90 У циклі Карно робочим тілом є двоатомний газ Визначити ККД
циклу якщо при адіабатичному розширенні обrsquoєм газу збільшився
від 80 до 102 дм3 (01 або 10)
91 05 кг розплавленого свинцю при температурі плавлення влили в
лід при 0degС Частина льоду розплавилася Знайти зміну ентропії
(50 ДжК)
Реальні гази явища перенесення
92 Знайти критичний молярний обrsquoєм азоту
93 Розрахувати густину кисню у критичному стані
94 Знайти середню довжину вільного пробігу атомів гелію в умовах
коли густина гелію 321 мг=ρ (18sdot10-6 м)
95 Знайти середню довжину вільного пробігу атомів азоту при
температурі 17 0 С і тиску 10
4 Па ( м610 minus=λ )
96 Знайти залежність середнього числа зіткнень молекул z ідеального
газу від тиску р в наступних процесах 1) ізохорному
2)ізотермічному Зобразити ці залежності на графіках
( pzpz asympasymp )2)1 )
97 У посудині знаходиться вуглекислий газ густина якого 321012 мкгminussdot=ρ середня довжина вільного пробігу його
молекул при цих умовах дорівнює см61097 minussdot=λ Знайти
діаметр молекул вуглекислого газу ( d =35sdot 10 -10
м )
37
98 Знайти діаметр молекули кисню якщо відомо що для кисню
коефіцієнт внутрішнього тертя при 0ordm С дорівнює
сПа sdotsdot= minus610818η ( d = 3middot10
-10 м)
99 Знайти динамічну вrsquoязкість азоту при нормальних умовах якщо
коефіцієнт дифузії для нього при цих умовах дорівнює
сcм21420 (η = 178sdot10-5 Паsdotс)
100 Знайти коефіцієнт теплопровідності водню якщо його
динамічна вrsquoязкість при таких самих умовах рівна смкПа sdot68
(0090 ВтмmiddotК)
101 Коефіцієнт дифузії і динамічної вrsquoязкість кисню дорівнюють
см2510221
minussdot та сПа sdotsdot= minus510951η відповідно Знайти при
цих умовах 1) густину кисню 2) середню довжину вільного
пробігу його молекул і 3) середню арифметичну швидкість його
молекул ( 1) 16 кгм3 2) 835sdot10
-8 м 3) 440 мс)
102 Знайти залежність коефіцієнта теплопровідності κ газу від
температури Т в умовах ізобарного та ізохорного процесів
Зобразити ці залежності графічно (1 κ~ Т 2 κ~ Т )
103 Зайти коефіцієнт дифузії при нормальних умовах 1)гелію
2)кисню ( 1) сcм2720 2) сcм2180 )
104 Коефіцієнт дифузії D кисню при температурі t=0ordmС дорівнює
019 см2с Визначити середню довжину вільного пробігу λ
молекул кисню ( λ =135 нм)
105 Визначити залежність коефіцієнта дифузії D ідеального газу від
температури при наступних процесах 1)ізобарному
2)ізохорному ( 1) D~ 3Т 2) D~ Т )
106 Визначити залежність динамічної вrsquoязкості η від температури Т
при наступних процесах 1)ізобарному 2) ізохорному Зобразити
ці залежності на графіках ( 1) η ~ Т 2) η ~ Т )
107 Знайти коефіцієнт дифузії та коефіцієнт внутрішнього тертя
повітря при тиску 760 мм рт ст і температурі 10ordmС Діаметр
молекули повітря прийняти 3middot10-1 м
(148middot10-5 м
2с 185middot10
- 5 Паsdotс)
108 У скільки разів коефіцієнт внутрішнього тертя кисню більший за
коефіцієнт внутрішнього тертя азоту Температура газів
однакова (107)
38
109 Знайти коефіцієнт теплопровідності повітря при температурі
10ordmС і тиску 105 Па Діаметр молекули повітря прийняти рівним
3middot10-8 см (132middot10
-3 ВтмmiddotК)
110 Знайти залежність коефіцієнта теплопровідностіκ від тиску р
при наступних процесах 1)ізотермічному 2)ізохоричному
Зобразити ці залежності на графіках
( 1) Не залежить 2) κ ~ р )
Таблиця для самостійної роботи
Варіанти
завдань
Номери задач
1 1 11 35 45 60 73 85 97
2 2 12 36 46 61 74 86 98
3 3 13 37 47 62 75 87 99
4 4 14 38 48 63 76 88 100
5 5 15 39 49 64 77 89 103
6 6 16 40 50 65 80 92 104
7 7 17 41 51 66 81 93 105
8 8 18 42 52 67 82 94 106
9 9 19 43 53 68 83 95 107
10 10 20 44 54 69 84 96 108
Задачі для усного розвrsquoязування
111 Під час накачування повітря в гумову камеру одночасно
збільшується його обrsquoєм і тиск Чи не суперечить це закону Бойля -
Маріотта
112 Чому влітку шини коліс автомобілів накачують повітрям до
меншого тиску ніж взимку
113 Якої форми необхідно взяти посудину щоб сила тиску на дно
дорівнювала вазі рідини Була більша Менша ваги рідини
39
114 У посудині наповненій до краю водою плаває кусок льоду Чи
виллється вода з посудини коли лід розтане
115 Дві кульки ndash мідна та алюмінієва зрівноважені на пружинних
терезах Чи порушиться рівновага терезів якщо кульки упустити у
воду
116 Чи можна перелити воду з однієї склянки в іншу знаходячись в
кабіні штучного супутника Землі
117 Повітря складається з азоту кисню та інших газів Чи однакова
кінетична енергія поступального руху молекул цих газів при даній
температурі
118 Якими способами можна змінити внутрішню енергію тіла
119 В якому випадку зміна тиску газу буде більшою при адіабатній
чи ізотермічній зміні обrsquoєму
120 Чому ізотермічне розширення газу відбувається тільки внаслідок
підведення до нього деякої кількості теплоти
121 Чому в дизелі нема потреби запалювати пальну суміш
електричною іскрою як це робиться в інших двигунах
122 Під час роботи пневматичний молот що працює за рахунок
енергії стиснутого повітря зовні обмерзає Яка причина охолодження
123 Після сильного шторму вода в морі стає теплішою Чому
124 Деяку масу ідеального газу нагрівають на однакову кількість
градусів один раз при сталому тиску а другий раз при сталому обrsquoємі
В якому випадку потрібна більша кількість теплоти Чому
125 Чому вода на дні океану залишається холодною в той час як по
мірі просування в глибину Землі на кожні 100 м температура
збільшується приблизно на 3deg
40
126 Чи може теплова машина мати ККД=100 якщо працюватиме за
ідеальним циклом
127 Чи можна створити умови за яких внутрішня енергія переходила
б від тіл з нижчою температурою до тіл з вищою температурою
128 Чи охолоне повітря в кімнаті якщо відчинити двері домашнього
холодильника ввімкнутого в мережу
129 Чому температура пари яка надходить у парову турбіну нижча
за температуру пари що виходить з неї
130 Накреслити криві ізобарного ізохорного ізотермічного процесів
на діаграмах залежності V T P T P V
131 Як пояснити утворення роси і туману
132 Коли і чому на дроті лінії електропередач зrsquoявляється іній
133 Обrsquoєм посудини в якій міститься насичена пара ізотермічно
збільшили в 5 разів Що сталося з тиском пари
134 Чому туман зrsquoявляється в вечірній час а зранку зникає
135 Чому після дощу стає холодніше Пояснити це явище
4 Довідкові дані
Фундаментальні фізичні сталі
Гравітаційна стала 221110676 кгмНG sdotsdot= minus
Прискорення вільного падіння 2см819=g
Стала Авогадро 12310026 minussdot= мольN A
Стала Больцмана КДжk2310381 minussdot=
Стала Лошмідта 3250 10692 minussdot= мn
Газова стала КмольДжR sdot= 3148
41
Молярний обrsquoєм ідеального газу
при ну мольмV
330 1041322 minussdot=
Густина деяких речовин
Речов
ина ρsdot10
3 (кгм
3) Речовина ρsdot10
3
(кгм3)
мідь 86 вода 100
залізо 79 гліцерин 126
свине
ць
113 касторове
масло
089
ртуть 136 повітря 000129
Молярні маси деяких речовин
Речовин
а
Молекул
а
micro10- 3
кгмоль Речовина
Молекул
а
micro10-3
кгмоль
Азот N2 28 Гелій Hе 4
Аргон Ar 40 Кисень О2 32
Неон Ne 20 Повітря - 29
Вода H2O 18 Ртуть Hg 201
Водень H2 2 Кухонна
сіль NaCl 58
Вуглекг CO2 44
Нормальні умови
КT 2730 = атмстртммПаp 176010011 50 ==sdot=
Питомі теплоємності для деяких речовин
Сталь КкгДжc sdot= 460
Свинець КкгДжс sdot= 126
Питома теплота плавлення свинцю КкгДж sdotsdot= 410262λ
42
Символи і відносні атомні маси деяких хімічних елементів
H He C N O Cu K Li Na
1 4 12 14 16 64 39 6 23
Деякі параметри води
питома теплота пароутворення при 100degС ndash кгМДжr 262=
питома теплоємність ndash КкгкДжс sdot= 194
питома теплота плавлення при 0degС ndash кгДж510353 sdot=λ
43
Критичні параметри
Елемент КкрT
МПакрp
азот 12
6
34
кисень 15
4
507
Ефективні діаметри молекул
Елем
ент
нмσ
азот 03
0
гелій 02
0
Префікси для утворення кратних одиниць
Префікс Позначення Числове
значення Префікс Позначення
Числове
значення
тера Т T 1012
піко п p 10-12
гіга Г G 109 нано н n 10
-9
мега М M 106 мікро мк micro 10
-6
кіло к k 103 мілі м m 10
-3
Одиниці довжини обrsquoєму тиску концентрації кількості
теплоти коефіцієнта дифузії використані в задачах (в СІ) 333 10111 мдмл minussdot== Нкгс 891 = Джкал 1941 =
мдм 1101 minus= мсм 2101 minus= 363 101 мсм minus= 363 101 мсм =minus
Памкгс 891 2 = ПаабомНсмкгс 242 10891 sdot=
Паммкгс 62 10891 sdot= Паатм 5100111 sdot= (фізична атмосфера)
44
Паат 5109801 sdot= (технічна атмосфера) смссм 101 242 minus=
45
Одиниці в яких вимірюються деякі фізичні величини (в СІ)
Робота енергія ЕА Дж
Кількість теплоти Q Дж
Потужність P або N Джс=Вт
Тиск р Па=Нм2
Молярна маса micro кгмоль
Концентрація п м-3
Теплоємність питома с ДжкгmiddotК
Теплоємність молярна С ДжмольmiddotК
Поверхневий натяг α Нм
Динамічна вrsquoязкість η Паmiddotс=Нmiddotсм2=кгмmiddotс
Коефіцієнт дифузії D м2с
Коефіцієнт теплопровідності κ ВтмmiddotК
Приріст ентропії S∆ ДжК
Сталі Ван-дер-Ваальса а та b Нmiddotм4моль
2 та м
3моль
5Література
1 Загальна фізика за редакцією Ковалець МО Орленка ВФ
Частина1 Інтерактивний комплекс навчально-методичного
забезпечення Рівне 2009
2 Волькенштейн ВС Сборник задач по общему курсу физики- М
ldquoНаукаrdquo1985-1989
3 Иродов ИЕ Задачи по общей физике-МrdquoНаукаrdquo 1982
4 Савельев ИВ Сборник вопросов и задач по общей физике-
МldquoНаукаrdquo1982
5 Чертов АГВоробьев АА Федоров МВ Задачник по физике -М
ldquoВысшая школаrdquo1988
6 Х Кухлинг Справочник по физике-М ldquoМирrdquo1985
25
КДжnS 922
5318
1028
10510
3
3
=sdotsdotsdot
sdot=∆
minus
minus
l
Відповідь КДжS 92=∆
Приклад 18 Два кіломолі триатомного газу адіабатно
розширюються в пустоту від 31 1мV = до 3
2 5мV = Температура газу
при цьому зменшується на 15 К Знайти за цими даними постійну laquoаraquo
з рівняння Ван-дер-Ваальса
Розвrsquoязання
Перше начало термодинаміки для адіабатного
процесу має вигляд dUA minus=δ де А ndash робота газу
проти зовнішніх сил U ndash внутрішня енергія За
умовою задачі зовнішнього тиску немає
(розширення в пустоту)
тому 0== dVpAδ
В підсумку маємо що 0=dU
Зміна внутрішньої енергії має дві складові
dTCVν що не залежить від зміни обrsquoєму та
( )VdU що залежить від обrsquoєму Остання складова
рівна роботі сили міжмолекулярного притягання
котра спричинює додатковий внутрішній тиск
2
20
V
aP ν=
( ) dVV
adVPVdU
2
20 ν==
Повна зміна внутрішньої енергії газу
02
2 =+ dVV
adTCV νν
Дано
моль3102 sdot=ν
6=i 0=Qδ
Паp 0=
31 1 мV =
32 5 мV =
KT 15minus=∆
a
26
Звідки dVCV
adT
V2
νminus=
Проінтегруємо останнє співвідношення
int int
minus=minus=
2
1
2
1
122
11T
T
V
V VV VVC
a
V
dV
C
adT νν
тобто
minus=∆
12
112
VViR
aT ν
оскільки молярна теплоємність при постійному обrsquoємі Ri
CV2
=
(і ndash число ступенів вільності R ndash універсальна газова стала)
Тепер маємо
( )21
21
2 VV
VTViRa
minus
∆=
ν
( )
( ) 2
4
3230
511022
51153186
моль
мНa
sdot=
minussdotsdot
sdotsdotminussdotsdot=
Відповідь 2
4
230моль
мН sdot=α
3 Задачі для самостійного розвrsquoязування
Вказівки до розвrsquoязування задач
1 В задачах на теплоту складають рівняння теплового балансу сума
теплоти що виділяється при певних процесах дорівнює сумі теплоти
що поглинається при інших процесах
2 В задачах про лід потрібно спочатку зrsquoясувати (кількісними
підрахунками) чи розтане весь лід якщо про це не сказано в умові
Якщо розтане не весь лід то кінцева температура дорівнюватиме 0ordmС
31 Молекулярна фізика
27
Рівняння стану ідеального газу
1 Балон місткістю 12 л заповнений азотом при тиску 81МПа і
температурі 17degС Знайти масу азоту (113 кг)
2 Яким може бути найменший обrsquoєм балона що містить 64 кг
кисню якщо його стінка при температурі 20degС витримує тиск
160 кгссм2 (32middot10
1 м
3)
3 До якої температури потрібно нагріти ідеальний газ щоб його
густина зменшилася у два рази порівняно з густиною цього газу
при Ct deg= 00 (Т=2Т0=546 К)
4 5 г азоту що знаходиться в закритій посудині місткістю 4 л при
температурі 20degС нагрівають до температури 40degС Знайти тиск
газу до і після нагрівання (р1=108middot105Па р2=116middot10
5Па)
5 Знайти густину водню при температурі 15degС і тиску 730 мм ртст
( 30810 мкг=ρ )
6 Густина деякого газу при температурі 10degС і тиску 2sdot105Па
дорівнює 034 3мкг Чому дорівнює маса одного кіломоля цього
газу ( молькг3104
minussdot=micro )
7 10 г кисню знаходяться під тиском 3 атм при температурі 10degС
Після розширення внаслідок нагрівання при постійному тиску
кисень зайняв обrsquoєм 10 л Знайти 1) обrsquoєм газу до розширення 2)
густину газу до розширення 3) температуру газу після
розширення 4) густину газу після розширення
( 331 1042)1 мV
minussdot= 2) 31 144 мкг=ρ 3) Т2=1170 К 4) 3
2 1 мкг=ρ )
8 6 г вуглекислого газу ( )2CO і 5 г закису азоту ( )ON2 заповнюють
посудину місткістю 2 дм3 Який загальний тиск у посудині при
температурі 127degС (415middot105Па)
9 Яка кількість речовини є в газовому балоні обrsquoємом 2 л при тиску
1013 МПа і температурі 10degС (86 моль)
10 Балон для газового зварювання місткістю 20 л був заповнений
киснем при температурі 15degС Коли частину кисню витратили
тиск у балоні знизився на 5065 кПа Скільки кисню було
витрачено ( кгm 1350=∆ )
11 Температура повітря в посудині обrsquoємом 5 л становить 27degС його
тиск 2026 МПа Визначити масу повітря яке потрібно випустити з
посудини щоб тиск у ній знизився до 1013 МПа ( кгm 0590=∆ )
28
12 Визначити густину повітря в камері шин автомобіля ВАЗ 2110
якщо тиск у камері 018 МПа (надлишковий) а температура 20degС
( 3353 кгм=ρ )
13 Знайти густину суміші 10-2 кг вуглекислого газу і 15sdot10
- 2 кг азоту
при температурі 300 К і тиску 015 МПа ( 3981 кгм=ρ )
14 Знайти молярну масу суміші що утворилася з 38sdot10-3 кг кисню і
22sdot10-2 кг вуглекислого газу ( кгмоль2104 minussdot=micro )
15 Накреслити графіки ізотермічного ізобарного та ізохорного
процесів в ідеальному газі у системах координат р V p T V T
Порівняти ці графіки
16 На рис1 зображено графік зміни стану ідеального газу в
координатах V T Виразити ці процеси графічно в координатах p V
та p T Назвати ці процеси
17 Зміна стану ідеального газу сталої маси зображена на рис2 В т1
температура газу Т0 Визначити температуру газу в т234
(Т2=3Т0 Т3=6Т0 Т4=2Т0)
18 Який обrsquoєм займає суміш газів ndash азоту масою кгm 11 = і гелію
масою кгm 12 = ndash при нормальних умовах (64 м3)
19 Скільки молекул міститься в 1 г водяної пари (33sdot1022
)
20 Скільки молекул буде знаходитися в 1 см3 посудини при 10degС
якщо посудину підкачано до ртстммp11101 minussdot= (34sdot10
5)
21 У балоні місткістю лV 3= знаходиться кисень масою 4 г
Визначити кількість речовини ν газу і концентрацію n його
молекул (ν =0125 моль n=251sdot1025м
-3)
Рис 1 Рис 2
29
22 У балоні було 10 кг газу при тиску 10 МПа Знайти яку масу газу
взяли з балона якщо тиск став рівним 25 МПа Температуру
вважати постійною (75 кг)
23 Балони місткістю лV 201 = і лV 442 = заповнені газом Тиск у
першому балоні МПаp 421 = у другому ndash МПаp 612 =
Визначити загальний тиск p після сполучення балонів якщо
температура газу залишилася попередньою (076 МПа)
24 Газ в кількості m=16 г при тиску р=106 Нм
2 і температурі t=112degС
займає обrsquoєм V=1600 см3 Визначити який це газ (кисень)
25 При якому тиску р густина ρ газоподібного азоту що має
температуру t= - 73degС складає 04 густини води кімнатної
температури 33
010 кгмρ = ( 271042 Нмр sdot= )
26 Відкрита посудина нагріта до температури t2=450degС Яка частина
маси повітря залишилась в ній в порівнянні з тією кількістю яка
була при t1=27degС Розширенням посудини знехтувати
(m2m1=0415)
27 10 г кисню знаходяться під тиском 0303 мкПа при температурі
10degС Після розширення внаслідок нагрівання при постійному
тиску кисень зайняв обrsquoєм 10 л Знайти обrsquoєм газу до розширення і
температуру газу після розширення (V1=24sdot10-3 м
3 Т2=118sdot10
3 К)
28 Скільки молекул повітря буде знаходитись в 1 см3 посудині при
10degС якщо повітря в посудині відкачане до тиску 133 мкПа
(34sdot108)
29 У 1 кг сухого повітря знаходиться m1=232 г кисню і m2=768 г
азоту Знайти відносну молярну масу повітря (microсм=288 кгмоль
microвідн=288 кгмоль)
30 У скільки разів вага повітря взимку (7 0
С) більша за його вагу
влітку (37 0 С) Тиск однаковий (11 рази)
31 У відкритій посудині при Ct0
1 20= є повітря гm 1501 = На яку
величину m∆ зменшиться маса повітря в посудині при нагріванні
її до Ct0
1 100= Зміною розмірів посудини при нагріванні
знехтувати ( m∆ =322 г)
32 У посудині знаходиться суміш 10 г вуглекислого газу і 15 г азоту
Знайти густину цієї суміші при температурі 27 0
С і тиску
15sdot10 5 Па ( 3981 мкг=ρ )
33 Знайти масу атома 1)водню 2) гелію
30
( )(10656)(10671 2727 геліюкгmводнюкгmminusminus sdot=sdot= )
34 Визначити концентрацію n молекул ідеального газу при
температурі Т= 300 К і тиску р =1 МПа ( n=224sdot10 17 м
-3)
Основне рівняння молекулярно-кінетичної теорії газів
швидкості молекул
35 Тиск p газу дорівнює 1 мПа концентрація n його молекул рівна
310101 minussdot см Визначити 1) температуру Т газу 2) середню
кінетичну енергію ( )1кЕ поступального руху молекули
( 1) Т=725 кК 2) ( )1кЕ =15sdot10
-19 Дж)
36 Молекула кисню при нормальних умовах рухається зі швидкістю
425 мс Визначити кінетичну енергію молекули
( ( )1кЕ =48sdot10
-21Дж)
37 Визначити кінетичну енергію поступального руху молекули
аміаку а також повну кінетичну енергію молекул одного моля
аміаку при температурі 373 К ( ( )1кЕ =773sdot10
-21Дж Еk=932 Дж)
38 Визначити сумарну кінетичну енергію теплового руху всіх
молекул кисню (О2) що займають обrsquoєм V=55sdot10-3 м
3 при тиску
р=2026 кПа (Еk=279 кДж)
39 Густина деякого газу 3060 мкгρ = середня квадратична
швидкість його молекул смкв 500=υ Знайти тиск газу на стінки
посудини (5 кПа)
40 Газ займає обrsquoєм лV 1= під тиском атмр 2= Визначити
кінетичну енергію kE поступального руху всіх молекул в даному
обrsquoємі (03 кДж)
41 Кількість речовини деякого газу моль51=ν температура
КТ 120= Визначити кінетичну енергію kE поступального руху
всіх молекул цього газу (73 кДж)
31
42 При якій температурі середня кінетична енергія ( )1кЕ
поступального руху молекули газу рівна Дж2110144 minussdot
(200 К)
43 Посудина зі внутрішнім обrsquoємом лV 4= містить гm 60=
деякого газу під тиском атмр 2= Визначити середню
квадратичну швидкість молекул газу (2 103
см )
43 Середня квадратична швидкість руху молекул деякого газу що
перебуває під тиском 50 кПа дорівнює 449 мс Визначити
густину газу при цих умовах ( 37440 мкг=ρ )
44 При якій температурі середня квадратична швидкість молекул
кисню дорівнює швидкості молекул азоту при температурі 373 К
(Т = 426 К)
46 Знайти середню арифметичну швидкість молекул газу коли
відомо що середня квадратична швидкість 400 мс
( см370=υ )
47 Знайти найбільш імовірну та середню арифметичну швидкості
молекул газу густина якого при тиску 40 кПа дорівнює 03 кгм3
( імυ = 5164 мс υ = 6324 мс)
48 Знайти середню квадратичну швидкість молекул повітря при
температурі 17deg С Повітря вважати однорідним газом з молярною
масою 29sdot10-3 кгмоль ( 500=квυ мс)
49 Визначити середню квадратичну швидкість квυ молекул газу
масою гm 30= що знаходиться в посудині місткістю лV 2= під
тиском кПаp 200= (2sdot10 3 мс)
50 Знайти відношення середніх квадратичних швидкостей молекул
гелію та азоту при однакових температурах (265)
51 Знайти середню квадратичну квυ середню арифметичну υ та
найімовірнішу імυ швидкості молекул водню Обчислення
виконати для трьох значень температури 1) КТ 20=
2) КТ 300= 3) КТ 5000= ( 1) 500 мс 462мс 407 мс
2) 194 кмс 179 кмс 158 кмс 3) 790 кмс 730 кмс 648 кмс)
52 При якій температурі Т середня квадратична швидкість атомів
гелію буде дорівнювати другій космічній швидкості
скм2112 =υ (201 кК)
32
53 Знайти середню арифметичну швидкість υ молекул газу якщо їх
середня квадратична швидкість скмкв 1=υ (092 кмс)
54 Кінетична енергія поступального руху молекул азоту що
знаходиться в обrsquoємі 20 дм3 дорівнює 5 кДж а середня
квадратична швидкість його молекул рівна 2 кмс Знайти 1) масу
азоту в балоні 2) тиск під яким знаходиться азот
( 1) т=25sdot103 кг 2) р=167sdot10
5 Па)
55 Посудина що містить деяку масу одноатомного газу рухається зі
швидкістю u На скільки збільшиться середній квадрат швидкості
теплового руху молекул при зупинці посудини Теплоємність
теплопровідність і маса стінок посудини зникаюче малі
56 Обчислити кількість теплоти що необхідна для нагрівання повітря
від Т1= 273 К до Т2= 303 К при сталому тиску якщо спочатку воно
перебувало при нормальному тиску р1 і мало обrsquoєм V1=50 м3
(∆Q=1948 кДж)
57 Яка кількість теплоти необхідна для нагрівання одного моля
одноатомного газу на 1 К при сталому обrsquoємі (∆Q=124 кДж)
58 Балон місткістю 2sdot10-2
м3 з киснем що має тиск 1013 МПа і
температуру 280 К нагрівають до 300 К Яку кількість теплоти
дістає при цьому газ (∆Q=35 кДж)
59 Визначити кількість теплоти (∆Q) що необхідна для нагрівання
повітря від Т1= 273 К до Т2=298 К при сталому обrsquoємі V1=30 м3
якщо початковий тиск повітря р1 був нормальний
(∆Q=6957 кДж)
32 Термодинаміка Реальні гази
Внутрішня енергія робота розширення газу
перше начало термодинаміки
60 Чому дорівнює енергія теплового руху молекул двоатомного газу
що знаходиться в посудині місткістю 2 л під тиском 015 МПа
(U=750 Дж)
61 10 г кисню знаходяться під тиском 03 МПа при температурі 10degС
Після нагрівання при постійному тиску газ зайняв обrsquoєм 10 л
Знайти 1) кількість теплоти одержаної газом 2) зміну
33
внутрішньої енергії газу 3) роботу виконану газом при
розширенні ( 1) 792sdot103Дж 2) 5660 Дж 3) 226sdot10
3 Дж)
62 2 кмолі вуглекислого газу нагріваються при постійному тиску на
50degС Знайти 1) зміну його внутрішньої енергії 2) роботу
розширення 3) кількість теплоти наданої газу
( 1) 2500 Дж 2) 830 кДж 3) 3300 кДж)
63 Газ що займав обrsquoєм 5 л і знаходився під тиском 02 МПа при
температурі 17degС було нагріто внаслідок чого він ізобарно
розширився Робота розширення газу при цьому виявилася рівною
196 Дж Наскільки нагріто газ (57 К)
64 При ізотермічному розширенні 10 г азоту що знаходиться при
температурі 17degС було виконано роботу 860 Дж У скільки разів
змінився тиск азоту при розширенні (272)
65 1л гелію котрий знаходиться при нормальних умовах ізотермічно
розширюється за рахунок одержаної ззовні теплоти до обrsquoєму 2 л
Знайти 1) роботу виконану газом при розширенні 2) кількість
наданої газу теплоти ( 1) 70 Дж 2) 70 Дж )
66 1 кг двоатомного газу знаходиться під тиском 80 кПа і має
густину 34 мкг=ρ Знайти енергію теплового руху молекул газу
при цих умовах (5sdot104Дж)
67 У посудину в котрій міститься 28 л води при температурі 20degС
вкинули нагрітий до 460degС кусок сталі що має масу 3кг Від цього
вода в посудині нагрілася до 60degС а частина її перетворилася в
пару Визначити масу води котра випарувалася Теплоємністю
посудини знехтувати
68 Знайти для кисню відношення питомої теплоємності при сталому
тиску до питомої теплоємності при постійному обrsquoємі (14)
69 1 кмоль азоту який знаходився при нормальних умовах
розширюється адіабатно від обrsquoєму 1V до обrsquoєму 12 5VV =
Знайти1) зміну внутрішньої енергії газу 2) роботу виконану при
розширенні ( 1) 269 sdot10 6 Дж 2) 269 sdot10
6 Дж)
70 Повітря що при нормальному атмосферному тиску зайняло обrsquoєм
2sdot10-2
м3 адіабатно стискується до обrsquoєму 2sdot10
-3 м
3 Визначити
тиск повітря після стискання (р=254 МПа)
71 Знайти питомі теплоємності азоту та їхні відношення при сталому
обrsquoємі та сталому тиску ( КкДжкгcV sdot= 7420
КкгкДжcp sdot= 041 )
34
72 Знаючи молярну масу газу ( кгмольmicro 31044 minussdot= ) і відношення
питомих теплоємностей (γ=133) обчислити молярні теплоємності
Ср і СV ( СV=0566 кДжкгsdotК Ср=0754 кДжкгsdotК)
Теплоємність адіабатний процес
73 Різниця питомих теплоємностей Vp cc minus деякого двоатомного газу
дорівнює 260 Джкг К Знайти молярну масу micro газу і його питомі
теплоємності pc та cV
( micro=0032 молькг cV=650 ДжкгmiddotК pc =910 ДжкгmiddotК)
74 Молярна маса деякого газу мольг30=micro відношення
41=Vp cc Знайти питомі теплоємності pc і сV цього газу
( сV=693 ДжкгmiddotК pc =910 ДжкгsdotК )
75 До якої температури охолодиться повітря що знаходиться при
температурі 0degС якщо воно розширюється адіабатно від обrsquoєму 1V
до обrsquoєму 12 2VV = (207 К)
76 Газ розширюється адіабатно при цьому обrsquoєм його збільшується
вдвічі а температура падає в 132 рази Яке число ступенів
вільності мають молекули цього газу (5)
77 Чому дорівнюють питомі теплоємності pc і сV деякого
двоатомного газу якщо густина цього газу при нормальних
умовах дорівнює 143 кгм3 (сV=650 ДжкгmiddotК pc =910 ДжкгmiddotК)
78 Двоатомний газ займає обrsquoєм лV 501 = при тиску атмp 501 =
Газ стискується адіабатно до деякого обrsquoєму 2V і тиску 2p а
потім при постійному обrsquoємі 2V охолоджується до початкової
температури При цьому тиск його стає рівним атмp 10 =
Зобразити описаний процес графічно знайти обrsquoєм 2V і тиск 2p
(025 л 132 атм)
79 Газ розширюється адіабатно так що його тиск спадає від 2 атм
до 1 атм Потім він нагрівається при постійному обrsquoємі до
початкової температури причому його тиск зростає до 122 атм
35
Зобразити описаний процес графічно і визначити відношення
Vp cc газу (14)
Цикл Карно ентропія
80 Ідеальна теплова машина що працює за циклом Карно отримує за
кожний цикл від нагрівника 600 кал теплоти Температура
нагрівника 400 К температура холодильника 300 К Знайти
роботу що виконує машина за один цикл і кількість теплоти
котра віддається холодильнику за один цикл
( А=630 Дж Q2=1880 Дж)
81 Ідеальна теплова машина що працює за циклом Карно 23
теплоти одержаної від нагрівника передає холодильнику з
температурою 10degС Визначити температуру нагрівника (4245 К)
82 Ідеальна теплова машина працює за циклом Карно При цьому
80 теплоти одержаної від нагрівника передається
холодильнику Від нагрівника надходить за цикл 15 ккал теплоти
Знайти 1) ККД циклу 2) роботу виконану за цикл
( 1) 20 2) 126sdot103Дж)
83 Ідеальна теплова машина що працює за циклом Карно виконує
за один цикл роботу 735sdot 10 4 Дж Температура нагрівника 100
0 С
температура холодильника 00 С Знайти1) ККД машини
2) кількість теплоти одержаної машиною за один цикл від
нагрівника 3) кількість теплоти яка віддається за один цикл
холодильнику ( 1) 268 2) 274 sdot10 4 Дж 3) 126 sdot10
4 Дж)
84 Ідеальна теплова машина отримує від нагрівника температура
якого 500 К за один цикл 3360 Дж теплоти Знайти кількість
теплоти що передається за один цикл холодильнику температура
якого 400 К Знайти роботу машини за один цикл
(Q2= 2688 Дж А= 672 Дж)
85 Ідеальна теплова машина що працює за циклом Карно має
температуру нагрівника 600 К а холодильника 500 К У скільки
разів потрібно збільшити абсолютну температуру нагрівника щоб
ККД машини збільшився вдвічі (в 125)
86 Визначити ККД циклу і температуру нагрівника теплової
машини яка працює за циклом Карно якщо за рахунок 2 кДж
теплоти одержаної від нагрівника вона виконує роботу 400 Дж
Температура холодильника 480 К (20 600 К)
36
87 Знайти зміну ентропії при ізотермічному розширенні 6 г водню зі
зменшенням тиску від 01 МПа до 50 кПа (173 ДжК)
88 105 г азоту ізотермічно розширюються від обrsquoєму лV 21 = до
обrsquoєму лV 52 = Знайти приріст ентропії в цьому процесі
(29 ДжК)
89 10 г кисню нагріваються від Ct deg= 501 до Ct deg= 1502 Знайти зміну
ентропії якщо нагрівання відбувається 1) ізохорно 2) ізобарно
( 1) 176 ДжК 2) 246 ДжК )
90 У циклі Карно робочим тілом є двоатомний газ Визначити ККД
циклу якщо при адіабатичному розширенні обrsquoєм газу збільшився
від 80 до 102 дм3 (01 або 10)
91 05 кг розплавленого свинцю при температурі плавлення влили в
лід при 0degС Частина льоду розплавилася Знайти зміну ентропії
(50 ДжК)
Реальні гази явища перенесення
92 Знайти критичний молярний обrsquoєм азоту
93 Розрахувати густину кисню у критичному стані
94 Знайти середню довжину вільного пробігу атомів гелію в умовах
коли густина гелію 321 мг=ρ (18sdot10-6 м)
95 Знайти середню довжину вільного пробігу атомів азоту при
температурі 17 0 С і тиску 10
4 Па ( м610 minus=λ )
96 Знайти залежність середнього числа зіткнень молекул z ідеального
газу від тиску р в наступних процесах 1) ізохорному
2)ізотермічному Зобразити ці залежності на графіках
( pzpz asympasymp )2)1 )
97 У посудині знаходиться вуглекислий газ густина якого 321012 мкгminussdot=ρ середня довжина вільного пробігу його
молекул при цих умовах дорівнює см61097 minussdot=λ Знайти
діаметр молекул вуглекислого газу ( d =35sdot 10 -10
м )
37
98 Знайти діаметр молекули кисню якщо відомо що для кисню
коефіцієнт внутрішнього тертя при 0ordm С дорівнює
сПа sdotsdot= minus610818η ( d = 3middot10
-10 м)
99 Знайти динамічну вrsquoязкість азоту при нормальних умовах якщо
коефіцієнт дифузії для нього при цих умовах дорівнює
сcм21420 (η = 178sdot10-5 Паsdotс)
100 Знайти коефіцієнт теплопровідності водню якщо його
динамічна вrsquoязкість при таких самих умовах рівна смкПа sdot68
(0090 ВтмmiddotК)
101 Коефіцієнт дифузії і динамічної вrsquoязкість кисню дорівнюють
см2510221
minussdot та сПа sdotsdot= minus510951η відповідно Знайти при
цих умовах 1) густину кисню 2) середню довжину вільного
пробігу його молекул і 3) середню арифметичну швидкість його
молекул ( 1) 16 кгм3 2) 835sdot10
-8 м 3) 440 мс)
102 Знайти залежність коефіцієнта теплопровідності κ газу від
температури Т в умовах ізобарного та ізохорного процесів
Зобразити ці залежності графічно (1 κ~ Т 2 κ~ Т )
103 Зайти коефіцієнт дифузії при нормальних умовах 1)гелію
2)кисню ( 1) сcм2720 2) сcм2180 )
104 Коефіцієнт дифузії D кисню при температурі t=0ordmС дорівнює
019 см2с Визначити середню довжину вільного пробігу λ
молекул кисню ( λ =135 нм)
105 Визначити залежність коефіцієнта дифузії D ідеального газу від
температури при наступних процесах 1)ізобарному
2)ізохорному ( 1) D~ 3Т 2) D~ Т )
106 Визначити залежність динамічної вrsquoязкості η від температури Т
при наступних процесах 1)ізобарному 2) ізохорному Зобразити
ці залежності на графіках ( 1) η ~ Т 2) η ~ Т )
107 Знайти коефіцієнт дифузії та коефіцієнт внутрішнього тертя
повітря при тиску 760 мм рт ст і температурі 10ordmС Діаметр
молекули повітря прийняти 3middot10-1 м
(148middot10-5 м
2с 185middot10
- 5 Паsdotс)
108 У скільки разів коефіцієнт внутрішнього тертя кисню більший за
коефіцієнт внутрішнього тертя азоту Температура газів
однакова (107)
38
109 Знайти коефіцієнт теплопровідності повітря при температурі
10ordmС і тиску 105 Па Діаметр молекули повітря прийняти рівним
3middot10-8 см (132middot10
-3 ВтмmiddotК)
110 Знайти залежність коефіцієнта теплопровідностіκ від тиску р
при наступних процесах 1)ізотермічному 2)ізохоричному
Зобразити ці залежності на графіках
( 1) Не залежить 2) κ ~ р )
Таблиця для самостійної роботи
Варіанти
завдань
Номери задач
1 1 11 35 45 60 73 85 97
2 2 12 36 46 61 74 86 98
3 3 13 37 47 62 75 87 99
4 4 14 38 48 63 76 88 100
5 5 15 39 49 64 77 89 103
6 6 16 40 50 65 80 92 104
7 7 17 41 51 66 81 93 105
8 8 18 42 52 67 82 94 106
9 9 19 43 53 68 83 95 107
10 10 20 44 54 69 84 96 108
Задачі для усного розвrsquoязування
111 Під час накачування повітря в гумову камеру одночасно
збільшується його обrsquoєм і тиск Чи не суперечить це закону Бойля -
Маріотта
112 Чому влітку шини коліс автомобілів накачують повітрям до
меншого тиску ніж взимку
113 Якої форми необхідно взяти посудину щоб сила тиску на дно
дорівнювала вазі рідини Була більша Менша ваги рідини
39
114 У посудині наповненій до краю водою плаває кусок льоду Чи
виллється вода з посудини коли лід розтане
115 Дві кульки ndash мідна та алюмінієва зрівноважені на пружинних
терезах Чи порушиться рівновага терезів якщо кульки упустити у
воду
116 Чи можна перелити воду з однієї склянки в іншу знаходячись в
кабіні штучного супутника Землі
117 Повітря складається з азоту кисню та інших газів Чи однакова
кінетична енергія поступального руху молекул цих газів при даній
температурі
118 Якими способами можна змінити внутрішню енергію тіла
119 В якому випадку зміна тиску газу буде більшою при адіабатній
чи ізотермічній зміні обrsquoєму
120 Чому ізотермічне розширення газу відбувається тільки внаслідок
підведення до нього деякої кількості теплоти
121 Чому в дизелі нема потреби запалювати пальну суміш
електричною іскрою як це робиться в інших двигунах
122 Під час роботи пневматичний молот що працює за рахунок
енергії стиснутого повітря зовні обмерзає Яка причина охолодження
123 Після сильного шторму вода в морі стає теплішою Чому
124 Деяку масу ідеального газу нагрівають на однакову кількість
градусів один раз при сталому тиску а другий раз при сталому обrsquoємі
В якому випадку потрібна більша кількість теплоти Чому
125 Чому вода на дні океану залишається холодною в той час як по
мірі просування в глибину Землі на кожні 100 м температура
збільшується приблизно на 3deg
40
126 Чи може теплова машина мати ККД=100 якщо працюватиме за
ідеальним циклом
127 Чи можна створити умови за яких внутрішня енергія переходила
б від тіл з нижчою температурою до тіл з вищою температурою
128 Чи охолоне повітря в кімнаті якщо відчинити двері домашнього
холодильника ввімкнутого в мережу
129 Чому температура пари яка надходить у парову турбіну нижча
за температуру пари що виходить з неї
130 Накреслити криві ізобарного ізохорного ізотермічного процесів
на діаграмах залежності V T P T P V
131 Як пояснити утворення роси і туману
132 Коли і чому на дроті лінії електропередач зrsquoявляється іній
133 Обrsquoєм посудини в якій міститься насичена пара ізотермічно
збільшили в 5 разів Що сталося з тиском пари
134 Чому туман зrsquoявляється в вечірній час а зранку зникає
135 Чому після дощу стає холодніше Пояснити це явище
4 Довідкові дані
Фундаментальні фізичні сталі
Гравітаційна стала 221110676 кгмНG sdotsdot= minus
Прискорення вільного падіння 2см819=g
Стала Авогадро 12310026 minussdot= мольN A
Стала Больцмана КДжk2310381 minussdot=
Стала Лошмідта 3250 10692 minussdot= мn
Газова стала КмольДжR sdot= 3148
41
Молярний обrsquoєм ідеального газу
при ну мольмV
330 1041322 minussdot=
Густина деяких речовин
Речов
ина ρsdot10
3 (кгм
3) Речовина ρsdot10
3
(кгм3)
мідь 86 вода 100
залізо 79 гліцерин 126
свине
ць
113 касторове
масло
089
ртуть 136 повітря 000129
Молярні маси деяких речовин
Речовин
а
Молекул
а
micro10- 3
кгмоль Речовина
Молекул
а
micro10-3
кгмоль
Азот N2 28 Гелій Hе 4
Аргон Ar 40 Кисень О2 32
Неон Ne 20 Повітря - 29
Вода H2O 18 Ртуть Hg 201
Водень H2 2 Кухонна
сіль NaCl 58
Вуглекг CO2 44
Нормальні умови
КT 2730 = атмстртммПаp 176010011 50 ==sdot=
Питомі теплоємності для деяких речовин
Сталь КкгДжc sdot= 460
Свинець КкгДжс sdot= 126
Питома теплота плавлення свинцю КкгДж sdotsdot= 410262λ
42
Символи і відносні атомні маси деяких хімічних елементів
H He C N O Cu K Li Na
1 4 12 14 16 64 39 6 23
Деякі параметри води
питома теплота пароутворення при 100degС ndash кгМДжr 262=
питома теплоємність ndash КкгкДжс sdot= 194
питома теплота плавлення при 0degС ndash кгДж510353 sdot=λ
43
Критичні параметри
Елемент КкрT
МПакрp
азот 12
6
34
кисень 15
4
507
Ефективні діаметри молекул
Елем
ент
нмσ
азот 03
0
гелій 02
0
Префікси для утворення кратних одиниць
Префікс Позначення Числове
значення Префікс Позначення
Числове
значення
тера Т T 1012
піко п p 10-12
гіга Г G 109 нано н n 10
-9
мега М M 106 мікро мк micro 10
-6
кіло к k 103 мілі м m 10
-3
Одиниці довжини обrsquoєму тиску концентрації кількості
теплоти коефіцієнта дифузії використані в задачах (в СІ) 333 10111 мдмл minussdot== Нкгс 891 = Джкал 1941 =
мдм 1101 minus= мсм 2101 minus= 363 101 мсм minus= 363 101 мсм =minus
Памкгс 891 2 = ПаабомНсмкгс 242 10891 sdot=
Паммкгс 62 10891 sdot= Паатм 5100111 sdot= (фізична атмосфера)
44
Паат 5109801 sdot= (технічна атмосфера) смссм 101 242 minus=
45
Одиниці в яких вимірюються деякі фізичні величини (в СІ)
Робота енергія ЕА Дж
Кількість теплоти Q Дж
Потужність P або N Джс=Вт
Тиск р Па=Нм2
Молярна маса micro кгмоль
Концентрація п м-3
Теплоємність питома с ДжкгmiddotК
Теплоємність молярна С ДжмольmiddotК
Поверхневий натяг α Нм
Динамічна вrsquoязкість η Паmiddotс=Нmiddotсм2=кгмmiddotс
Коефіцієнт дифузії D м2с
Коефіцієнт теплопровідності κ ВтмmiddotК
Приріст ентропії S∆ ДжК
Сталі Ван-дер-Ваальса а та b Нmiddotм4моль
2 та м
3моль
5Література
1 Загальна фізика за редакцією Ковалець МО Орленка ВФ
Частина1 Інтерактивний комплекс навчально-методичного
забезпечення Рівне 2009
2 Волькенштейн ВС Сборник задач по общему курсу физики- М
ldquoНаукаrdquo1985-1989
3 Иродов ИЕ Задачи по общей физике-МrdquoНаукаrdquo 1982
4 Савельев ИВ Сборник вопросов и задач по общей физике-
МldquoНаукаrdquo1982
5 Чертов АГВоробьев АА Федоров МВ Задачник по физике -М
ldquoВысшая школаrdquo1988
6 Х Кухлинг Справочник по физике-М ldquoМирrdquo1985
26
Звідки dVCV
adT
V2
νminus=
Проінтегруємо останнє співвідношення
int int
minus=minus=
2
1
2
1
122
11T
T
V
V VV VVC
a
V
dV
C
adT νν
тобто
minus=∆
12
112
VViR
aT ν
оскільки молярна теплоємність при постійному обrsquoємі Ri
CV2
=
(і ndash число ступенів вільності R ndash універсальна газова стала)
Тепер маємо
( )21
21
2 VV
VTViRa
minus
∆=
ν
( )
( ) 2
4
3230
511022
51153186
моль
мНa
sdot=
minussdotsdot
sdotsdotminussdotsdot=
Відповідь 2
4
230моль
мН sdot=α
3 Задачі для самостійного розвrsquoязування
Вказівки до розвrsquoязування задач
1 В задачах на теплоту складають рівняння теплового балансу сума
теплоти що виділяється при певних процесах дорівнює сумі теплоти
що поглинається при інших процесах
2 В задачах про лід потрібно спочатку зrsquoясувати (кількісними
підрахунками) чи розтане весь лід якщо про це не сказано в умові
Якщо розтане не весь лід то кінцева температура дорівнюватиме 0ordmС
31 Молекулярна фізика
27
Рівняння стану ідеального газу
1 Балон місткістю 12 л заповнений азотом при тиску 81МПа і
температурі 17degС Знайти масу азоту (113 кг)
2 Яким може бути найменший обrsquoєм балона що містить 64 кг
кисню якщо його стінка при температурі 20degС витримує тиск
160 кгссм2 (32middot10
1 м
3)
3 До якої температури потрібно нагріти ідеальний газ щоб його
густина зменшилася у два рази порівняно з густиною цього газу
при Ct deg= 00 (Т=2Т0=546 К)
4 5 г азоту що знаходиться в закритій посудині місткістю 4 л при
температурі 20degС нагрівають до температури 40degС Знайти тиск
газу до і після нагрівання (р1=108middot105Па р2=116middot10
5Па)
5 Знайти густину водню при температурі 15degС і тиску 730 мм ртст
( 30810 мкг=ρ )
6 Густина деякого газу при температурі 10degС і тиску 2sdot105Па
дорівнює 034 3мкг Чому дорівнює маса одного кіломоля цього
газу ( молькг3104
minussdot=micro )
7 10 г кисню знаходяться під тиском 3 атм при температурі 10degС
Після розширення внаслідок нагрівання при постійному тиску
кисень зайняв обrsquoєм 10 л Знайти 1) обrsquoєм газу до розширення 2)
густину газу до розширення 3) температуру газу після
розширення 4) густину газу після розширення
( 331 1042)1 мV
minussdot= 2) 31 144 мкг=ρ 3) Т2=1170 К 4) 3
2 1 мкг=ρ )
8 6 г вуглекислого газу ( )2CO і 5 г закису азоту ( )ON2 заповнюють
посудину місткістю 2 дм3 Який загальний тиск у посудині при
температурі 127degС (415middot105Па)
9 Яка кількість речовини є в газовому балоні обrsquoємом 2 л при тиску
1013 МПа і температурі 10degС (86 моль)
10 Балон для газового зварювання місткістю 20 л був заповнений
киснем при температурі 15degС Коли частину кисню витратили
тиск у балоні знизився на 5065 кПа Скільки кисню було
витрачено ( кгm 1350=∆ )
11 Температура повітря в посудині обrsquoємом 5 л становить 27degС його
тиск 2026 МПа Визначити масу повітря яке потрібно випустити з
посудини щоб тиск у ній знизився до 1013 МПа ( кгm 0590=∆ )
28
12 Визначити густину повітря в камері шин автомобіля ВАЗ 2110
якщо тиск у камері 018 МПа (надлишковий) а температура 20degС
( 3353 кгм=ρ )
13 Знайти густину суміші 10-2 кг вуглекислого газу і 15sdot10
- 2 кг азоту
при температурі 300 К і тиску 015 МПа ( 3981 кгм=ρ )
14 Знайти молярну масу суміші що утворилася з 38sdot10-3 кг кисню і
22sdot10-2 кг вуглекислого газу ( кгмоль2104 minussdot=micro )
15 Накреслити графіки ізотермічного ізобарного та ізохорного
процесів в ідеальному газі у системах координат р V p T V T
Порівняти ці графіки
16 На рис1 зображено графік зміни стану ідеального газу в
координатах V T Виразити ці процеси графічно в координатах p V
та p T Назвати ці процеси
17 Зміна стану ідеального газу сталої маси зображена на рис2 В т1
температура газу Т0 Визначити температуру газу в т234
(Т2=3Т0 Т3=6Т0 Т4=2Т0)
18 Який обrsquoєм займає суміш газів ndash азоту масою кгm 11 = і гелію
масою кгm 12 = ndash при нормальних умовах (64 м3)
19 Скільки молекул міститься в 1 г водяної пари (33sdot1022
)
20 Скільки молекул буде знаходитися в 1 см3 посудини при 10degС
якщо посудину підкачано до ртстммp11101 minussdot= (34sdot10
5)
21 У балоні місткістю лV 3= знаходиться кисень масою 4 г
Визначити кількість речовини ν газу і концентрацію n його
молекул (ν =0125 моль n=251sdot1025м
-3)
Рис 1 Рис 2
29
22 У балоні було 10 кг газу при тиску 10 МПа Знайти яку масу газу
взяли з балона якщо тиск став рівним 25 МПа Температуру
вважати постійною (75 кг)
23 Балони місткістю лV 201 = і лV 442 = заповнені газом Тиск у
першому балоні МПаp 421 = у другому ndash МПаp 612 =
Визначити загальний тиск p після сполучення балонів якщо
температура газу залишилася попередньою (076 МПа)
24 Газ в кількості m=16 г при тиску р=106 Нм
2 і температурі t=112degС
займає обrsquoєм V=1600 см3 Визначити який це газ (кисень)
25 При якому тиску р густина ρ газоподібного азоту що має
температуру t= - 73degС складає 04 густини води кімнатної
температури 33
010 кгмρ = ( 271042 Нмр sdot= )
26 Відкрита посудина нагріта до температури t2=450degС Яка частина
маси повітря залишилась в ній в порівнянні з тією кількістю яка
була при t1=27degС Розширенням посудини знехтувати
(m2m1=0415)
27 10 г кисню знаходяться під тиском 0303 мкПа при температурі
10degС Після розширення внаслідок нагрівання при постійному
тиску кисень зайняв обrsquoєм 10 л Знайти обrsquoєм газу до розширення і
температуру газу після розширення (V1=24sdot10-3 м
3 Т2=118sdot10
3 К)
28 Скільки молекул повітря буде знаходитись в 1 см3 посудині при
10degС якщо повітря в посудині відкачане до тиску 133 мкПа
(34sdot108)
29 У 1 кг сухого повітря знаходиться m1=232 г кисню і m2=768 г
азоту Знайти відносну молярну масу повітря (microсм=288 кгмоль
microвідн=288 кгмоль)
30 У скільки разів вага повітря взимку (7 0
С) більша за його вагу
влітку (37 0 С) Тиск однаковий (11 рази)
31 У відкритій посудині при Ct0
1 20= є повітря гm 1501 = На яку
величину m∆ зменшиться маса повітря в посудині при нагріванні
її до Ct0
1 100= Зміною розмірів посудини при нагріванні
знехтувати ( m∆ =322 г)
32 У посудині знаходиться суміш 10 г вуглекислого газу і 15 г азоту
Знайти густину цієї суміші при температурі 27 0
С і тиску
15sdot10 5 Па ( 3981 мкг=ρ )
33 Знайти масу атома 1)водню 2) гелію
30
( )(10656)(10671 2727 геліюкгmводнюкгmminusminus sdot=sdot= )
34 Визначити концентрацію n молекул ідеального газу при
температурі Т= 300 К і тиску р =1 МПа ( n=224sdot10 17 м
-3)
Основне рівняння молекулярно-кінетичної теорії газів
швидкості молекул
35 Тиск p газу дорівнює 1 мПа концентрація n його молекул рівна
310101 minussdot см Визначити 1) температуру Т газу 2) середню
кінетичну енергію ( )1кЕ поступального руху молекули
( 1) Т=725 кК 2) ( )1кЕ =15sdot10
-19 Дж)
36 Молекула кисню при нормальних умовах рухається зі швидкістю
425 мс Визначити кінетичну енергію молекули
( ( )1кЕ =48sdot10
-21Дж)
37 Визначити кінетичну енергію поступального руху молекули
аміаку а також повну кінетичну енергію молекул одного моля
аміаку при температурі 373 К ( ( )1кЕ =773sdot10
-21Дж Еk=932 Дж)
38 Визначити сумарну кінетичну енергію теплового руху всіх
молекул кисню (О2) що займають обrsquoєм V=55sdot10-3 м
3 при тиску
р=2026 кПа (Еk=279 кДж)
39 Густина деякого газу 3060 мкгρ = середня квадратична
швидкість його молекул смкв 500=υ Знайти тиск газу на стінки
посудини (5 кПа)
40 Газ займає обrsquoєм лV 1= під тиском атмр 2= Визначити
кінетичну енергію kE поступального руху всіх молекул в даному
обrsquoємі (03 кДж)
41 Кількість речовини деякого газу моль51=ν температура
КТ 120= Визначити кінетичну енергію kE поступального руху
всіх молекул цього газу (73 кДж)
31
42 При якій температурі середня кінетична енергія ( )1кЕ
поступального руху молекули газу рівна Дж2110144 minussdot
(200 К)
43 Посудина зі внутрішнім обrsquoємом лV 4= містить гm 60=
деякого газу під тиском атмр 2= Визначити середню
квадратичну швидкість молекул газу (2 103
см )
43 Середня квадратична швидкість руху молекул деякого газу що
перебуває під тиском 50 кПа дорівнює 449 мс Визначити
густину газу при цих умовах ( 37440 мкг=ρ )
44 При якій температурі середня квадратична швидкість молекул
кисню дорівнює швидкості молекул азоту при температурі 373 К
(Т = 426 К)
46 Знайти середню арифметичну швидкість молекул газу коли
відомо що середня квадратична швидкість 400 мс
( см370=υ )
47 Знайти найбільш імовірну та середню арифметичну швидкості
молекул газу густина якого при тиску 40 кПа дорівнює 03 кгм3
( імυ = 5164 мс υ = 6324 мс)
48 Знайти середню квадратичну швидкість молекул повітря при
температурі 17deg С Повітря вважати однорідним газом з молярною
масою 29sdot10-3 кгмоль ( 500=квυ мс)
49 Визначити середню квадратичну швидкість квυ молекул газу
масою гm 30= що знаходиться в посудині місткістю лV 2= під
тиском кПаp 200= (2sdot10 3 мс)
50 Знайти відношення середніх квадратичних швидкостей молекул
гелію та азоту при однакових температурах (265)
51 Знайти середню квадратичну квυ середню арифметичну υ та
найімовірнішу імυ швидкості молекул водню Обчислення
виконати для трьох значень температури 1) КТ 20=
2) КТ 300= 3) КТ 5000= ( 1) 500 мс 462мс 407 мс
2) 194 кмс 179 кмс 158 кмс 3) 790 кмс 730 кмс 648 кмс)
52 При якій температурі Т середня квадратична швидкість атомів
гелію буде дорівнювати другій космічній швидкості
скм2112 =υ (201 кК)
32
53 Знайти середню арифметичну швидкість υ молекул газу якщо їх
середня квадратична швидкість скмкв 1=υ (092 кмс)
54 Кінетична енергія поступального руху молекул азоту що
знаходиться в обrsquoємі 20 дм3 дорівнює 5 кДж а середня
квадратична швидкість його молекул рівна 2 кмс Знайти 1) масу
азоту в балоні 2) тиск під яким знаходиться азот
( 1) т=25sdot103 кг 2) р=167sdot10
5 Па)
55 Посудина що містить деяку масу одноатомного газу рухається зі
швидкістю u На скільки збільшиться середній квадрат швидкості
теплового руху молекул при зупинці посудини Теплоємність
теплопровідність і маса стінок посудини зникаюче малі
56 Обчислити кількість теплоти що необхідна для нагрівання повітря
від Т1= 273 К до Т2= 303 К при сталому тиску якщо спочатку воно
перебувало при нормальному тиску р1 і мало обrsquoєм V1=50 м3
(∆Q=1948 кДж)
57 Яка кількість теплоти необхідна для нагрівання одного моля
одноатомного газу на 1 К при сталому обrsquoємі (∆Q=124 кДж)
58 Балон місткістю 2sdot10-2
м3 з киснем що має тиск 1013 МПа і
температуру 280 К нагрівають до 300 К Яку кількість теплоти
дістає при цьому газ (∆Q=35 кДж)
59 Визначити кількість теплоти (∆Q) що необхідна для нагрівання
повітря від Т1= 273 К до Т2=298 К при сталому обrsquoємі V1=30 м3
якщо початковий тиск повітря р1 був нормальний
(∆Q=6957 кДж)
32 Термодинаміка Реальні гази
Внутрішня енергія робота розширення газу
перше начало термодинаміки
60 Чому дорівнює енергія теплового руху молекул двоатомного газу
що знаходиться в посудині місткістю 2 л під тиском 015 МПа
(U=750 Дж)
61 10 г кисню знаходяться під тиском 03 МПа при температурі 10degС
Після нагрівання при постійному тиску газ зайняв обrsquoєм 10 л
Знайти 1) кількість теплоти одержаної газом 2) зміну
33
внутрішньої енергії газу 3) роботу виконану газом при
розширенні ( 1) 792sdot103Дж 2) 5660 Дж 3) 226sdot10
3 Дж)
62 2 кмолі вуглекислого газу нагріваються при постійному тиску на
50degС Знайти 1) зміну його внутрішньої енергії 2) роботу
розширення 3) кількість теплоти наданої газу
( 1) 2500 Дж 2) 830 кДж 3) 3300 кДж)
63 Газ що займав обrsquoєм 5 л і знаходився під тиском 02 МПа при
температурі 17degС було нагріто внаслідок чого він ізобарно
розширився Робота розширення газу при цьому виявилася рівною
196 Дж Наскільки нагріто газ (57 К)
64 При ізотермічному розширенні 10 г азоту що знаходиться при
температурі 17degС було виконано роботу 860 Дж У скільки разів
змінився тиск азоту при розширенні (272)
65 1л гелію котрий знаходиться при нормальних умовах ізотермічно
розширюється за рахунок одержаної ззовні теплоти до обrsquoєму 2 л
Знайти 1) роботу виконану газом при розширенні 2) кількість
наданої газу теплоти ( 1) 70 Дж 2) 70 Дж )
66 1 кг двоатомного газу знаходиться під тиском 80 кПа і має
густину 34 мкг=ρ Знайти енергію теплового руху молекул газу
при цих умовах (5sdot104Дж)
67 У посудину в котрій міститься 28 л води при температурі 20degС
вкинули нагрітий до 460degС кусок сталі що має масу 3кг Від цього
вода в посудині нагрілася до 60degС а частина її перетворилася в
пару Визначити масу води котра випарувалася Теплоємністю
посудини знехтувати
68 Знайти для кисню відношення питомої теплоємності при сталому
тиску до питомої теплоємності при постійному обrsquoємі (14)
69 1 кмоль азоту який знаходився при нормальних умовах
розширюється адіабатно від обrsquoєму 1V до обrsquoєму 12 5VV =
Знайти1) зміну внутрішньої енергії газу 2) роботу виконану при
розширенні ( 1) 269 sdot10 6 Дж 2) 269 sdot10
6 Дж)
70 Повітря що при нормальному атмосферному тиску зайняло обrsquoєм
2sdot10-2
м3 адіабатно стискується до обrsquoєму 2sdot10
-3 м
3 Визначити
тиск повітря після стискання (р=254 МПа)
71 Знайти питомі теплоємності азоту та їхні відношення при сталому
обrsquoємі та сталому тиску ( КкДжкгcV sdot= 7420
КкгкДжcp sdot= 041 )
34
72 Знаючи молярну масу газу ( кгмольmicro 31044 minussdot= ) і відношення
питомих теплоємностей (γ=133) обчислити молярні теплоємності
Ср і СV ( СV=0566 кДжкгsdotК Ср=0754 кДжкгsdotК)
Теплоємність адіабатний процес
73 Різниця питомих теплоємностей Vp cc minus деякого двоатомного газу
дорівнює 260 Джкг К Знайти молярну масу micro газу і його питомі
теплоємності pc та cV
( micro=0032 молькг cV=650 ДжкгmiddotК pc =910 ДжкгmiddotК)
74 Молярна маса деякого газу мольг30=micro відношення
41=Vp cc Знайти питомі теплоємності pc і сV цього газу
( сV=693 ДжкгmiddotК pc =910 ДжкгsdotК )
75 До якої температури охолодиться повітря що знаходиться при
температурі 0degС якщо воно розширюється адіабатно від обrsquoєму 1V
до обrsquoєму 12 2VV = (207 К)
76 Газ розширюється адіабатно при цьому обrsquoєм його збільшується
вдвічі а температура падає в 132 рази Яке число ступенів
вільності мають молекули цього газу (5)
77 Чому дорівнюють питомі теплоємності pc і сV деякого
двоатомного газу якщо густина цього газу при нормальних
умовах дорівнює 143 кгм3 (сV=650 ДжкгmiddotК pc =910 ДжкгmiddotК)
78 Двоатомний газ займає обrsquoєм лV 501 = при тиску атмp 501 =
Газ стискується адіабатно до деякого обrsquoєму 2V і тиску 2p а
потім при постійному обrsquoємі 2V охолоджується до початкової
температури При цьому тиск його стає рівним атмp 10 =
Зобразити описаний процес графічно знайти обrsquoєм 2V і тиск 2p
(025 л 132 атм)
79 Газ розширюється адіабатно так що його тиск спадає від 2 атм
до 1 атм Потім він нагрівається при постійному обrsquoємі до
початкової температури причому його тиск зростає до 122 атм
35
Зобразити описаний процес графічно і визначити відношення
Vp cc газу (14)
Цикл Карно ентропія
80 Ідеальна теплова машина що працює за циклом Карно отримує за
кожний цикл від нагрівника 600 кал теплоти Температура
нагрівника 400 К температура холодильника 300 К Знайти
роботу що виконує машина за один цикл і кількість теплоти
котра віддається холодильнику за один цикл
( А=630 Дж Q2=1880 Дж)
81 Ідеальна теплова машина що працює за циклом Карно 23
теплоти одержаної від нагрівника передає холодильнику з
температурою 10degС Визначити температуру нагрівника (4245 К)
82 Ідеальна теплова машина працює за циклом Карно При цьому
80 теплоти одержаної від нагрівника передається
холодильнику Від нагрівника надходить за цикл 15 ккал теплоти
Знайти 1) ККД циклу 2) роботу виконану за цикл
( 1) 20 2) 126sdot103Дж)
83 Ідеальна теплова машина що працює за циклом Карно виконує
за один цикл роботу 735sdot 10 4 Дж Температура нагрівника 100
0 С
температура холодильника 00 С Знайти1) ККД машини
2) кількість теплоти одержаної машиною за один цикл від
нагрівника 3) кількість теплоти яка віддається за один цикл
холодильнику ( 1) 268 2) 274 sdot10 4 Дж 3) 126 sdot10
4 Дж)
84 Ідеальна теплова машина отримує від нагрівника температура
якого 500 К за один цикл 3360 Дж теплоти Знайти кількість
теплоти що передається за один цикл холодильнику температура
якого 400 К Знайти роботу машини за один цикл
(Q2= 2688 Дж А= 672 Дж)
85 Ідеальна теплова машина що працює за циклом Карно має
температуру нагрівника 600 К а холодильника 500 К У скільки
разів потрібно збільшити абсолютну температуру нагрівника щоб
ККД машини збільшився вдвічі (в 125)
86 Визначити ККД циклу і температуру нагрівника теплової
машини яка працює за циклом Карно якщо за рахунок 2 кДж
теплоти одержаної від нагрівника вона виконує роботу 400 Дж
Температура холодильника 480 К (20 600 К)
36
87 Знайти зміну ентропії при ізотермічному розширенні 6 г водню зі
зменшенням тиску від 01 МПа до 50 кПа (173 ДжК)
88 105 г азоту ізотермічно розширюються від обrsquoєму лV 21 = до
обrsquoєму лV 52 = Знайти приріст ентропії в цьому процесі
(29 ДжК)
89 10 г кисню нагріваються від Ct deg= 501 до Ct deg= 1502 Знайти зміну
ентропії якщо нагрівання відбувається 1) ізохорно 2) ізобарно
( 1) 176 ДжК 2) 246 ДжК )
90 У циклі Карно робочим тілом є двоатомний газ Визначити ККД
циклу якщо при адіабатичному розширенні обrsquoєм газу збільшився
від 80 до 102 дм3 (01 або 10)
91 05 кг розплавленого свинцю при температурі плавлення влили в
лід при 0degС Частина льоду розплавилася Знайти зміну ентропії
(50 ДжК)
Реальні гази явища перенесення
92 Знайти критичний молярний обrsquoєм азоту
93 Розрахувати густину кисню у критичному стані
94 Знайти середню довжину вільного пробігу атомів гелію в умовах
коли густина гелію 321 мг=ρ (18sdot10-6 м)
95 Знайти середню довжину вільного пробігу атомів азоту при
температурі 17 0 С і тиску 10
4 Па ( м610 minus=λ )
96 Знайти залежність середнього числа зіткнень молекул z ідеального
газу від тиску р в наступних процесах 1) ізохорному
2)ізотермічному Зобразити ці залежності на графіках
( pzpz asympasymp )2)1 )
97 У посудині знаходиться вуглекислий газ густина якого 321012 мкгminussdot=ρ середня довжина вільного пробігу його
молекул при цих умовах дорівнює см61097 minussdot=λ Знайти
діаметр молекул вуглекислого газу ( d =35sdot 10 -10
м )
37
98 Знайти діаметр молекули кисню якщо відомо що для кисню
коефіцієнт внутрішнього тертя при 0ordm С дорівнює
сПа sdotsdot= minus610818η ( d = 3middot10
-10 м)
99 Знайти динамічну вrsquoязкість азоту при нормальних умовах якщо
коефіцієнт дифузії для нього при цих умовах дорівнює
сcм21420 (η = 178sdot10-5 Паsdotс)
100 Знайти коефіцієнт теплопровідності водню якщо його
динамічна вrsquoязкість при таких самих умовах рівна смкПа sdot68
(0090 ВтмmiddotК)
101 Коефіцієнт дифузії і динамічної вrsquoязкість кисню дорівнюють
см2510221
minussdot та сПа sdotsdot= minus510951η відповідно Знайти при
цих умовах 1) густину кисню 2) середню довжину вільного
пробігу його молекул і 3) середню арифметичну швидкість його
молекул ( 1) 16 кгм3 2) 835sdot10
-8 м 3) 440 мс)
102 Знайти залежність коефіцієнта теплопровідності κ газу від
температури Т в умовах ізобарного та ізохорного процесів
Зобразити ці залежності графічно (1 κ~ Т 2 κ~ Т )
103 Зайти коефіцієнт дифузії при нормальних умовах 1)гелію
2)кисню ( 1) сcм2720 2) сcм2180 )
104 Коефіцієнт дифузії D кисню при температурі t=0ordmС дорівнює
019 см2с Визначити середню довжину вільного пробігу λ
молекул кисню ( λ =135 нм)
105 Визначити залежність коефіцієнта дифузії D ідеального газу від
температури при наступних процесах 1)ізобарному
2)ізохорному ( 1) D~ 3Т 2) D~ Т )
106 Визначити залежність динамічної вrsquoязкості η від температури Т
при наступних процесах 1)ізобарному 2) ізохорному Зобразити
ці залежності на графіках ( 1) η ~ Т 2) η ~ Т )
107 Знайти коефіцієнт дифузії та коефіцієнт внутрішнього тертя
повітря при тиску 760 мм рт ст і температурі 10ordmС Діаметр
молекули повітря прийняти 3middot10-1 м
(148middot10-5 м
2с 185middot10
- 5 Паsdotс)
108 У скільки разів коефіцієнт внутрішнього тертя кисню більший за
коефіцієнт внутрішнього тертя азоту Температура газів
однакова (107)
38
109 Знайти коефіцієнт теплопровідності повітря при температурі
10ordmС і тиску 105 Па Діаметр молекули повітря прийняти рівним
3middot10-8 см (132middot10
-3 ВтмmiddotК)
110 Знайти залежність коефіцієнта теплопровідностіκ від тиску р
при наступних процесах 1)ізотермічному 2)ізохоричному
Зобразити ці залежності на графіках
( 1) Не залежить 2) κ ~ р )
Таблиця для самостійної роботи
Варіанти
завдань
Номери задач
1 1 11 35 45 60 73 85 97
2 2 12 36 46 61 74 86 98
3 3 13 37 47 62 75 87 99
4 4 14 38 48 63 76 88 100
5 5 15 39 49 64 77 89 103
6 6 16 40 50 65 80 92 104
7 7 17 41 51 66 81 93 105
8 8 18 42 52 67 82 94 106
9 9 19 43 53 68 83 95 107
10 10 20 44 54 69 84 96 108
Задачі для усного розвrsquoязування
111 Під час накачування повітря в гумову камеру одночасно
збільшується його обrsquoєм і тиск Чи не суперечить це закону Бойля -
Маріотта
112 Чому влітку шини коліс автомобілів накачують повітрям до
меншого тиску ніж взимку
113 Якої форми необхідно взяти посудину щоб сила тиску на дно
дорівнювала вазі рідини Була більша Менша ваги рідини
39
114 У посудині наповненій до краю водою плаває кусок льоду Чи
виллється вода з посудини коли лід розтане
115 Дві кульки ndash мідна та алюмінієва зрівноважені на пружинних
терезах Чи порушиться рівновага терезів якщо кульки упустити у
воду
116 Чи можна перелити воду з однієї склянки в іншу знаходячись в
кабіні штучного супутника Землі
117 Повітря складається з азоту кисню та інших газів Чи однакова
кінетична енергія поступального руху молекул цих газів при даній
температурі
118 Якими способами можна змінити внутрішню енергію тіла
119 В якому випадку зміна тиску газу буде більшою при адіабатній
чи ізотермічній зміні обrsquoєму
120 Чому ізотермічне розширення газу відбувається тільки внаслідок
підведення до нього деякої кількості теплоти
121 Чому в дизелі нема потреби запалювати пальну суміш
електричною іскрою як це робиться в інших двигунах
122 Під час роботи пневматичний молот що працює за рахунок
енергії стиснутого повітря зовні обмерзає Яка причина охолодження
123 Після сильного шторму вода в морі стає теплішою Чому
124 Деяку масу ідеального газу нагрівають на однакову кількість
градусів один раз при сталому тиску а другий раз при сталому обrsquoємі
В якому випадку потрібна більша кількість теплоти Чому
125 Чому вода на дні океану залишається холодною в той час як по
мірі просування в глибину Землі на кожні 100 м температура
збільшується приблизно на 3deg
40
126 Чи може теплова машина мати ККД=100 якщо працюватиме за
ідеальним циклом
127 Чи можна створити умови за яких внутрішня енергія переходила
б від тіл з нижчою температурою до тіл з вищою температурою
128 Чи охолоне повітря в кімнаті якщо відчинити двері домашнього
холодильника ввімкнутого в мережу
129 Чому температура пари яка надходить у парову турбіну нижча
за температуру пари що виходить з неї
130 Накреслити криві ізобарного ізохорного ізотермічного процесів
на діаграмах залежності V T P T P V
131 Як пояснити утворення роси і туману
132 Коли і чому на дроті лінії електропередач зrsquoявляється іній
133 Обrsquoєм посудини в якій міститься насичена пара ізотермічно
збільшили в 5 разів Що сталося з тиском пари
134 Чому туман зrsquoявляється в вечірній час а зранку зникає
135 Чому після дощу стає холодніше Пояснити це явище
4 Довідкові дані
Фундаментальні фізичні сталі
Гравітаційна стала 221110676 кгмНG sdotsdot= minus
Прискорення вільного падіння 2см819=g
Стала Авогадро 12310026 minussdot= мольN A
Стала Больцмана КДжk2310381 minussdot=
Стала Лошмідта 3250 10692 minussdot= мn
Газова стала КмольДжR sdot= 3148
41
Молярний обrsquoєм ідеального газу
при ну мольмV
330 1041322 minussdot=
Густина деяких речовин
Речов
ина ρsdot10
3 (кгм
3) Речовина ρsdot10
3
(кгм3)
мідь 86 вода 100
залізо 79 гліцерин 126
свине
ць
113 касторове
масло
089
ртуть 136 повітря 000129
Молярні маси деяких речовин
Речовин
а
Молекул
а
micro10- 3
кгмоль Речовина
Молекул
а
micro10-3
кгмоль
Азот N2 28 Гелій Hе 4
Аргон Ar 40 Кисень О2 32
Неон Ne 20 Повітря - 29
Вода H2O 18 Ртуть Hg 201
Водень H2 2 Кухонна
сіль NaCl 58
Вуглекг CO2 44
Нормальні умови
КT 2730 = атмстртммПаp 176010011 50 ==sdot=
Питомі теплоємності для деяких речовин
Сталь КкгДжc sdot= 460
Свинець КкгДжс sdot= 126
Питома теплота плавлення свинцю КкгДж sdotsdot= 410262λ
42
Символи і відносні атомні маси деяких хімічних елементів
H He C N O Cu K Li Na
1 4 12 14 16 64 39 6 23
Деякі параметри води
питома теплота пароутворення при 100degС ndash кгМДжr 262=
питома теплоємність ndash КкгкДжс sdot= 194
питома теплота плавлення при 0degС ndash кгДж510353 sdot=λ
43
Критичні параметри
Елемент КкрT
МПакрp
азот 12
6
34
кисень 15
4
507
Ефективні діаметри молекул
Елем
ент
нмσ
азот 03
0
гелій 02
0
Префікси для утворення кратних одиниць
Префікс Позначення Числове
значення Префікс Позначення
Числове
значення
тера Т T 1012
піко п p 10-12
гіга Г G 109 нано н n 10
-9
мега М M 106 мікро мк micro 10
-6
кіло к k 103 мілі м m 10
-3
Одиниці довжини обrsquoєму тиску концентрації кількості
теплоти коефіцієнта дифузії використані в задачах (в СІ) 333 10111 мдмл minussdot== Нкгс 891 = Джкал 1941 =
мдм 1101 minus= мсм 2101 minus= 363 101 мсм minus= 363 101 мсм =minus
Памкгс 891 2 = ПаабомНсмкгс 242 10891 sdot=
Паммкгс 62 10891 sdot= Паатм 5100111 sdot= (фізична атмосфера)
44
Паат 5109801 sdot= (технічна атмосфера) смссм 101 242 minus=
45
Одиниці в яких вимірюються деякі фізичні величини (в СІ)
Робота енергія ЕА Дж
Кількість теплоти Q Дж
Потужність P або N Джс=Вт
Тиск р Па=Нм2
Молярна маса micro кгмоль
Концентрація п м-3
Теплоємність питома с ДжкгmiddotК
Теплоємність молярна С ДжмольmiddotК
Поверхневий натяг α Нм
Динамічна вrsquoязкість η Паmiddotс=Нmiddotсм2=кгмmiddotс
Коефіцієнт дифузії D м2с
Коефіцієнт теплопровідності κ ВтмmiddotК
Приріст ентропії S∆ ДжК
Сталі Ван-дер-Ваальса а та b Нmiddotм4моль
2 та м
3моль
5Література
1 Загальна фізика за редакцією Ковалець МО Орленка ВФ
Частина1 Інтерактивний комплекс навчально-методичного
забезпечення Рівне 2009
2 Волькенштейн ВС Сборник задач по общему курсу физики- М
ldquoНаукаrdquo1985-1989
3 Иродов ИЕ Задачи по общей физике-МrdquoНаукаrdquo 1982
4 Савельев ИВ Сборник вопросов и задач по общей физике-
МldquoНаукаrdquo1982
5 Чертов АГВоробьев АА Федоров МВ Задачник по физике -М
ldquoВысшая школаrdquo1988
6 Х Кухлинг Справочник по физике-М ldquoМирrdquo1985
27
Рівняння стану ідеального газу
1 Балон місткістю 12 л заповнений азотом при тиску 81МПа і
температурі 17degС Знайти масу азоту (113 кг)
2 Яким може бути найменший обrsquoєм балона що містить 64 кг
кисню якщо його стінка при температурі 20degС витримує тиск
160 кгссм2 (32middot10
1 м
3)
3 До якої температури потрібно нагріти ідеальний газ щоб його
густина зменшилася у два рази порівняно з густиною цього газу
при Ct deg= 00 (Т=2Т0=546 К)
4 5 г азоту що знаходиться в закритій посудині місткістю 4 л при
температурі 20degС нагрівають до температури 40degС Знайти тиск
газу до і після нагрівання (р1=108middot105Па р2=116middot10
5Па)
5 Знайти густину водню при температурі 15degС і тиску 730 мм ртст
( 30810 мкг=ρ )
6 Густина деякого газу при температурі 10degС і тиску 2sdot105Па
дорівнює 034 3мкг Чому дорівнює маса одного кіломоля цього
газу ( молькг3104
minussdot=micro )
7 10 г кисню знаходяться під тиском 3 атм при температурі 10degС
Після розширення внаслідок нагрівання при постійному тиску
кисень зайняв обrsquoєм 10 л Знайти 1) обrsquoєм газу до розширення 2)
густину газу до розширення 3) температуру газу після
розширення 4) густину газу після розширення
( 331 1042)1 мV
minussdot= 2) 31 144 мкг=ρ 3) Т2=1170 К 4) 3
2 1 мкг=ρ )
8 6 г вуглекислого газу ( )2CO і 5 г закису азоту ( )ON2 заповнюють
посудину місткістю 2 дм3 Який загальний тиск у посудині при
температурі 127degС (415middot105Па)
9 Яка кількість речовини є в газовому балоні обrsquoємом 2 л при тиску
1013 МПа і температурі 10degС (86 моль)
10 Балон для газового зварювання місткістю 20 л був заповнений
киснем при температурі 15degС Коли частину кисню витратили
тиск у балоні знизився на 5065 кПа Скільки кисню було
витрачено ( кгm 1350=∆ )
11 Температура повітря в посудині обrsquoємом 5 л становить 27degС його
тиск 2026 МПа Визначити масу повітря яке потрібно випустити з
посудини щоб тиск у ній знизився до 1013 МПа ( кгm 0590=∆ )
28
12 Визначити густину повітря в камері шин автомобіля ВАЗ 2110
якщо тиск у камері 018 МПа (надлишковий) а температура 20degС
( 3353 кгм=ρ )
13 Знайти густину суміші 10-2 кг вуглекислого газу і 15sdot10
- 2 кг азоту
при температурі 300 К і тиску 015 МПа ( 3981 кгм=ρ )
14 Знайти молярну масу суміші що утворилася з 38sdot10-3 кг кисню і
22sdot10-2 кг вуглекислого газу ( кгмоль2104 minussdot=micro )
15 Накреслити графіки ізотермічного ізобарного та ізохорного
процесів в ідеальному газі у системах координат р V p T V T
Порівняти ці графіки
16 На рис1 зображено графік зміни стану ідеального газу в
координатах V T Виразити ці процеси графічно в координатах p V
та p T Назвати ці процеси
17 Зміна стану ідеального газу сталої маси зображена на рис2 В т1
температура газу Т0 Визначити температуру газу в т234
(Т2=3Т0 Т3=6Т0 Т4=2Т0)
18 Який обrsquoєм займає суміш газів ndash азоту масою кгm 11 = і гелію
масою кгm 12 = ndash при нормальних умовах (64 м3)
19 Скільки молекул міститься в 1 г водяної пари (33sdot1022
)
20 Скільки молекул буде знаходитися в 1 см3 посудини при 10degС
якщо посудину підкачано до ртстммp11101 minussdot= (34sdot10
5)
21 У балоні місткістю лV 3= знаходиться кисень масою 4 г
Визначити кількість речовини ν газу і концентрацію n його
молекул (ν =0125 моль n=251sdot1025м
-3)
Рис 1 Рис 2
29
22 У балоні було 10 кг газу при тиску 10 МПа Знайти яку масу газу
взяли з балона якщо тиск став рівним 25 МПа Температуру
вважати постійною (75 кг)
23 Балони місткістю лV 201 = і лV 442 = заповнені газом Тиск у
першому балоні МПаp 421 = у другому ndash МПаp 612 =
Визначити загальний тиск p після сполучення балонів якщо
температура газу залишилася попередньою (076 МПа)
24 Газ в кількості m=16 г при тиску р=106 Нм
2 і температурі t=112degС
займає обrsquoєм V=1600 см3 Визначити який це газ (кисень)
25 При якому тиску р густина ρ газоподібного азоту що має
температуру t= - 73degС складає 04 густини води кімнатної
температури 33
010 кгмρ = ( 271042 Нмр sdot= )
26 Відкрита посудина нагріта до температури t2=450degС Яка частина
маси повітря залишилась в ній в порівнянні з тією кількістю яка
була при t1=27degС Розширенням посудини знехтувати
(m2m1=0415)
27 10 г кисню знаходяться під тиском 0303 мкПа при температурі
10degС Після розширення внаслідок нагрівання при постійному
тиску кисень зайняв обrsquoєм 10 л Знайти обrsquoєм газу до розширення і
температуру газу після розширення (V1=24sdot10-3 м
3 Т2=118sdot10
3 К)
28 Скільки молекул повітря буде знаходитись в 1 см3 посудині при
10degС якщо повітря в посудині відкачане до тиску 133 мкПа
(34sdot108)
29 У 1 кг сухого повітря знаходиться m1=232 г кисню і m2=768 г
азоту Знайти відносну молярну масу повітря (microсм=288 кгмоль
microвідн=288 кгмоль)
30 У скільки разів вага повітря взимку (7 0
С) більша за його вагу
влітку (37 0 С) Тиск однаковий (11 рази)
31 У відкритій посудині при Ct0
1 20= є повітря гm 1501 = На яку
величину m∆ зменшиться маса повітря в посудині при нагріванні
її до Ct0
1 100= Зміною розмірів посудини при нагріванні
знехтувати ( m∆ =322 г)
32 У посудині знаходиться суміш 10 г вуглекислого газу і 15 г азоту
Знайти густину цієї суміші при температурі 27 0
С і тиску
15sdot10 5 Па ( 3981 мкг=ρ )
33 Знайти масу атома 1)водню 2) гелію
30
( )(10656)(10671 2727 геліюкгmводнюкгmminusminus sdot=sdot= )
34 Визначити концентрацію n молекул ідеального газу при
температурі Т= 300 К і тиску р =1 МПа ( n=224sdot10 17 м
-3)
Основне рівняння молекулярно-кінетичної теорії газів
швидкості молекул
35 Тиск p газу дорівнює 1 мПа концентрація n його молекул рівна
310101 minussdot см Визначити 1) температуру Т газу 2) середню
кінетичну енергію ( )1кЕ поступального руху молекули
( 1) Т=725 кК 2) ( )1кЕ =15sdot10
-19 Дж)
36 Молекула кисню при нормальних умовах рухається зі швидкістю
425 мс Визначити кінетичну енергію молекули
( ( )1кЕ =48sdot10
-21Дж)
37 Визначити кінетичну енергію поступального руху молекули
аміаку а також повну кінетичну енергію молекул одного моля
аміаку при температурі 373 К ( ( )1кЕ =773sdot10
-21Дж Еk=932 Дж)
38 Визначити сумарну кінетичну енергію теплового руху всіх
молекул кисню (О2) що займають обrsquoєм V=55sdot10-3 м
3 при тиску
р=2026 кПа (Еk=279 кДж)
39 Густина деякого газу 3060 мкгρ = середня квадратична
швидкість його молекул смкв 500=υ Знайти тиск газу на стінки
посудини (5 кПа)
40 Газ займає обrsquoєм лV 1= під тиском атмр 2= Визначити
кінетичну енергію kE поступального руху всіх молекул в даному
обrsquoємі (03 кДж)
41 Кількість речовини деякого газу моль51=ν температура
КТ 120= Визначити кінетичну енергію kE поступального руху
всіх молекул цього газу (73 кДж)
31
42 При якій температурі середня кінетична енергія ( )1кЕ
поступального руху молекули газу рівна Дж2110144 minussdot
(200 К)
43 Посудина зі внутрішнім обrsquoємом лV 4= містить гm 60=
деякого газу під тиском атмр 2= Визначити середню
квадратичну швидкість молекул газу (2 103
см )
43 Середня квадратична швидкість руху молекул деякого газу що
перебуває під тиском 50 кПа дорівнює 449 мс Визначити
густину газу при цих умовах ( 37440 мкг=ρ )
44 При якій температурі середня квадратична швидкість молекул
кисню дорівнює швидкості молекул азоту при температурі 373 К
(Т = 426 К)
46 Знайти середню арифметичну швидкість молекул газу коли
відомо що середня квадратична швидкість 400 мс
( см370=υ )
47 Знайти найбільш імовірну та середню арифметичну швидкості
молекул газу густина якого при тиску 40 кПа дорівнює 03 кгм3
( імυ = 5164 мс υ = 6324 мс)
48 Знайти середню квадратичну швидкість молекул повітря при
температурі 17deg С Повітря вважати однорідним газом з молярною
масою 29sdot10-3 кгмоль ( 500=квυ мс)
49 Визначити середню квадратичну швидкість квυ молекул газу
масою гm 30= що знаходиться в посудині місткістю лV 2= під
тиском кПаp 200= (2sdot10 3 мс)
50 Знайти відношення середніх квадратичних швидкостей молекул
гелію та азоту при однакових температурах (265)
51 Знайти середню квадратичну квυ середню арифметичну υ та
найімовірнішу імυ швидкості молекул водню Обчислення
виконати для трьох значень температури 1) КТ 20=
2) КТ 300= 3) КТ 5000= ( 1) 500 мс 462мс 407 мс
2) 194 кмс 179 кмс 158 кмс 3) 790 кмс 730 кмс 648 кмс)
52 При якій температурі Т середня квадратична швидкість атомів
гелію буде дорівнювати другій космічній швидкості
скм2112 =υ (201 кК)
32
53 Знайти середню арифметичну швидкість υ молекул газу якщо їх
середня квадратична швидкість скмкв 1=υ (092 кмс)
54 Кінетична енергія поступального руху молекул азоту що
знаходиться в обrsquoємі 20 дм3 дорівнює 5 кДж а середня
квадратична швидкість його молекул рівна 2 кмс Знайти 1) масу
азоту в балоні 2) тиск під яким знаходиться азот
( 1) т=25sdot103 кг 2) р=167sdot10
5 Па)
55 Посудина що містить деяку масу одноатомного газу рухається зі
швидкістю u На скільки збільшиться середній квадрат швидкості
теплового руху молекул при зупинці посудини Теплоємність
теплопровідність і маса стінок посудини зникаюче малі
56 Обчислити кількість теплоти що необхідна для нагрівання повітря
від Т1= 273 К до Т2= 303 К при сталому тиску якщо спочатку воно
перебувало при нормальному тиску р1 і мало обrsquoєм V1=50 м3
(∆Q=1948 кДж)
57 Яка кількість теплоти необхідна для нагрівання одного моля
одноатомного газу на 1 К при сталому обrsquoємі (∆Q=124 кДж)
58 Балон місткістю 2sdot10-2
м3 з киснем що має тиск 1013 МПа і
температуру 280 К нагрівають до 300 К Яку кількість теплоти
дістає при цьому газ (∆Q=35 кДж)
59 Визначити кількість теплоти (∆Q) що необхідна для нагрівання
повітря від Т1= 273 К до Т2=298 К при сталому обrsquoємі V1=30 м3
якщо початковий тиск повітря р1 був нормальний
(∆Q=6957 кДж)
32 Термодинаміка Реальні гази
Внутрішня енергія робота розширення газу
перше начало термодинаміки
60 Чому дорівнює енергія теплового руху молекул двоатомного газу
що знаходиться в посудині місткістю 2 л під тиском 015 МПа
(U=750 Дж)
61 10 г кисню знаходяться під тиском 03 МПа при температурі 10degС
Після нагрівання при постійному тиску газ зайняв обrsquoєм 10 л
Знайти 1) кількість теплоти одержаної газом 2) зміну
33
внутрішньої енергії газу 3) роботу виконану газом при
розширенні ( 1) 792sdot103Дж 2) 5660 Дж 3) 226sdot10
3 Дж)
62 2 кмолі вуглекислого газу нагріваються при постійному тиску на
50degС Знайти 1) зміну його внутрішньої енергії 2) роботу
розширення 3) кількість теплоти наданої газу
( 1) 2500 Дж 2) 830 кДж 3) 3300 кДж)
63 Газ що займав обrsquoєм 5 л і знаходився під тиском 02 МПа при
температурі 17degС було нагріто внаслідок чого він ізобарно
розширився Робота розширення газу при цьому виявилася рівною
196 Дж Наскільки нагріто газ (57 К)
64 При ізотермічному розширенні 10 г азоту що знаходиться при
температурі 17degС було виконано роботу 860 Дж У скільки разів
змінився тиск азоту при розширенні (272)
65 1л гелію котрий знаходиться при нормальних умовах ізотермічно
розширюється за рахунок одержаної ззовні теплоти до обrsquoєму 2 л
Знайти 1) роботу виконану газом при розширенні 2) кількість
наданої газу теплоти ( 1) 70 Дж 2) 70 Дж )
66 1 кг двоатомного газу знаходиться під тиском 80 кПа і має
густину 34 мкг=ρ Знайти енергію теплового руху молекул газу
при цих умовах (5sdot104Дж)
67 У посудину в котрій міститься 28 л води при температурі 20degС
вкинули нагрітий до 460degС кусок сталі що має масу 3кг Від цього
вода в посудині нагрілася до 60degС а частина її перетворилася в
пару Визначити масу води котра випарувалася Теплоємністю
посудини знехтувати
68 Знайти для кисню відношення питомої теплоємності при сталому
тиску до питомої теплоємності при постійному обrsquoємі (14)
69 1 кмоль азоту який знаходився при нормальних умовах
розширюється адіабатно від обrsquoєму 1V до обrsquoєму 12 5VV =
Знайти1) зміну внутрішньої енергії газу 2) роботу виконану при
розширенні ( 1) 269 sdot10 6 Дж 2) 269 sdot10
6 Дж)
70 Повітря що при нормальному атмосферному тиску зайняло обrsquoєм
2sdot10-2
м3 адіабатно стискується до обrsquoєму 2sdot10
-3 м
3 Визначити
тиск повітря після стискання (р=254 МПа)
71 Знайти питомі теплоємності азоту та їхні відношення при сталому
обrsquoємі та сталому тиску ( КкДжкгcV sdot= 7420
КкгкДжcp sdot= 041 )
34
72 Знаючи молярну масу газу ( кгмольmicro 31044 minussdot= ) і відношення
питомих теплоємностей (γ=133) обчислити молярні теплоємності
Ср і СV ( СV=0566 кДжкгsdotК Ср=0754 кДжкгsdotК)
Теплоємність адіабатний процес
73 Різниця питомих теплоємностей Vp cc minus деякого двоатомного газу
дорівнює 260 Джкг К Знайти молярну масу micro газу і його питомі
теплоємності pc та cV
( micro=0032 молькг cV=650 ДжкгmiddotК pc =910 ДжкгmiddotК)
74 Молярна маса деякого газу мольг30=micro відношення
41=Vp cc Знайти питомі теплоємності pc і сV цього газу
( сV=693 ДжкгmiddotК pc =910 ДжкгsdotК )
75 До якої температури охолодиться повітря що знаходиться при
температурі 0degС якщо воно розширюється адіабатно від обrsquoєму 1V
до обrsquoєму 12 2VV = (207 К)
76 Газ розширюється адіабатно при цьому обrsquoєм його збільшується
вдвічі а температура падає в 132 рази Яке число ступенів
вільності мають молекули цього газу (5)
77 Чому дорівнюють питомі теплоємності pc і сV деякого
двоатомного газу якщо густина цього газу при нормальних
умовах дорівнює 143 кгм3 (сV=650 ДжкгmiddotК pc =910 ДжкгmiddotК)
78 Двоатомний газ займає обrsquoєм лV 501 = при тиску атмp 501 =
Газ стискується адіабатно до деякого обrsquoєму 2V і тиску 2p а
потім при постійному обrsquoємі 2V охолоджується до початкової
температури При цьому тиск його стає рівним атмp 10 =
Зобразити описаний процес графічно знайти обrsquoєм 2V і тиск 2p
(025 л 132 атм)
79 Газ розширюється адіабатно так що його тиск спадає від 2 атм
до 1 атм Потім він нагрівається при постійному обrsquoємі до
початкової температури причому його тиск зростає до 122 атм
35
Зобразити описаний процес графічно і визначити відношення
Vp cc газу (14)
Цикл Карно ентропія
80 Ідеальна теплова машина що працює за циклом Карно отримує за
кожний цикл від нагрівника 600 кал теплоти Температура
нагрівника 400 К температура холодильника 300 К Знайти
роботу що виконує машина за один цикл і кількість теплоти
котра віддається холодильнику за один цикл
( А=630 Дж Q2=1880 Дж)
81 Ідеальна теплова машина що працює за циклом Карно 23
теплоти одержаної від нагрівника передає холодильнику з
температурою 10degС Визначити температуру нагрівника (4245 К)
82 Ідеальна теплова машина працює за циклом Карно При цьому
80 теплоти одержаної від нагрівника передається
холодильнику Від нагрівника надходить за цикл 15 ккал теплоти
Знайти 1) ККД циклу 2) роботу виконану за цикл
( 1) 20 2) 126sdot103Дж)
83 Ідеальна теплова машина що працює за циклом Карно виконує
за один цикл роботу 735sdot 10 4 Дж Температура нагрівника 100
0 С
температура холодильника 00 С Знайти1) ККД машини
2) кількість теплоти одержаної машиною за один цикл від
нагрівника 3) кількість теплоти яка віддається за один цикл
холодильнику ( 1) 268 2) 274 sdot10 4 Дж 3) 126 sdot10
4 Дж)
84 Ідеальна теплова машина отримує від нагрівника температура
якого 500 К за один цикл 3360 Дж теплоти Знайти кількість
теплоти що передається за один цикл холодильнику температура
якого 400 К Знайти роботу машини за один цикл
(Q2= 2688 Дж А= 672 Дж)
85 Ідеальна теплова машина що працює за циклом Карно має
температуру нагрівника 600 К а холодильника 500 К У скільки
разів потрібно збільшити абсолютну температуру нагрівника щоб
ККД машини збільшився вдвічі (в 125)
86 Визначити ККД циклу і температуру нагрівника теплової
машини яка працює за циклом Карно якщо за рахунок 2 кДж
теплоти одержаної від нагрівника вона виконує роботу 400 Дж
Температура холодильника 480 К (20 600 К)
36
87 Знайти зміну ентропії при ізотермічному розширенні 6 г водню зі
зменшенням тиску від 01 МПа до 50 кПа (173 ДжК)
88 105 г азоту ізотермічно розширюються від обrsquoєму лV 21 = до
обrsquoєму лV 52 = Знайти приріст ентропії в цьому процесі
(29 ДжК)
89 10 г кисню нагріваються від Ct deg= 501 до Ct deg= 1502 Знайти зміну
ентропії якщо нагрівання відбувається 1) ізохорно 2) ізобарно
( 1) 176 ДжК 2) 246 ДжК )
90 У циклі Карно робочим тілом є двоатомний газ Визначити ККД
циклу якщо при адіабатичному розширенні обrsquoєм газу збільшився
від 80 до 102 дм3 (01 або 10)
91 05 кг розплавленого свинцю при температурі плавлення влили в
лід при 0degС Частина льоду розплавилася Знайти зміну ентропії
(50 ДжК)
Реальні гази явища перенесення
92 Знайти критичний молярний обrsquoєм азоту
93 Розрахувати густину кисню у критичному стані
94 Знайти середню довжину вільного пробігу атомів гелію в умовах
коли густина гелію 321 мг=ρ (18sdot10-6 м)
95 Знайти середню довжину вільного пробігу атомів азоту при
температурі 17 0 С і тиску 10
4 Па ( м610 minus=λ )
96 Знайти залежність середнього числа зіткнень молекул z ідеального
газу від тиску р в наступних процесах 1) ізохорному
2)ізотермічному Зобразити ці залежності на графіках
( pzpz asympasymp )2)1 )
97 У посудині знаходиться вуглекислий газ густина якого 321012 мкгminussdot=ρ середня довжина вільного пробігу його
молекул при цих умовах дорівнює см61097 minussdot=λ Знайти
діаметр молекул вуглекислого газу ( d =35sdot 10 -10
м )
37
98 Знайти діаметр молекули кисню якщо відомо що для кисню
коефіцієнт внутрішнього тертя при 0ordm С дорівнює
сПа sdotsdot= minus610818η ( d = 3middot10
-10 м)
99 Знайти динамічну вrsquoязкість азоту при нормальних умовах якщо
коефіцієнт дифузії для нього при цих умовах дорівнює
сcм21420 (η = 178sdot10-5 Паsdotс)
100 Знайти коефіцієнт теплопровідності водню якщо його
динамічна вrsquoязкість при таких самих умовах рівна смкПа sdot68
(0090 ВтмmiddotК)
101 Коефіцієнт дифузії і динамічної вrsquoязкість кисню дорівнюють
см2510221
minussdot та сПа sdotsdot= minus510951η відповідно Знайти при
цих умовах 1) густину кисню 2) середню довжину вільного
пробігу його молекул і 3) середню арифметичну швидкість його
молекул ( 1) 16 кгм3 2) 835sdot10
-8 м 3) 440 мс)
102 Знайти залежність коефіцієнта теплопровідності κ газу від
температури Т в умовах ізобарного та ізохорного процесів
Зобразити ці залежності графічно (1 κ~ Т 2 κ~ Т )
103 Зайти коефіцієнт дифузії при нормальних умовах 1)гелію
2)кисню ( 1) сcм2720 2) сcм2180 )
104 Коефіцієнт дифузії D кисню при температурі t=0ordmС дорівнює
019 см2с Визначити середню довжину вільного пробігу λ
молекул кисню ( λ =135 нм)
105 Визначити залежність коефіцієнта дифузії D ідеального газу від
температури при наступних процесах 1)ізобарному
2)ізохорному ( 1) D~ 3Т 2) D~ Т )
106 Визначити залежність динамічної вrsquoязкості η від температури Т
при наступних процесах 1)ізобарному 2) ізохорному Зобразити
ці залежності на графіках ( 1) η ~ Т 2) η ~ Т )
107 Знайти коефіцієнт дифузії та коефіцієнт внутрішнього тертя
повітря при тиску 760 мм рт ст і температурі 10ordmС Діаметр
молекули повітря прийняти 3middot10-1 м
(148middot10-5 м
2с 185middot10
- 5 Паsdotс)
108 У скільки разів коефіцієнт внутрішнього тертя кисню більший за
коефіцієнт внутрішнього тертя азоту Температура газів
однакова (107)
38
109 Знайти коефіцієнт теплопровідності повітря при температурі
10ordmС і тиску 105 Па Діаметр молекули повітря прийняти рівним
3middot10-8 см (132middot10
-3 ВтмmiddotК)
110 Знайти залежність коефіцієнта теплопровідностіκ від тиску р
при наступних процесах 1)ізотермічному 2)ізохоричному
Зобразити ці залежності на графіках
( 1) Не залежить 2) κ ~ р )
Таблиця для самостійної роботи
Варіанти
завдань
Номери задач
1 1 11 35 45 60 73 85 97
2 2 12 36 46 61 74 86 98
3 3 13 37 47 62 75 87 99
4 4 14 38 48 63 76 88 100
5 5 15 39 49 64 77 89 103
6 6 16 40 50 65 80 92 104
7 7 17 41 51 66 81 93 105
8 8 18 42 52 67 82 94 106
9 9 19 43 53 68 83 95 107
10 10 20 44 54 69 84 96 108
Задачі для усного розвrsquoязування
111 Під час накачування повітря в гумову камеру одночасно
збільшується його обrsquoєм і тиск Чи не суперечить це закону Бойля -
Маріотта
112 Чому влітку шини коліс автомобілів накачують повітрям до
меншого тиску ніж взимку
113 Якої форми необхідно взяти посудину щоб сила тиску на дно
дорівнювала вазі рідини Була більша Менша ваги рідини
39
114 У посудині наповненій до краю водою плаває кусок льоду Чи
виллється вода з посудини коли лід розтане
115 Дві кульки ndash мідна та алюмінієва зрівноважені на пружинних
терезах Чи порушиться рівновага терезів якщо кульки упустити у
воду
116 Чи можна перелити воду з однієї склянки в іншу знаходячись в
кабіні штучного супутника Землі
117 Повітря складається з азоту кисню та інших газів Чи однакова
кінетична енергія поступального руху молекул цих газів при даній
температурі
118 Якими способами можна змінити внутрішню енергію тіла
119 В якому випадку зміна тиску газу буде більшою при адіабатній
чи ізотермічній зміні обrsquoєму
120 Чому ізотермічне розширення газу відбувається тільки внаслідок
підведення до нього деякої кількості теплоти
121 Чому в дизелі нема потреби запалювати пальну суміш
електричною іскрою як це робиться в інших двигунах
122 Під час роботи пневматичний молот що працює за рахунок
енергії стиснутого повітря зовні обмерзає Яка причина охолодження
123 Після сильного шторму вода в морі стає теплішою Чому
124 Деяку масу ідеального газу нагрівають на однакову кількість
градусів один раз при сталому тиску а другий раз при сталому обrsquoємі
В якому випадку потрібна більша кількість теплоти Чому
125 Чому вода на дні океану залишається холодною в той час як по
мірі просування в глибину Землі на кожні 100 м температура
збільшується приблизно на 3deg
40
126 Чи може теплова машина мати ККД=100 якщо працюватиме за
ідеальним циклом
127 Чи можна створити умови за яких внутрішня енергія переходила
б від тіл з нижчою температурою до тіл з вищою температурою
128 Чи охолоне повітря в кімнаті якщо відчинити двері домашнього
холодильника ввімкнутого в мережу
129 Чому температура пари яка надходить у парову турбіну нижча
за температуру пари що виходить з неї
130 Накреслити криві ізобарного ізохорного ізотермічного процесів
на діаграмах залежності V T P T P V
131 Як пояснити утворення роси і туману
132 Коли і чому на дроті лінії електропередач зrsquoявляється іній
133 Обrsquoєм посудини в якій міститься насичена пара ізотермічно
збільшили в 5 разів Що сталося з тиском пари
134 Чому туман зrsquoявляється в вечірній час а зранку зникає
135 Чому після дощу стає холодніше Пояснити це явище
4 Довідкові дані
Фундаментальні фізичні сталі
Гравітаційна стала 221110676 кгмНG sdotsdot= minus
Прискорення вільного падіння 2см819=g
Стала Авогадро 12310026 minussdot= мольN A
Стала Больцмана КДжk2310381 minussdot=
Стала Лошмідта 3250 10692 minussdot= мn
Газова стала КмольДжR sdot= 3148
41
Молярний обrsquoєм ідеального газу
при ну мольмV
330 1041322 minussdot=
Густина деяких речовин
Речов
ина ρsdot10
3 (кгм
3) Речовина ρsdot10
3
(кгм3)
мідь 86 вода 100
залізо 79 гліцерин 126
свине
ць
113 касторове
масло
089
ртуть 136 повітря 000129
Молярні маси деяких речовин
Речовин
а
Молекул
а
micro10- 3
кгмоль Речовина
Молекул
а
micro10-3
кгмоль
Азот N2 28 Гелій Hе 4
Аргон Ar 40 Кисень О2 32
Неон Ne 20 Повітря - 29
Вода H2O 18 Ртуть Hg 201
Водень H2 2 Кухонна
сіль NaCl 58
Вуглекг CO2 44
Нормальні умови
КT 2730 = атмстртммПаp 176010011 50 ==sdot=
Питомі теплоємності для деяких речовин
Сталь КкгДжc sdot= 460
Свинець КкгДжс sdot= 126
Питома теплота плавлення свинцю КкгДж sdotsdot= 410262λ
42
Символи і відносні атомні маси деяких хімічних елементів
H He C N O Cu K Li Na
1 4 12 14 16 64 39 6 23
Деякі параметри води
питома теплота пароутворення при 100degС ndash кгМДжr 262=
питома теплоємність ndash КкгкДжс sdot= 194
питома теплота плавлення при 0degС ndash кгДж510353 sdot=λ
43
Критичні параметри
Елемент КкрT
МПакрp
азот 12
6
34
кисень 15
4
507
Ефективні діаметри молекул
Елем
ент
нмσ
азот 03
0
гелій 02
0
Префікси для утворення кратних одиниць
Префікс Позначення Числове
значення Префікс Позначення
Числове
значення
тера Т T 1012
піко п p 10-12
гіга Г G 109 нано н n 10
-9
мега М M 106 мікро мк micro 10
-6
кіло к k 103 мілі м m 10
-3
Одиниці довжини обrsquoєму тиску концентрації кількості
теплоти коефіцієнта дифузії використані в задачах (в СІ) 333 10111 мдмл minussdot== Нкгс 891 = Джкал 1941 =
мдм 1101 minus= мсм 2101 minus= 363 101 мсм minus= 363 101 мсм =minus
Памкгс 891 2 = ПаабомНсмкгс 242 10891 sdot=
Паммкгс 62 10891 sdot= Паатм 5100111 sdot= (фізична атмосфера)
44
Паат 5109801 sdot= (технічна атмосфера) смссм 101 242 minus=
45
Одиниці в яких вимірюються деякі фізичні величини (в СІ)
Робота енергія ЕА Дж
Кількість теплоти Q Дж
Потужність P або N Джс=Вт
Тиск р Па=Нм2
Молярна маса micro кгмоль
Концентрація п м-3
Теплоємність питома с ДжкгmiddotК
Теплоємність молярна С ДжмольmiddotК
Поверхневий натяг α Нм
Динамічна вrsquoязкість η Паmiddotс=Нmiddotсм2=кгмmiddotс
Коефіцієнт дифузії D м2с
Коефіцієнт теплопровідності κ ВтмmiddotК
Приріст ентропії S∆ ДжК
Сталі Ван-дер-Ваальса а та b Нmiddotм4моль
2 та м
3моль
5Література
1 Загальна фізика за редакцією Ковалець МО Орленка ВФ
Частина1 Інтерактивний комплекс навчально-методичного
забезпечення Рівне 2009
2 Волькенштейн ВС Сборник задач по общему курсу физики- М
ldquoНаукаrdquo1985-1989
3 Иродов ИЕ Задачи по общей физике-МrdquoНаукаrdquo 1982
4 Савельев ИВ Сборник вопросов и задач по общей физике-
МldquoНаукаrdquo1982
5 Чертов АГВоробьев АА Федоров МВ Задачник по физике -М
ldquoВысшая школаrdquo1988
6 Х Кухлинг Справочник по физике-М ldquoМирrdquo1985
28
12 Визначити густину повітря в камері шин автомобіля ВАЗ 2110
якщо тиск у камері 018 МПа (надлишковий) а температура 20degС
( 3353 кгм=ρ )
13 Знайти густину суміші 10-2 кг вуглекислого газу і 15sdot10
- 2 кг азоту
при температурі 300 К і тиску 015 МПа ( 3981 кгм=ρ )
14 Знайти молярну масу суміші що утворилася з 38sdot10-3 кг кисню і
22sdot10-2 кг вуглекислого газу ( кгмоль2104 minussdot=micro )
15 Накреслити графіки ізотермічного ізобарного та ізохорного
процесів в ідеальному газі у системах координат р V p T V T
Порівняти ці графіки
16 На рис1 зображено графік зміни стану ідеального газу в
координатах V T Виразити ці процеси графічно в координатах p V
та p T Назвати ці процеси
17 Зміна стану ідеального газу сталої маси зображена на рис2 В т1
температура газу Т0 Визначити температуру газу в т234
(Т2=3Т0 Т3=6Т0 Т4=2Т0)
18 Який обrsquoєм займає суміш газів ndash азоту масою кгm 11 = і гелію
масою кгm 12 = ndash при нормальних умовах (64 м3)
19 Скільки молекул міститься в 1 г водяної пари (33sdot1022
)
20 Скільки молекул буде знаходитися в 1 см3 посудини при 10degС
якщо посудину підкачано до ртстммp11101 minussdot= (34sdot10
5)
21 У балоні місткістю лV 3= знаходиться кисень масою 4 г
Визначити кількість речовини ν газу і концентрацію n його
молекул (ν =0125 моль n=251sdot1025м
-3)
Рис 1 Рис 2
29
22 У балоні було 10 кг газу при тиску 10 МПа Знайти яку масу газу
взяли з балона якщо тиск став рівним 25 МПа Температуру
вважати постійною (75 кг)
23 Балони місткістю лV 201 = і лV 442 = заповнені газом Тиск у
першому балоні МПаp 421 = у другому ndash МПаp 612 =
Визначити загальний тиск p після сполучення балонів якщо
температура газу залишилася попередньою (076 МПа)
24 Газ в кількості m=16 г при тиску р=106 Нм
2 і температурі t=112degС
займає обrsquoєм V=1600 см3 Визначити який це газ (кисень)
25 При якому тиску р густина ρ газоподібного азоту що має
температуру t= - 73degС складає 04 густини води кімнатної
температури 33
010 кгмρ = ( 271042 Нмр sdot= )
26 Відкрита посудина нагріта до температури t2=450degС Яка частина
маси повітря залишилась в ній в порівнянні з тією кількістю яка
була при t1=27degС Розширенням посудини знехтувати
(m2m1=0415)
27 10 г кисню знаходяться під тиском 0303 мкПа при температурі
10degС Після розширення внаслідок нагрівання при постійному
тиску кисень зайняв обrsquoєм 10 л Знайти обrsquoєм газу до розширення і
температуру газу після розширення (V1=24sdot10-3 м
3 Т2=118sdot10
3 К)
28 Скільки молекул повітря буде знаходитись в 1 см3 посудині при
10degС якщо повітря в посудині відкачане до тиску 133 мкПа
(34sdot108)
29 У 1 кг сухого повітря знаходиться m1=232 г кисню і m2=768 г
азоту Знайти відносну молярну масу повітря (microсм=288 кгмоль
microвідн=288 кгмоль)
30 У скільки разів вага повітря взимку (7 0
С) більша за його вагу
влітку (37 0 С) Тиск однаковий (11 рази)
31 У відкритій посудині при Ct0
1 20= є повітря гm 1501 = На яку
величину m∆ зменшиться маса повітря в посудині при нагріванні
її до Ct0
1 100= Зміною розмірів посудини при нагріванні
знехтувати ( m∆ =322 г)
32 У посудині знаходиться суміш 10 г вуглекислого газу і 15 г азоту
Знайти густину цієї суміші при температурі 27 0
С і тиску
15sdot10 5 Па ( 3981 мкг=ρ )
33 Знайти масу атома 1)водню 2) гелію
30
( )(10656)(10671 2727 геліюкгmводнюкгmminusminus sdot=sdot= )
34 Визначити концентрацію n молекул ідеального газу при
температурі Т= 300 К і тиску р =1 МПа ( n=224sdot10 17 м
-3)
Основне рівняння молекулярно-кінетичної теорії газів
швидкості молекул
35 Тиск p газу дорівнює 1 мПа концентрація n його молекул рівна
310101 minussdot см Визначити 1) температуру Т газу 2) середню
кінетичну енергію ( )1кЕ поступального руху молекули
( 1) Т=725 кК 2) ( )1кЕ =15sdot10
-19 Дж)
36 Молекула кисню при нормальних умовах рухається зі швидкістю
425 мс Визначити кінетичну енергію молекули
( ( )1кЕ =48sdot10
-21Дж)
37 Визначити кінетичну енергію поступального руху молекули
аміаку а також повну кінетичну енергію молекул одного моля
аміаку при температурі 373 К ( ( )1кЕ =773sdot10
-21Дж Еk=932 Дж)
38 Визначити сумарну кінетичну енергію теплового руху всіх
молекул кисню (О2) що займають обrsquoєм V=55sdot10-3 м
3 при тиску
р=2026 кПа (Еk=279 кДж)
39 Густина деякого газу 3060 мкгρ = середня квадратична
швидкість його молекул смкв 500=υ Знайти тиск газу на стінки
посудини (5 кПа)
40 Газ займає обrsquoєм лV 1= під тиском атмр 2= Визначити
кінетичну енергію kE поступального руху всіх молекул в даному
обrsquoємі (03 кДж)
41 Кількість речовини деякого газу моль51=ν температура
КТ 120= Визначити кінетичну енергію kE поступального руху
всіх молекул цього газу (73 кДж)
31
42 При якій температурі середня кінетична енергія ( )1кЕ
поступального руху молекули газу рівна Дж2110144 minussdot
(200 К)
43 Посудина зі внутрішнім обrsquoємом лV 4= містить гm 60=
деякого газу під тиском атмр 2= Визначити середню
квадратичну швидкість молекул газу (2 103
см )
43 Середня квадратична швидкість руху молекул деякого газу що
перебуває під тиском 50 кПа дорівнює 449 мс Визначити
густину газу при цих умовах ( 37440 мкг=ρ )
44 При якій температурі середня квадратична швидкість молекул
кисню дорівнює швидкості молекул азоту при температурі 373 К
(Т = 426 К)
46 Знайти середню арифметичну швидкість молекул газу коли
відомо що середня квадратична швидкість 400 мс
( см370=υ )
47 Знайти найбільш імовірну та середню арифметичну швидкості
молекул газу густина якого при тиску 40 кПа дорівнює 03 кгм3
( імυ = 5164 мс υ = 6324 мс)
48 Знайти середню квадратичну швидкість молекул повітря при
температурі 17deg С Повітря вважати однорідним газом з молярною
масою 29sdot10-3 кгмоль ( 500=квυ мс)
49 Визначити середню квадратичну швидкість квυ молекул газу
масою гm 30= що знаходиться в посудині місткістю лV 2= під
тиском кПаp 200= (2sdot10 3 мс)
50 Знайти відношення середніх квадратичних швидкостей молекул
гелію та азоту при однакових температурах (265)
51 Знайти середню квадратичну квυ середню арифметичну υ та
найімовірнішу імυ швидкості молекул водню Обчислення
виконати для трьох значень температури 1) КТ 20=
2) КТ 300= 3) КТ 5000= ( 1) 500 мс 462мс 407 мс
2) 194 кмс 179 кмс 158 кмс 3) 790 кмс 730 кмс 648 кмс)
52 При якій температурі Т середня квадратична швидкість атомів
гелію буде дорівнювати другій космічній швидкості
скм2112 =υ (201 кК)
32
53 Знайти середню арифметичну швидкість υ молекул газу якщо їх
середня квадратична швидкість скмкв 1=υ (092 кмс)
54 Кінетична енергія поступального руху молекул азоту що
знаходиться в обrsquoємі 20 дм3 дорівнює 5 кДж а середня
квадратична швидкість його молекул рівна 2 кмс Знайти 1) масу
азоту в балоні 2) тиск під яким знаходиться азот
( 1) т=25sdot103 кг 2) р=167sdot10
5 Па)
55 Посудина що містить деяку масу одноатомного газу рухається зі
швидкістю u На скільки збільшиться середній квадрат швидкості
теплового руху молекул при зупинці посудини Теплоємність
теплопровідність і маса стінок посудини зникаюче малі
56 Обчислити кількість теплоти що необхідна для нагрівання повітря
від Т1= 273 К до Т2= 303 К при сталому тиску якщо спочатку воно
перебувало при нормальному тиску р1 і мало обrsquoєм V1=50 м3
(∆Q=1948 кДж)
57 Яка кількість теплоти необхідна для нагрівання одного моля
одноатомного газу на 1 К при сталому обrsquoємі (∆Q=124 кДж)
58 Балон місткістю 2sdot10-2
м3 з киснем що має тиск 1013 МПа і
температуру 280 К нагрівають до 300 К Яку кількість теплоти
дістає при цьому газ (∆Q=35 кДж)
59 Визначити кількість теплоти (∆Q) що необхідна для нагрівання
повітря від Т1= 273 К до Т2=298 К при сталому обrsquoємі V1=30 м3
якщо початковий тиск повітря р1 був нормальний
(∆Q=6957 кДж)
32 Термодинаміка Реальні гази
Внутрішня енергія робота розширення газу
перше начало термодинаміки
60 Чому дорівнює енергія теплового руху молекул двоатомного газу
що знаходиться в посудині місткістю 2 л під тиском 015 МПа
(U=750 Дж)
61 10 г кисню знаходяться під тиском 03 МПа при температурі 10degС
Після нагрівання при постійному тиску газ зайняв обrsquoєм 10 л
Знайти 1) кількість теплоти одержаної газом 2) зміну
33
внутрішньої енергії газу 3) роботу виконану газом при
розширенні ( 1) 792sdot103Дж 2) 5660 Дж 3) 226sdot10
3 Дж)
62 2 кмолі вуглекислого газу нагріваються при постійному тиску на
50degС Знайти 1) зміну його внутрішньої енергії 2) роботу
розширення 3) кількість теплоти наданої газу
( 1) 2500 Дж 2) 830 кДж 3) 3300 кДж)
63 Газ що займав обrsquoєм 5 л і знаходився під тиском 02 МПа при
температурі 17degС було нагріто внаслідок чого він ізобарно
розширився Робота розширення газу при цьому виявилася рівною
196 Дж Наскільки нагріто газ (57 К)
64 При ізотермічному розширенні 10 г азоту що знаходиться при
температурі 17degС було виконано роботу 860 Дж У скільки разів
змінився тиск азоту при розширенні (272)
65 1л гелію котрий знаходиться при нормальних умовах ізотермічно
розширюється за рахунок одержаної ззовні теплоти до обrsquoєму 2 л
Знайти 1) роботу виконану газом при розширенні 2) кількість
наданої газу теплоти ( 1) 70 Дж 2) 70 Дж )
66 1 кг двоатомного газу знаходиться під тиском 80 кПа і має
густину 34 мкг=ρ Знайти енергію теплового руху молекул газу
при цих умовах (5sdot104Дж)
67 У посудину в котрій міститься 28 л води при температурі 20degС
вкинули нагрітий до 460degС кусок сталі що має масу 3кг Від цього
вода в посудині нагрілася до 60degС а частина її перетворилася в
пару Визначити масу води котра випарувалася Теплоємністю
посудини знехтувати
68 Знайти для кисню відношення питомої теплоємності при сталому
тиску до питомої теплоємності при постійному обrsquoємі (14)
69 1 кмоль азоту який знаходився при нормальних умовах
розширюється адіабатно від обrsquoєму 1V до обrsquoєму 12 5VV =
Знайти1) зміну внутрішньої енергії газу 2) роботу виконану при
розширенні ( 1) 269 sdot10 6 Дж 2) 269 sdot10
6 Дж)
70 Повітря що при нормальному атмосферному тиску зайняло обrsquoєм
2sdot10-2
м3 адіабатно стискується до обrsquoєму 2sdot10
-3 м
3 Визначити
тиск повітря після стискання (р=254 МПа)
71 Знайти питомі теплоємності азоту та їхні відношення при сталому
обrsquoємі та сталому тиску ( КкДжкгcV sdot= 7420
КкгкДжcp sdot= 041 )
34
72 Знаючи молярну масу газу ( кгмольmicro 31044 minussdot= ) і відношення
питомих теплоємностей (γ=133) обчислити молярні теплоємності
Ср і СV ( СV=0566 кДжкгsdotК Ср=0754 кДжкгsdotК)
Теплоємність адіабатний процес
73 Різниця питомих теплоємностей Vp cc minus деякого двоатомного газу
дорівнює 260 Джкг К Знайти молярну масу micro газу і його питомі
теплоємності pc та cV
( micro=0032 молькг cV=650 ДжкгmiddotК pc =910 ДжкгmiddotК)
74 Молярна маса деякого газу мольг30=micro відношення
41=Vp cc Знайти питомі теплоємності pc і сV цього газу
( сV=693 ДжкгmiddotК pc =910 ДжкгsdotК )
75 До якої температури охолодиться повітря що знаходиться при
температурі 0degС якщо воно розширюється адіабатно від обrsquoєму 1V
до обrsquoєму 12 2VV = (207 К)
76 Газ розширюється адіабатно при цьому обrsquoєм його збільшується
вдвічі а температура падає в 132 рази Яке число ступенів
вільності мають молекули цього газу (5)
77 Чому дорівнюють питомі теплоємності pc і сV деякого
двоатомного газу якщо густина цього газу при нормальних
умовах дорівнює 143 кгм3 (сV=650 ДжкгmiddotК pc =910 ДжкгmiddotК)
78 Двоатомний газ займає обrsquoєм лV 501 = при тиску атмp 501 =
Газ стискується адіабатно до деякого обrsquoєму 2V і тиску 2p а
потім при постійному обrsquoємі 2V охолоджується до початкової
температури При цьому тиск його стає рівним атмp 10 =
Зобразити описаний процес графічно знайти обrsquoєм 2V і тиск 2p
(025 л 132 атм)
79 Газ розширюється адіабатно так що його тиск спадає від 2 атм
до 1 атм Потім він нагрівається при постійному обrsquoємі до
початкової температури причому його тиск зростає до 122 атм
35
Зобразити описаний процес графічно і визначити відношення
Vp cc газу (14)
Цикл Карно ентропія
80 Ідеальна теплова машина що працює за циклом Карно отримує за
кожний цикл від нагрівника 600 кал теплоти Температура
нагрівника 400 К температура холодильника 300 К Знайти
роботу що виконує машина за один цикл і кількість теплоти
котра віддається холодильнику за один цикл
( А=630 Дж Q2=1880 Дж)
81 Ідеальна теплова машина що працює за циклом Карно 23
теплоти одержаної від нагрівника передає холодильнику з
температурою 10degС Визначити температуру нагрівника (4245 К)
82 Ідеальна теплова машина працює за циклом Карно При цьому
80 теплоти одержаної від нагрівника передається
холодильнику Від нагрівника надходить за цикл 15 ккал теплоти
Знайти 1) ККД циклу 2) роботу виконану за цикл
( 1) 20 2) 126sdot103Дж)
83 Ідеальна теплова машина що працює за циклом Карно виконує
за один цикл роботу 735sdot 10 4 Дж Температура нагрівника 100
0 С
температура холодильника 00 С Знайти1) ККД машини
2) кількість теплоти одержаної машиною за один цикл від
нагрівника 3) кількість теплоти яка віддається за один цикл
холодильнику ( 1) 268 2) 274 sdot10 4 Дж 3) 126 sdot10
4 Дж)
84 Ідеальна теплова машина отримує від нагрівника температура
якого 500 К за один цикл 3360 Дж теплоти Знайти кількість
теплоти що передається за один цикл холодильнику температура
якого 400 К Знайти роботу машини за один цикл
(Q2= 2688 Дж А= 672 Дж)
85 Ідеальна теплова машина що працює за циклом Карно має
температуру нагрівника 600 К а холодильника 500 К У скільки
разів потрібно збільшити абсолютну температуру нагрівника щоб
ККД машини збільшився вдвічі (в 125)
86 Визначити ККД циклу і температуру нагрівника теплової
машини яка працює за циклом Карно якщо за рахунок 2 кДж
теплоти одержаної від нагрівника вона виконує роботу 400 Дж
Температура холодильника 480 К (20 600 К)
36
87 Знайти зміну ентропії при ізотермічному розширенні 6 г водню зі
зменшенням тиску від 01 МПа до 50 кПа (173 ДжК)
88 105 г азоту ізотермічно розширюються від обrsquoєму лV 21 = до
обrsquoєму лV 52 = Знайти приріст ентропії в цьому процесі
(29 ДжК)
89 10 г кисню нагріваються від Ct deg= 501 до Ct deg= 1502 Знайти зміну
ентропії якщо нагрівання відбувається 1) ізохорно 2) ізобарно
( 1) 176 ДжК 2) 246 ДжК )
90 У циклі Карно робочим тілом є двоатомний газ Визначити ККД
циклу якщо при адіабатичному розширенні обrsquoєм газу збільшився
від 80 до 102 дм3 (01 або 10)
91 05 кг розплавленого свинцю при температурі плавлення влили в
лід при 0degС Частина льоду розплавилася Знайти зміну ентропії
(50 ДжК)
Реальні гази явища перенесення
92 Знайти критичний молярний обrsquoєм азоту
93 Розрахувати густину кисню у критичному стані
94 Знайти середню довжину вільного пробігу атомів гелію в умовах
коли густина гелію 321 мг=ρ (18sdot10-6 м)
95 Знайти середню довжину вільного пробігу атомів азоту при
температурі 17 0 С і тиску 10
4 Па ( м610 minus=λ )
96 Знайти залежність середнього числа зіткнень молекул z ідеального
газу від тиску р в наступних процесах 1) ізохорному
2)ізотермічному Зобразити ці залежності на графіках
( pzpz asympasymp )2)1 )
97 У посудині знаходиться вуглекислий газ густина якого 321012 мкгminussdot=ρ середня довжина вільного пробігу його
молекул при цих умовах дорівнює см61097 minussdot=λ Знайти
діаметр молекул вуглекислого газу ( d =35sdot 10 -10
м )
37
98 Знайти діаметр молекули кисню якщо відомо що для кисню
коефіцієнт внутрішнього тертя при 0ordm С дорівнює
сПа sdotsdot= minus610818η ( d = 3middot10
-10 м)
99 Знайти динамічну вrsquoязкість азоту при нормальних умовах якщо
коефіцієнт дифузії для нього при цих умовах дорівнює
сcм21420 (η = 178sdot10-5 Паsdotс)
100 Знайти коефіцієнт теплопровідності водню якщо його
динамічна вrsquoязкість при таких самих умовах рівна смкПа sdot68
(0090 ВтмmiddotК)
101 Коефіцієнт дифузії і динамічної вrsquoязкість кисню дорівнюють
см2510221
minussdot та сПа sdotsdot= minus510951η відповідно Знайти при
цих умовах 1) густину кисню 2) середню довжину вільного
пробігу його молекул і 3) середню арифметичну швидкість його
молекул ( 1) 16 кгм3 2) 835sdot10
-8 м 3) 440 мс)
102 Знайти залежність коефіцієнта теплопровідності κ газу від
температури Т в умовах ізобарного та ізохорного процесів
Зобразити ці залежності графічно (1 κ~ Т 2 κ~ Т )
103 Зайти коефіцієнт дифузії при нормальних умовах 1)гелію
2)кисню ( 1) сcм2720 2) сcм2180 )
104 Коефіцієнт дифузії D кисню при температурі t=0ordmС дорівнює
019 см2с Визначити середню довжину вільного пробігу λ
молекул кисню ( λ =135 нм)
105 Визначити залежність коефіцієнта дифузії D ідеального газу від
температури при наступних процесах 1)ізобарному
2)ізохорному ( 1) D~ 3Т 2) D~ Т )
106 Визначити залежність динамічної вrsquoязкості η від температури Т
при наступних процесах 1)ізобарному 2) ізохорному Зобразити
ці залежності на графіках ( 1) η ~ Т 2) η ~ Т )
107 Знайти коефіцієнт дифузії та коефіцієнт внутрішнього тертя
повітря при тиску 760 мм рт ст і температурі 10ordmС Діаметр
молекули повітря прийняти 3middot10-1 м
(148middot10-5 м
2с 185middot10
- 5 Паsdotс)
108 У скільки разів коефіцієнт внутрішнього тертя кисню більший за
коефіцієнт внутрішнього тертя азоту Температура газів
однакова (107)
38
109 Знайти коефіцієнт теплопровідності повітря при температурі
10ordmС і тиску 105 Па Діаметр молекули повітря прийняти рівним
3middot10-8 см (132middot10
-3 ВтмmiddotК)
110 Знайти залежність коефіцієнта теплопровідностіκ від тиску р
при наступних процесах 1)ізотермічному 2)ізохоричному
Зобразити ці залежності на графіках
( 1) Не залежить 2) κ ~ р )
Таблиця для самостійної роботи
Варіанти
завдань
Номери задач
1 1 11 35 45 60 73 85 97
2 2 12 36 46 61 74 86 98
3 3 13 37 47 62 75 87 99
4 4 14 38 48 63 76 88 100
5 5 15 39 49 64 77 89 103
6 6 16 40 50 65 80 92 104
7 7 17 41 51 66 81 93 105
8 8 18 42 52 67 82 94 106
9 9 19 43 53 68 83 95 107
10 10 20 44 54 69 84 96 108
Задачі для усного розвrsquoязування
111 Під час накачування повітря в гумову камеру одночасно
збільшується його обrsquoєм і тиск Чи не суперечить це закону Бойля -
Маріотта
112 Чому влітку шини коліс автомобілів накачують повітрям до
меншого тиску ніж взимку
113 Якої форми необхідно взяти посудину щоб сила тиску на дно
дорівнювала вазі рідини Була більша Менша ваги рідини
39
114 У посудині наповненій до краю водою плаває кусок льоду Чи
виллється вода з посудини коли лід розтане
115 Дві кульки ndash мідна та алюмінієва зрівноважені на пружинних
терезах Чи порушиться рівновага терезів якщо кульки упустити у
воду
116 Чи можна перелити воду з однієї склянки в іншу знаходячись в
кабіні штучного супутника Землі
117 Повітря складається з азоту кисню та інших газів Чи однакова
кінетична енергія поступального руху молекул цих газів при даній
температурі
118 Якими способами можна змінити внутрішню енергію тіла
119 В якому випадку зміна тиску газу буде більшою при адіабатній
чи ізотермічній зміні обrsquoєму
120 Чому ізотермічне розширення газу відбувається тільки внаслідок
підведення до нього деякої кількості теплоти
121 Чому в дизелі нема потреби запалювати пальну суміш
електричною іскрою як це робиться в інших двигунах
122 Під час роботи пневматичний молот що працює за рахунок
енергії стиснутого повітря зовні обмерзає Яка причина охолодження
123 Після сильного шторму вода в морі стає теплішою Чому
124 Деяку масу ідеального газу нагрівають на однакову кількість
градусів один раз при сталому тиску а другий раз при сталому обrsquoємі
В якому випадку потрібна більша кількість теплоти Чому
125 Чому вода на дні океану залишається холодною в той час як по
мірі просування в глибину Землі на кожні 100 м температура
збільшується приблизно на 3deg
40
126 Чи може теплова машина мати ККД=100 якщо працюватиме за
ідеальним циклом
127 Чи можна створити умови за яких внутрішня енергія переходила
б від тіл з нижчою температурою до тіл з вищою температурою
128 Чи охолоне повітря в кімнаті якщо відчинити двері домашнього
холодильника ввімкнутого в мережу
129 Чому температура пари яка надходить у парову турбіну нижча
за температуру пари що виходить з неї
130 Накреслити криві ізобарного ізохорного ізотермічного процесів
на діаграмах залежності V T P T P V
131 Як пояснити утворення роси і туману
132 Коли і чому на дроті лінії електропередач зrsquoявляється іній
133 Обrsquoєм посудини в якій міститься насичена пара ізотермічно
збільшили в 5 разів Що сталося з тиском пари
134 Чому туман зrsquoявляється в вечірній час а зранку зникає
135 Чому після дощу стає холодніше Пояснити це явище
4 Довідкові дані
Фундаментальні фізичні сталі
Гравітаційна стала 221110676 кгмНG sdotsdot= minus
Прискорення вільного падіння 2см819=g
Стала Авогадро 12310026 minussdot= мольN A
Стала Больцмана КДжk2310381 minussdot=
Стала Лошмідта 3250 10692 minussdot= мn
Газова стала КмольДжR sdot= 3148
41
Молярний обrsquoєм ідеального газу
при ну мольмV
330 1041322 minussdot=
Густина деяких речовин
Речов
ина ρsdot10
3 (кгм
3) Речовина ρsdot10
3
(кгм3)
мідь 86 вода 100
залізо 79 гліцерин 126
свине
ць
113 касторове
масло
089
ртуть 136 повітря 000129
Молярні маси деяких речовин
Речовин
а
Молекул
а
micro10- 3
кгмоль Речовина
Молекул
а
micro10-3
кгмоль
Азот N2 28 Гелій Hе 4
Аргон Ar 40 Кисень О2 32
Неон Ne 20 Повітря - 29
Вода H2O 18 Ртуть Hg 201
Водень H2 2 Кухонна
сіль NaCl 58
Вуглекг CO2 44
Нормальні умови
КT 2730 = атмстртммПаp 176010011 50 ==sdot=
Питомі теплоємності для деяких речовин
Сталь КкгДжc sdot= 460
Свинець КкгДжс sdot= 126
Питома теплота плавлення свинцю КкгДж sdotsdot= 410262λ
42
Символи і відносні атомні маси деяких хімічних елементів
H He C N O Cu K Li Na
1 4 12 14 16 64 39 6 23
Деякі параметри води
питома теплота пароутворення при 100degС ndash кгМДжr 262=
питома теплоємність ndash КкгкДжс sdot= 194
питома теплота плавлення при 0degС ndash кгДж510353 sdot=λ
43
Критичні параметри
Елемент КкрT
МПакрp
азот 12
6
34
кисень 15
4
507
Ефективні діаметри молекул
Елем
ент
нмσ
азот 03
0
гелій 02
0
Префікси для утворення кратних одиниць
Префікс Позначення Числове
значення Префікс Позначення
Числове
значення
тера Т T 1012
піко п p 10-12
гіга Г G 109 нано н n 10
-9
мега М M 106 мікро мк micro 10
-6
кіло к k 103 мілі м m 10
-3
Одиниці довжини обrsquoєму тиску концентрації кількості
теплоти коефіцієнта дифузії використані в задачах (в СІ) 333 10111 мдмл minussdot== Нкгс 891 = Джкал 1941 =
мдм 1101 minus= мсм 2101 minus= 363 101 мсм minus= 363 101 мсм =minus
Памкгс 891 2 = ПаабомНсмкгс 242 10891 sdot=
Паммкгс 62 10891 sdot= Паатм 5100111 sdot= (фізична атмосфера)
44
Паат 5109801 sdot= (технічна атмосфера) смссм 101 242 minus=
45
Одиниці в яких вимірюються деякі фізичні величини (в СІ)
Робота енергія ЕА Дж
Кількість теплоти Q Дж
Потужність P або N Джс=Вт
Тиск р Па=Нм2
Молярна маса micro кгмоль
Концентрація п м-3
Теплоємність питома с ДжкгmiddotК
Теплоємність молярна С ДжмольmiddotК
Поверхневий натяг α Нм
Динамічна вrsquoязкість η Паmiddotс=Нmiddotсм2=кгмmiddotс
Коефіцієнт дифузії D м2с
Коефіцієнт теплопровідності κ ВтмmiddotК
Приріст ентропії S∆ ДжК
Сталі Ван-дер-Ваальса а та b Нmiddotм4моль
2 та м
3моль
5Література
1 Загальна фізика за редакцією Ковалець МО Орленка ВФ
Частина1 Інтерактивний комплекс навчально-методичного
забезпечення Рівне 2009
2 Волькенштейн ВС Сборник задач по общему курсу физики- М
ldquoНаукаrdquo1985-1989
3 Иродов ИЕ Задачи по общей физике-МrdquoНаукаrdquo 1982
4 Савельев ИВ Сборник вопросов и задач по общей физике-
МldquoНаукаrdquo1982
5 Чертов АГВоробьев АА Федоров МВ Задачник по физике -М
ldquoВысшая школаrdquo1988
6 Х Кухлинг Справочник по физике-М ldquoМирrdquo1985
29
22 У балоні було 10 кг газу при тиску 10 МПа Знайти яку масу газу
взяли з балона якщо тиск став рівним 25 МПа Температуру
вважати постійною (75 кг)
23 Балони місткістю лV 201 = і лV 442 = заповнені газом Тиск у
першому балоні МПаp 421 = у другому ndash МПаp 612 =
Визначити загальний тиск p після сполучення балонів якщо
температура газу залишилася попередньою (076 МПа)
24 Газ в кількості m=16 г при тиску р=106 Нм
2 і температурі t=112degС
займає обrsquoєм V=1600 см3 Визначити який це газ (кисень)
25 При якому тиску р густина ρ газоподібного азоту що має
температуру t= - 73degС складає 04 густини води кімнатної
температури 33
010 кгмρ = ( 271042 Нмр sdot= )
26 Відкрита посудина нагріта до температури t2=450degС Яка частина
маси повітря залишилась в ній в порівнянні з тією кількістю яка
була при t1=27degС Розширенням посудини знехтувати
(m2m1=0415)
27 10 г кисню знаходяться під тиском 0303 мкПа при температурі
10degС Після розширення внаслідок нагрівання при постійному
тиску кисень зайняв обrsquoєм 10 л Знайти обrsquoєм газу до розширення і
температуру газу після розширення (V1=24sdot10-3 м
3 Т2=118sdot10
3 К)
28 Скільки молекул повітря буде знаходитись в 1 см3 посудині при
10degС якщо повітря в посудині відкачане до тиску 133 мкПа
(34sdot108)
29 У 1 кг сухого повітря знаходиться m1=232 г кисню і m2=768 г
азоту Знайти відносну молярну масу повітря (microсм=288 кгмоль
microвідн=288 кгмоль)
30 У скільки разів вага повітря взимку (7 0
С) більша за його вагу
влітку (37 0 С) Тиск однаковий (11 рази)
31 У відкритій посудині при Ct0
1 20= є повітря гm 1501 = На яку
величину m∆ зменшиться маса повітря в посудині при нагріванні
її до Ct0
1 100= Зміною розмірів посудини при нагріванні
знехтувати ( m∆ =322 г)
32 У посудині знаходиться суміш 10 г вуглекислого газу і 15 г азоту
Знайти густину цієї суміші при температурі 27 0
С і тиску
15sdot10 5 Па ( 3981 мкг=ρ )
33 Знайти масу атома 1)водню 2) гелію
30
( )(10656)(10671 2727 геліюкгmводнюкгmminusminus sdot=sdot= )
34 Визначити концентрацію n молекул ідеального газу при
температурі Т= 300 К і тиску р =1 МПа ( n=224sdot10 17 м
-3)
Основне рівняння молекулярно-кінетичної теорії газів
швидкості молекул
35 Тиск p газу дорівнює 1 мПа концентрація n його молекул рівна
310101 minussdot см Визначити 1) температуру Т газу 2) середню
кінетичну енергію ( )1кЕ поступального руху молекули
( 1) Т=725 кК 2) ( )1кЕ =15sdot10
-19 Дж)
36 Молекула кисню при нормальних умовах рухається зі швидкістю
425 мс Визначити кінетичну енергію молекули
( ( )1кЕ =48sdot10
-21Дж)
37 Визначити кінетичну енергію поступального руху молекули
аміаку а також повну кінетичну енергію молекул одного моля
аміаку при температурі 373 К ( ( )1кЕ =773sdot10
-21Дж Еk=932 Дж)
38 Визначити сумарну кінетичну енергію теплового руху всіх
молекул кисню (О2) що займають обrsquoєм V=55sdot10-3 м
3 при тиску
р=2026 кПа (Еk=279 кДж)
39 Густина деякого газу 3060 мкгρ = середня квадратична
швидкість його молекул смкв 500=υ Знайти тиск газу на стінки
посудини (5 кПа)
40 Газ займає обrsquoєм лV 1= під тиском атмр 2= Визначити
кінетичну енергію kE поступального руху всіх молекул в даному
обrsquoємі (03 кДж)
41 Кількість речовини деякого газу моль51=ν температура
КТ 120= Визначити кінетичну енергію kE поступального руху
всіх молекул цього газу (73 кДж)
31
42 При якій температурі середня кінетична енергія ( )1кЕ
поступального руху молекули газу рівна Дж2110144 minussdot
(200 К)
43 Посудина зі внутрішнім обrsquoємом лV 4= містить гm 60=
деякого газу під тиском атмр 2= Визначити середню
квадратичну швидкість молекул газу (2 103
см )
43 Середня квадратична швидкість руху молекул деякого газу що
перебуває під тиском 50 кПа дорівнює 449 мс Визначити
густину газу при цих умовах ( 37440 мкг=ρ )
44 При якій температурі середня квадратична швидкість молекул
кисню дорівнює швидкості молекул азоту при температурі 373 К
(Т = 426 К)
46 Знайти середню арифметичну швидкість молекул газу коли
відомо що середня квадратична швидкість 400 мс
( см370=υ )
47 Знайти найбільш імовірну та середню арифметичну швидкості
молекул газу густина якого при тиску 40 кПа дорівнює 03 кгм3
( імυ = 5164 мс υ = 6324 мс)
48 Знайти середню квадратичну швидкість молекул повітря при
температурі 17deg С Повітря вважати однорідним газом з молярною
масою 29sdot10-3 кгмоль ( 500=квυ мс)
49 Визначити середню квадратичну швидкість квυ молекул газу
масою гm 30= що знаходиться в посудині місткістю лV 2= під
тиском кПаp 200= (2sdot10 3 мс)
50 Знайти відношення середніх квадратичних швидкостей молекул
гелію та азоту при однакових температурах (265)
51 Знайти середню квадратичну квυ середню арифметичну υ та
найімовірнішу імυ швидкості молекул водню Обчислення
виконати для трьох значень температури 1) КТ 20=
2) КТ 300= 3) КТ 5000= ( 1) 500 мс 462мс 407 мс
2) 194 кмс 179 кмс 158 кмс 3) 790 кмс 730 кмс 648 кмс)
52 При якій температурі Т середня квадратична швидкість атомів
гелію буде дорівнювати другій космічній швидкості
скм2112 =υ (201 кК)
32
53 Знайти середню арифметичну швидкість υ молекул газу якщо їх
середня квадратична швидкість скмкв 1=υ (092 кмс)
54 Кінетична енергія поступального руху молекул азоту що
знаходиться в обrsquoємі 20 дм3 дорівнює 5 кДж а середня
квадратична швидкість його молекул рівна 2 кмс Знайти 1) масу
азоту в балоні 2) тиск під яким знаходиться азот
( 1) т=25sdot103 кг 2) р=167sdot10
5 Па)
55 Посудина що містить деяку масу одноатомного газу рухається зі
швидкістю u На скільки збільшиться середній квадрат швидкості
теплового руху молекул при зупинці посудини Теплоємність
теплопровідність і маса стінок посудини зникаюче малі
56 Обчислити кількість теплоти що необхідна для нагрівання повітря
від Т1= 273 К до Т2= 303 К при сталому тиску якщо спочатку воно
перебувало при нормальному тиску р1 і мало обrsquoєм V1=50 м3
(∆Q=1948 кДж)
57 Яка кількість теплоти необхідна для нагрівання одного моля
одноатомного газу на 1 К при сталому обrsquoємі (∆Q=124 кДж)
58 Балон місткістю 2sdot10-2
м3 з киснем що має тиск 1013 МПа і
температуру 280 К нагрівають до 300 К Яку кількість теплоти
дістає при цьому газ (∆Q=35 кДж)
59 Визначити кількість теплоти (∆Q) що необхідна для нагрівання
повітря від Т1= 273 К до Т2=298 К при сталому обrsquoємі V1=30 м3
якщо початковий тиск повітря р1 був нормальний
(∆Q=6957 кДж)
32 Термодинаміка Реальні гази
Внутрішня енергія робота розширення газу
перше начало термодинаміки
60 Чому дорівнює енергія теплового руху молекул двоатомного газу
що знаходиться в посудині місткістю 2 л під тиском 015 МПа
(U=750 Дж)
61 10 г кисню знаходяться під тиском 03 МПа при температурі 10degС
Після нагрівання при постійному тиску газ зайняв обrsquoєм 10 л
Знайти 1) кількість теплоти одержаної газом 2) зміну
33
внутрішньої енергії газу 3) роботу виконану газом при
розширенні ( 1) 792sdot103Дж 2) 5660 Дж 3) 226sdot10
3 Дж)
62 2 кмолі вуглекислого газу нагріваються при постійному тиску на
50degС Знайти 1) зміну його внутрішньої енергії 2) роботу
розширення 3) кількість теплоти наданої газу
( 1) 2500 Дж 2) 830 кДж 3) 3300 кДж)
63 Газ що займав обrsquoєм 5 л і знаходився під тиском 02 МПа при
температурі 17degС було нагріто внаслідок чого він ізобарно
розширився Робота розширення газу при цьому виявилася рівною
196 Дж Наскільки нагріто газ (57 К)
64 При ізотермічному розширенні 10 г азоту що знаходиться при
температурі 17degС було виконано роботу 860 Дж У скільки разів
змінився тиск азоту при розширенні (272)
65 1л гелію котрий знаходиться при нормальних умовах ізотермічно
розширюється за рахунок одержаної ззовні теплоти до обrsquoєму 2 л
Знайти 1) роботу виконану газом при розширенні 2) кількість
наданої газу теплоти ( 1) 70 Дж 2) 70 Дж )
66 1 кг двоатомного газу знаходиться під тиском 80 кПа і має
густину 34 мкг=ρ Знайти енергію теплового руху молекул газу
при цих умовах (5sdot104Дж)
67 У посудину в котрій міститься 28 л води при температурі 20degС
вкинули нагрітий до 460degС кусок сталі що має масу 3кг Від цього
вода в посудині нагрілася до 60degС а частина її перетворилася в
пару Визначити масу води котра випарувалася Теплоємністю
посудини знехтувати
68 Знайти для кисню відношення питомої теплоємності при сталому
тиску до питомої теплоємності при постійному обrsquoємі (14)
69 1 кмоль азоту який знаходився при нормальних умовах
розширюється адіабатно від обrsquoєму 1V до обrsquoєму 12 5VV =
Знайти1) зміну внутрішньої енергії газу 2) роботу виконану при
розширенні ( 1) 269 sdot10 6 Дж 2) 269 sdot10
6 Дж)
70 Повітря що при нормальному атмосферному тиску зайняло обrsquoєм
2sdot10-2
м3 адіабатно стискується до обrsquoєму 2sdot10
-3 м
3 Визначити
тиск повітря після стискання (р=254 МПа)
71 Знайти питомі теплоємності азоту та їхні відношення при сталому
обrsquoємі та сталому тиску ( КкДжкгcV sdot= 7420
КкгкДжcp sdot= 041 )
34
72 Знаючи молярну масу газу ( кгмольmicro 31044 minussdot= ) і відношення
питомих теплоємностей (γ=133) обчислити молярні теплоємності
Ср і СV ( СV=0566 кДжкгsdotК Ср=0754 кДжкгsdotК)
Теплоємність адіабатний процес
73 Різниця питомих теплоємностей Vp cc minus деякого двоатомного газу
дорівнює 260 Джкг К Знайти молярну масу micro газу і його питомі
теплоємності pc та cV
( micro=0032 молькг cV=650 ДжкгmiddotК pc =910 ДжкгmiddotК)
74 Молярна маса деякого газу мольг30=micro відношення
41=Vp cc Знайти питомі теплоємності pc і сV цього газу
( сV=693 ДжкгmiddotК pc =910 ДжкгsdotК )
75 До якої температури охолодиться повітря що знаходиться при
температурі 0degС якщо воно розширюється адіабатно від обrsquoєму 1V
до обrsquoєму 12 2VV = (207 К)
76 Газ розширюється адіабатно при цьому обrsquoєм його збільшується
вдвічі а температура падає в 132 рази Яке число ступенів
вільності мають молекули цього газу (5)
77 Чому дорівнюють питомі теплоємності pc і сV деякого
двоатомного газу якщо густина цього газу при нормальних
умовах дорівнює 143 кгм3 (сV=650 ДжкгmiddotК pc =910 ДжкгmiddotК)
78 Двоатомний газ займає обrsquoєм лV 501 = при тиску атмp 501 =
Газ стискується адіабатно до деякого обrsquoєму 2V і тиску 2p а
потім при постійному обrsquoємі 2V охолоджується до початкової
температури При цьому тиск його стає рівним атмp 10 =
Зобразити описаний процес графічно знайти обrsquoєм 2V і тиск 2p
(025 л 132 атм)
79 Газ розширюється адіабатно так що його тиск спадає від 2 атм
до 1 атм Потім він нагрівається при постійному обrsquoємі до
початкової температури причому його тиск зростає до 122 атм
35
Зобразити описаний процес графічно і визначити відношення
Vp cc газу (14)
Цикл Карно ентропія
80 Ідеальна теплова машина що працює за циклом Карно отримує за
кожний цикл від нагрівника 600 кал теплоти Температура
нагрівника 400 К температура холодильника 300 К Знайти
роботу що виконує машина за один цикл і кількість теплоти
котра віддається холодильнику за один цикл
( А=630 Дж Q2=1880 Дж)
81 Ідеальна теплова машина що працює за циклом Карно 23
теплоти одержаної від нагрівника передає холодильнику з
температурою 10degС Визначити температуру нагрівника (4245 К)
82 Ідеальна теплова машина працює за циклом Карно При цьому
80 теплоти одержаної від нагрівника передається
холодильнику Від нагрівника надходить за цикл 15 ккал теплоти
Знайти 1) ККД циклу 2) роботу виконану за цикл
( 1) 20 2) 126sdot103Дж)
83 Ідеальна теплова машина що працює за циклом Карно виконує
за один цикл роботу 735sdot 10 4 Дж Температура нагрівника 100
0 С
температура холодильника 00 С Знайти1) ККД машини
2) кількість теплоти одержаної машиною за один цикл від
нагрівника 3) кількість теплоти яка віддається за один цикл
холодильнику ( 1) 268 2) 274 sdot10 4 Дж 3) 126 sdot10
4 Дж)
84 Ідеальна теплова машина отримує від нагрівника температура
якого 500 К за один цикл 3360 Дж теплоти Знайти кількість
теплоти що передається за один цикл холодильнику температура
якого 400 К Знайти роботу машини за один цикл
(Q2= 2688 Дж А= 672 Дж)
85 Ідеальна теплова машина що працює за циклом Карно має
температуру нагрівника 600 К а холодильника 500 К У скільки
разів потрібно збільшити абсолютну температуру нагрівника щоб
ККД машини збільшився вдвічі (в 125)
86 Визначити ККД циклу і температуру нагрівника теплової
машини яка працює за циклом Карно якщо за рахунок 2 кДж
теплоти одержаної від нагрівника вона виконує роботу 400 Дж
Температура холодильника 480 К (20 600 К)
36
87 Знайти зміну ентропії при ізотермічному розширенні 6 г водню зі
зменшенням тиску від 01 МПа до 50 кПа (173 ДжК)
88 105 г азоту ізотермічно розширюються від обrsquoєму лV 21 = до
обrsquoєму лV 52 = Знайти приріст ентропії в цьому процесі
(29 ДжК)
89 10 г кисню нагріваються від Ct deg= 501 до Ct deg= 1502 Знайти зміну
ентропії якщо нагрівання відбувається 1) ізохорно 2) ізобарно
( 1) 176 ДжК 2) 246 ДжК )
90 У циклі Карно робочим тілом є двоатомний газ Визначити ККД
циклу якщо при адіабатичному розширенні обrsquoєм газу збільшився
від 80 до 102 дм3 (01 або 10)
91 05 кг розплавленого свинцю при температурі плавлення влили в
лід при 0degС Частина льоду розплавилася Знайти зміну ентропії
(50 ДжК)
Реальні гази явища перенесення
92 Знайти критичний молярний обrsquoєм азоту
93 Розрахувати густину кисню у критичному стані
94 Знайти середню довжину вільного пробігу атомів гелію в умовах
коли густина гелію 321 мг=ρ (18sdot10-6 м)
95 Знайти середню довжину вільного пробігу атомів азоту при
температурі 17 0 С і тиску 10
4 Па ( м610 minus=λ )
96 Знайти залежність середнього числа зіткнень молекул z ідеального
газу від тиску р в наступних процесах 1) ізохорному
2)ізотермічному Зобразити ці залежності на графіках
( pzpz asympasymp )2)1 )
97 У посудині знаходиться вуглекислий газ густина якого 321012 мкгminussdot=ρ середня довжина вільного пробігу його
молекул при цих умовах дорівнює см61097 minussdot=λ Знайти
діаметр молекул вуглекислого газу ( d =35sdot 10 -10
м )
37
98 Знайти діаметр молекули кисню якщо відомо що для кисню
коефіцієнт внутрішнього тертя при 0ordm С дорівнює
сПа sdotsdot= minus610818η ( d = 3middot10
-10 м)
99 Знайти динамічну вrsquoязкість азоту при нормальних умовах якщо
коефіцієнт дифузії для нього при цих умовах дорівнює
сcм21420 (η = 178sdot10-5 Паsdotс)
100 Знайти коефіцієнт теплопровідності водню якщо його
динамічна вrsquoязкість при таких самих умовах рівна смкПа sdot68
(0090 ВтмmiddotК)
101 Коефіцієнт дифузії і динамічної вrsquoязкість кисню дорівнюють
см2510221
minussdot та сПа sdotsdot= minus510951η відповідно Знайти при
цих умовах 1) густину кисню 2) середню довжину вільного
пробігу його молекул і 3) середню арифметичну швидкість його
молекул ( 1) 16 кгм3 2) 835sdot10
-8 м 3) 440 мс)
102 Знайти залежність коефіцієнта теплопровідності κ газу від
температури Т в умовах ізобарного та ізохорного процесів
Зобразити ці залежності графічно (1 κ~ Т 2 κ~ Т )
103 Зайти коефіцієнт дифузії при нормальних умовах 1)гелію
2)кисню ( 1) сcм2720 2) сcм2180 )
104 Коефіцієнт дифузії D кисню при температурі t=0ordmС дорівнює
019 см2с Визначити середню довжину вільного пробігу λ
молекул кисню ( λ =135 нм)
105 Визначити залежність коефіцієнта дифузії D ідеального газу від
температури при наступних процесах 1)ізобарному
2)ізохорному ( 1) D~ 3Т 2) D~ Т )
106 Визначити залежність динамічної вrsquoязкості η від температури Т
при наступних процесах 1)ізобарному 2) ізохорному Зобразити
ці залежності на графіках ( 1) η ~ Т 2) η ~ Т )
107 Знайти коефіцієнт дифузії та коефіцієнт внутрішнього тертя
повітря при тиску 760 мм рт ст і температурі 10ordmС Діаметр
молекули повітря прийняти 3middot10-1 м
(148middot10-5 м
2с 185middot10
- 5 Паsdotс)
108 У скільки разів коефіцієнт внутрішнього тертя кисню більший за
коефіцієнт внутрішнього тертя азоту Температура газів
однакова (107)
38
109 Знайти коефіцієнт теплопровідності повітря при температурі
10ordmС і тиску 105 Па Діаметр молекули повітря прийняти рівним
3middot10-8 см (132middot10
-3 ВтмmiddotК)
110 Знайти залежність коефіцієнта теплопровідностіκ від тиску р
при наступних процесах 1)ізотермічному 2)ізохоричному
Зобразити ці залежності на графіках
( 1) Не залежить 2) κ ~ р )
Таблиця для самостійної роботи
Варіанти
завдань
Номери задач
1 1 11 35 45 60 73 85 97
2 2 12 36 46 61 74 86 98
3 3 13 37 47 62 75 87 99
4 4 14 38 48 63 76 88 100
5 5 15 39 49 64 77 89 103
6 6 16 40 50 65 80 92 104
7 7 17 41 51 66 81 93 105
8 8 18 42 52 67 82 94 106
9 9 19 43 53 68 83 95 107
10 10 20 44 54 69 84 96 108
Задачі для усного розвrsquoязування
111 Під час накачування повітря в гумову камеру одночасно
збільшується його обrsquoєм і тиск Чи не суперечить це закону Бойля -
Маріотта
112 Чому влітку шини коліс автомобілів накачують повітрям до
меншого тиску ніж взимку
113 Якої форми необхідно взяти посудину щоб сила тиску на дно
дорівнювала вазі рідини Була більша Менша ваги рідини
39
114 У посудині наповненій до краю водою плаває кусок льоду Чи
виллється вода з посудини коли лід розтане
115 Дві кульки ndash мідна та алюмінієва зрівноважені на пружинних
терезах Чи порушиться рівновага терезів якщо кульки упустити у
воду
116 Чи можна перелити воду з однієї склянки в іншу знаходячись в
кабіні штучного супутника Землі
117 Повітря складається з азоту кисню та інших газів Чи однакова
кінетична енергія поступального руху молекул цих газів при даній
температурі
118 Якими способами можна змінити внутрішню енергію тіла
119 В якому випадку зміна тиску газу буде більшою при адіабатній
чи ізотермічній зміні обrsquoєму
120 Чому ізотермічне розширення газу відбувається тільки внаслідок
підведення до нього деякої кількості теплоти
121 Чому в дизелі нема потреби запалювати пальну суміш
електричною іскрою як це робиться в інших двигунах
122 Під час роботи пневматичний молот що працює за рахунок
енергії стиснутого повітря зовні обмерзає Яка причина охолодження
123 Після сильного шторму вода в морі стає теплішою Чому
124 Деяку масу ідеального газу нагрівають на однакову кількість
градусів один раз при сталому тиску а другий раз при сталому обrsquoємі
В якому випадку потрібна більша кількість теплоти Чому
125 Чому вода на дні океану залишається холодною в той час як по
мірі просування в глибину Землі на кожні 100 м температура
збільшується приблизно на 3deg
40
126 Чи може теплова машина мати ККД=100 якщо працюватиме за
ідеальним циклом
127 Чи можна створити умови за яких внутрішня енергія переходила
б від тіл з нижчою температурою до тіл з вищою температурою
128 Чи охолоне повітря в кімнаті якщо відчинити двері домашнього
холодильника ввімкнутого в мережу
129 Чому температура пари яка надходить у парову турбіну нижча
за температуру пари що виходить з неї
130 Накреслити криві ізобарного ізохорного ізотермічного процесів
на діаграмах залежності V T P T P V
131 Як пояснити утворення роси і туману
132 Коли і чому на дроті лінії електропередач зrsquoявляється іній
133 Обrsquoєм посудини в якій міститься насичена пара ізотермічно
збільшили в 5 разів Що сталося з тиском пари
134 Чому туман зrsquoявляється в вечірній час а зранку зникає
135 Чому після дощу стає холодніше Пояснити це явище
4 Довідкові дані
Фундаментальні фізичні сталі
Гравітаційна стала 221110676 кгмНG sdotsdot= minus
Прискорення вільного падіння 2см819=g
Стала Авогадро 12310026 minussdot= мольN A
Стала Больцмана КДжk2310381 minussdot=
Стала Лошмідта 3250 10692 minussdot= мn
Газова стала КмольДжR sdot= 3148
41
Молярний обrsquoєм ідеального газу
при ну мольмV
330 1041322 minussdot=
Густина деяких речовин
Речов
ина ρsdot10
3 (кгм
3) Речовина ρsdot10
3
(кгм3)
мідь 86 вода 100
залізо 79 гліцерин 126
свине
ць
113 касторове
масло
089
ртуть 136 повітря 000129
Молярні маси деяких речовин
Речовин
а
Молекул
а
micro10- 3
кгмоль Речовина
Молекул
а
micro10-3
кгмоль
Азот N2 28 Гелій Hе 4
Аргон Ar 40 Кисень О2 32
Неон Ne 20 Повітря - 29
Вода H2O 18 Ртуть Hg 201
Водень H2 2 Кухонна
сіль NaCl 58
Вуглекг CO2 44
Нормальні умови
КT 2730 = атмстртммПаp 176010011 50 ==sdot=
Питомі теплоємності для деяких речовин
Сталь КкгДжc sdot= 460
Свинець КкгДжс sdot= 126
Питома теплота плавлення свинцю КкгДж sdotsdot= 410262λ
42
Символи і відносні атомні маси деяких хімічних елементів
H He C N O Cu K Li Na
1 4 12 14 16 64 39 6 23
Деякі параметри води
питома теплота пароутворення при 100degС ndash кгМДжr 262=
питома теплоємність ndash КкгкДжс sdot= 194
питома теплота плавлення при 0degС ndash кгДж510353 sdot=λ
43
Критичні параметри
Елемент КкрT
МПакрp
азот 12
6
34
кисень 15
4
507
Ефективні діаметри молекул
Елем
ент
нмσ
азот 03
0
гелій 02
0
Префікси для утворення кратних одиниць
Префікс Позначення Числове
значення Префікс Позначення
Числове
значення
тера Т T 1012
піко п p 10-12
гіга Г G 109 нано н n 10
-9
мега М M 106 мікро мк micro 10
-6
кіло к k 103 мілі м m 10
-3
Одиниці довжини обrsquoєму тиску концентрації кількості
теплоти коефіцієнта дифузії використані в задачах (в СІ) 333 10111 мдмл minussdot== Нкгс 891 = Джкал 1941 =
мдм 1101 minus= мсм 2101 minus= 363 101 мсм minus= 363 101 мсм =minus
Памкгс 891 2 = ПаабомНсмкгс 242 10891 sdot=
Паммкгс 62 10891 sdot= Паатм 5100111 sdot= (фізична атмосфера)
44
Паат 5109801 sdot= (технічна атмосфера) смссм 101 242 minus=
45
Одиниці в яких вимірюються деякі фізичні величини (в СІ)
Робота енергія ЕА Дж
Кількість теплоти Q Дж
Потужність P або N Джс=Вт
Тиск р Па=Нм2
Молярна маса micro кгмоль
Концентрація п м-3
Теплоємність питома с ДжкгmiddotК
Теплоємність молярна С ДжмольmiddotК
Поверхневий натяг α Нм
Динамічна вrsquoязкість η Паmiddotс=Нmiddotсм2=кгмmiddotс
Коефіцієнт дифузії D м2с
Коефіцієнт теплопровідності κ ВтмmiddotК
Приріст ентропії S∆ ДжК
Сталі Ван-дер-Ваальса а та b Нmiddotм4моль
2 та м
3моль
5Література
1 Загальна фізика за редакцією Ковалець МО Орленка ВФ
Частина1 Інтерактивний комплекс навчально-методичного
забезпечення Рівне 2009
2 Волькенштейн ВС Сборник задач по общему курсу физики- М
ldquoНаукаrdquo1985-1989
3 Иродов ИЕ Задачи по общей физике-МrdquoНаукаrdquo 1982
4 Савельев ИВ Сборник вопросов и задач по общей физике-
МldquoНаукаrdquo1982
5 Чертов АГВоробьев АА Федоров МВ Задачник по физике -М
ldquoВысшая школаrdquo1988
6 Х Кухлинг Справочник по физике-М ldquoМирrdquo1985
30
( )(10656)(10671 2727 геліюкгmводнюкгmminusminus sdot=sdot= )
34 Визначити концентрацію n молекул ідеального газу при
температурі Т= 300 К і тиску р =1 МПа ( n=224sdot10 17 м
-3)
Основне рівняння молекулярно-кінетичної теорії газів
швидкості молекул
35 Тиск p газу дорівнює 1 мПа концентрація n його молекул рівна
310101 minussdot см Визначити 1) температуру Т газу 2) середню
кінетичну енергію ( )1кЕ поступального руху молекули
( 1) Т=725 кК 2) ( )1кЕ =15sdot10
-19 Дж)
36 Молекула кисню при нормальних умовах рухається зі швидкістю
425 мс Визначити кінетичну енергію молекули
( ( )1кЕ =48sdot10
-21Дж)
37 Визначити кінетичну енергію поступального руху молекули
аміаку а також повну кінетичну енергію молекул одного моля
аміаку при температурі 373 К ( ( )1кЕ =773sdot10
-21Дж Еk=932 Дж)
38 Визначити сумарну кінетичну енергію теплового руху всіх
молекул кисню (О2) що займають обrsquoєм V=55sdot10-3 м
3 при тиску
р=2026 кПа (Еk=279 кДж)
39 Густина деякого газу 3060 мкгρ = середня квадратична
швидкість його молекул смкв 500=υ Знайти тиск газу на стінки
посудини (5 кПа)
40 Газ займає обrsquoєм лV 1= під тиском атмр 2= Визначити
кінетичну енергію kE поступального руху всіх молекул в даному
обrsquoємі (03 кДж)
41 Кількість речовини деякого газу моль51=ν температура
КТ 120= Визначити кінетичну енергію kE поступального руху
всіх молекул цього газу (73 кДж)
31
42 При якій температурі середня кінетична енергія ( )1кЕ
поступального руху молекули газу рівна Дж2110144 minussdot
(200 К)
43 Посудина зі внутрішнім обrsquoємом лV 4= містить гm 60=
деякого газу під тиском атмр 2= Визначити середню
квадратичну швидкість молекул газу (2 103
см )
43 Середня квадратична швидкість руху молекул деякого газу що
перебуває під тиском 50 кПа дорівнює 449 мс Визначити
густину газу при цих умовах ( 37440 мкг=ρ )
44 При якій температурі середня квадратична швидкість молекул
кисню дорівнює швидкості молекул азоту при температурі 373 К
(Т = 426 К)
46 Знайти середню арифметичну швидкість молекул газу коли
відомо що середня квадратична швидкість 400 мс
( см370=υ )
47 Знайти найбільш імовірну та середню арифметичну швидкості
молекул газу густина якого при тиску 40 кПа дорівнює 03 кгм3
( імυ = 5164 мс υ = 6324 мс)
48 Знайти середню квадратичну швидкість молекул повітря при
температурі 17deg С Повітря вважати однорідним газом з молярною
масою 29sdot10-3 кгмоль ( 500=квυ мс)
49 Визначити середню квадратичну швидкість квυ молекул газу
масою гm 30= що знаходиться в посудині місткістю лV 2= під
тиском кПаp 200= (2sdot10 3 мс)
50 Знайти відношення середніх квадратичних швидкостей молекул
гелію та азоту при однакових температурах (265)
51 Знайти середню квадратичну квυ середню арифметичну υ та
найімовірнішу імυ швидкості молекул водню Обчислення
виконати для трьох значень температури 1) КТ 20=
2) КТ 300= 3) КТ 5000= ( 1) 500 мс 462мс 407 мс
2) 194 кмс 179 кмс 158 кмс 3) 790 кмс 730 кмс 648 кмс)
52 При якій температурі Т середня квадратична швидкість атомів
гелію буде дорівнювати другій космічній швидкості
скм2112 =υ (201 кК)
32
53 Знайти середню арифметичну швидкість υ молекул газу якщо їх
середня квадратична швидкість скмкв 1=υ (092 кмс)
54 Кінетична енергія поступального руху молекул азоту що
знаходиться в обrsquoємі 20 дм3 дорівнює 5 кДж а середня
квадратична швидкість його молекул рівна 2 кмс Знайти 1) масу
азоту в балоні 2) тиск під яким знаходиться азот
( 1) т=25sdot103 кг 2) р=167sdot10
5 Па)
55 Посудина що містить деяку масу одноатомного газу рухається зі
швидкістю u На скільки збільшиться середній квадрат швидкості
теплового руху молекул при зупинці посудини Теплоємність
теплопровідність і маса стінок посудини зникаюче малі
56 Обчислити кількість теплоти що необхідна для нагрівання повітря
від Т1= 273 К до Т2= 303 К при сталому тиску якщо спочатку воно
перебувало при нормальному тиску р1 і мало обrsquoєм V1=50 м3
(∆Q=1948 кДж)
57 Яка кількість теплоти необхідна для нагрівання одного моля
одноатомного газу на 1 К при сталому обrsquoємі (∆Q=124 кДж)
58 Балон місткістю 2sdot10-2
м3 з киснем що має тиск 1013 МПа і
температуру 280 К нагрівають до 300 К Яку кількість теплоти
дістає при цьому газ (∆Q=35 кДж)
59 Визначити кількість теплоти (∆Q) що необхідна для нагрівання
повітря від Т1= 273 К до Т2=298 К при сталому обrsquoємі V1=30 м3
якщо початковий тиск повітря р1 був нормальний
(∆Q=6957 кДж)
32 Термодинаміка Реальні гази
Внутрішня енергія робота розширення газу
перше начало термодинаміки
60 Чому дорівнює енергія теплового руху молекул двоатомного газу
що знаходиться в посудині місткістю 2 л під тиском 015 МПа
(U=750 Дж)
61 10 г кисню знаходяться під тиском 03 МПа при температурі 10degС
Після нагрівання при постійному тиску газ зайняв обrsquoєм 10 л
Знайти 1) кількість теплоти одержаної газом 2) зміну
33
внутрішньої енергії газу 3) роботу виконану газом при
розширенні ( 1) 792sdot103Дж 2) 5660 Дж 3) 226sdot10
3 Дж)
62 2 кмолі вуглекислого газу нагріваються при постійному тиску на
50degС Знайти 1) зміну його внутрішньої енергії 2) роботу
розширення 3) кількість теплоти наданої газу
( 1) 2500 Дж 2) 830 кДж 3) 3300 кДж)
63 Газ що займав обrsquoєм 5 л і знаходився під тиском 02 МПа при
температурі 17degС було нагріто внаслідок чого він ізобарно
розширився Робота розширення газу при цьому виявилася рівною
196 Дж Наскільки нагріто газ (57 К)
64 При ізотермічному розширенні 10 г азоту що знаходиться при
температурі 17degС було виконано роботу 860 Дж У скільки разів
змінився тиск азоту при розширенні (272)
65 1л гелію котрий знаходиться при нормальних умовах ізотермічно
розширюється за рахунок одержаної ззовні теплоти до обrsquoєму 2 л
Знайти 1) роботу виконану газом при розширенні 2) кількість
наданої газу теплоти ( 1) 70 Дж 2) 70 Дж )
66 1 кг двоатомного газу знаходиться під тиском 80 кПа і має
густину 34 мкг=ρ Знайти енергію теплового руху молекул газу
при цих умовах (5sdot104Дж)
67 У посудину в котрій міститься 28 л води при температурі 20degС
вкинули нагрітий до 460degС кусок сталі що має масу 3кг Від цього
вода в посудині нагрілася до 60degС а частина її перетворилася в
пару Визначити масу води котра випарувалася Теплоємністю
посудини знехтувати
68 Знайти для кисню відношення питомої теплоємності при сталому
тиску до питомої теплоємності при постійному обrsquoємі (14)
69 1 кмоль азоту який знаходився при нормальних умовах
розширюється адіабатно від обrsquoєму 1V до обrsquoєму 12 5VV =
Знайти1) зміну внутрішньої енергії газу 2) роботу виконану при
розширенні ( 1) 269 sdot10 6 Дж 2) 269 sdot10
6 Дж)
70 Повітря що при нормальному атмосферному тиску зайняло обrsquoєм
2sdot10-2
м3 адіабатно стискується до обrsquoєму 2sdot10
-3 м
3 Визначити
тиск повітря після стискання (р=254 МПа)
71 Знайти питомі теплоємності азоту та їхні відношення при сталому
обrsquoємі та сталому тиску ( КкДжкгcV sdot= 7420
КкгкДжcp sdot= 041 )
34
72 Знаючи молярну масу газу ( кгмольmicro 31044 minussdot= ) і відношення
питомих теплоємностей (γ=133) обчислити молярні теплоємності
Ср і СV ( СV=0566 кДжкгsdotК Ср=0754 кДжкгsdotК)
Теплоємність адіабатний процес
73 Різниця питомих теплоємностей Vp cc minus деякого двоатомного газу
дорівнює 260 Джкг К Знайти молярну масу micro газу і його питомі
теплоємності pc та cV
( micro=0032 молькг cV=650 ДжкгmiddotК pc =910 ДжкгmiddotК)
74 Молярна маса деякого газу мольг30=micro відношення
41=Vp cc Знайти питомі теплоємності pc і сV цього газу
( сV=693 ДжкгmiddotК pc =910 ДжкгsdotК )
75 До якої температури охолодиться повітря що знаходиться при
температурі 0degС якщо воно розширюється адіабатно від обrsquoєму 1V
до обrsquoєму 12 2VV = (207 К)
76 Газ розширюється адіабатно при цьому обrsquoєм його збільшується
вдвічі а температура падає в 132 рази Яке число ступенів
вільності мають молекули цього газу (5)
77 Чому дорівнюють питомі теплоємності pc і сV деякого
двоатомного газу якщо густина цього газу при нормальних
умовах дорівнює 143 кгм3 (сV=650 ДжкгmiddotК pc =910 ДжкгmiddotК)
78 Двоатомний газ займає обrsquoєм лV 501 = при тиску атмp 501 =
Газ стискується адіабатно до деякого обrsquoєму 2V і тиску 2p а
потім при постійному обrsquoємі 2V охолоджується до початкової
температури При цьому тиск його стає рівним атмp 10 =
Зобразити описаний процес графічно знайти обrsquoєм 2V і тиск 2p
(025 л 132 атм)
79 Газ розширюється адіабатно так що його тиск спадає від 2 атм
до 1 атм Потім він нагрівається при постійному обrsquoємі до
початкової температури причому його тиск зростає до 122 атм
35
Зобразити описаний процес графічно і визначити відношення
Vp cc газу (14)
Цикл Карно ентропія
80 Ідеальна теплова машина що працює за циклом Карно отримує за
кожний цикл від нагрівника 600 кал теплоти Температура
нагрівника 400 К температура холодильника 300 К Знайти
роботу що виконує машина за один цикл і кількість теплоти
котра віддається холодильнику за один цикл
( А=630 Дж Q2=1880 Дж)
81 Ідеальна теплова машина що працює за циклом Карно 23
теплоти одержаної від нагрівника передає холодильнику з
температурою 10degС Визначити температуру нагрівника (4245 К)
82 Ідеальна теплова машина працює за циклом Карно При цьому
80 теплоти одержаної від нагрівника передається
холодильнику Від нагрівника надходить за цикл 15 ккал теплоти
Знайти 1) ККД циклу 2) роботу виконану за цикл
( 1) 20 2) 126sdot103Дж)
83 Ідеальна теплова машина що працює за циклом Карно виконує
за один цикл роботу 735sdot 10 4 Дж Температура нагрівника 100
0 С
температура холодильника 00 С Знайти1) ККД машини
2) кількість теплоти одержаної машиною за один цикл від
нагрівника 3) кількість теплоти яка віддається за один цикл
холодильнику ( 1) 268 2) 274 sdot10 4 Дж 3) 126 sdot10
4 Дж)
84 Ідеальна теплова машина отримує від нагрівника температура
якого 500 К за один цикл 3360 Дж теплоти Знайти кількість
теплоти що передається за один цикл холодильнику температура
якого 400 К Знайти роботу машини за один цикл
(Q2= 2688 Дж А= 672 Дж)
85 Ідеальна теплова машина що працює за циклом Карно має
температуру нагрівника 600 К а холодильника 500 К У скільки
разів потрібно збільшити абсолютну температуру нагрівника щоб
ККД машини збільшився вдвічі (в 125)
86 Визначити ККД циклу і температуру нагрівника теплової
машини яка працює за циклом Карно якщо за рахунок 2 кДж
теплоти одержаної від нагрівника вона виконує роботу 400 Дж
Температура холодильника 480 К (20 600 К)
36
87 Знайти зміну ентропії при ізотермічному розширенні 6 г водню зі
зменшенням тиску від 01 МПа до 50 кПа (173 ДжК)
88 105 г азоту ізотермічно розширюються від обrsquoєму лV 21 = до
обrsquoєму лV 52 = Знайти приріст ентропії в цьому процесі
(29 ДжК)
89 10 г кисню нагріваються від Ct deg= 501 до Ct deg= 1502 Знайти зміну
ентропії якщо нагрівання відбувається 1) ізохорно 2) ізобарно
( 1) 176 ДжК 2) 246 ДжК )
90 У циклі Карно робочим тілом є двоатомний газ Визначити ККД
циклу якщо при адіабатичному розширенні обrsquoєм газу збільшився
від 80 до 102 дм3 (01 або 10)
91 05 кг розплавленого свинцю при температурі плавлення влили в
лід при 0degС Частина льоду розплавилася Знайти зміну ентропії
(50 ДжК)
Реальні гази явища перенесення
92 Знайти критичний молярний обrsquoєм азоту
93 Розрахувати густину кисню у критичному стані
94 Знайти середню довжину вільного пробігу атомів гелію в умовах
коли густина гелію 321 мг=ρ (18sdot10-6 м)
95 Знайти середню довжину вільного пробігу атомів азоту при
температурі 17 0 С і тиску 10
4 Па ( м610 minus=λ )
96 Знайти залежність середнього числа зіткнень молекул z ідеального
газу від тиску р в наступних процесах 1) ізохорному
2)ізотермічному Зобразити ці залежності на графіках
( pzpz asympasymp )2)1 )
97 У посудині знаходиться вуглекислий газ густина якого 321012 мкгminussdot=ρ середня довжина вільного пробігу його
молекул при цих умовах дорівнює см61097 minussdot=λ Знайти
діаметр молекул вуглекислого газу ( d =35sdot 10 -10
м )
37
98 Знайти діаметр молекули кисню якщо відомо що для кисню
коефіцієнт внутрішнього тертя при 0ordm С дорівнює
сПа sdotsdot= minus610818η ( d = 3middot10
-10 м)
99 Знайти динамічну вrsquoязкість азоту при нормальних умовах якщо
коефіцієнт дифузії для нього при цих умовах дорівнює
сcм21420 (η = 178sdot10-5 Паsdotс)
100 Знайти коефіцієнт теплопровідності водню якщо його
динамічна вrsquoязкість при таких самих умовах рівна смкПа sdot68
(0090 ВтмmiddotК)
101 Коефіцієнт дифузії і динамічної вrsquoязкість кисню дорівнюють
см2510221
minussdot та сПа sdotsdot= minus510951η відповідно Знайти при
цих умовах 1) густину кисню 2) середню довжину вільного
пробігу його молекул і 3) середню арифметичну швидкість його
молекул ( 1) 16 кгм3 2) 835sdot10
-8 м 3) 440 мс)
102 Знайти залежність коефіцієнта теплопровідності κ газу від
температури Т в умовах ізобарного та ізохорного процесів
Зобразити ці залежності графічно (1 κ~ Т 2 κ~ Т )
103 Зайти коефіцієнт дифузії при нормальних умовах 1)гелію
2)кисню ( 1) сcм2720 2) сcм2180 )
104 Коефіцієнт дифузії D кисню при температурі t=0ordmС дорівнює
019 см2с Визначити середню довжину вільного пробігу λ
молекул кисню ( λ =135 нм)
105 Визначити залежність коефіцієнта дифузії D ідеального газу від
температури при наступних процесах 1)ізобарному
2)ізохорному ( 1) D~ 3Т 2) D~ Т )
106 Визначити залежність динамічної вrsquoязкості η від температури Т
при наступних процесах 1)ізобарному 2) ізохорному Зобразити
ці залежності на графіках ( 1) η ~ Т 2) η ~ Т )
107 Знайти коефіцієнт дифузії та коефіцієнт внутрішнього тертя
повітря при тиску 760 мм рт ст і температурі 10ordmС Діаметр
молекули повітря прийняти 3middot10-1 м
(148middot10-5 м
2с 185middot10
- 5 Паsdotс)
108 У скільки разів коефіцієнт внутрішнього тертя кисню більший за
коефіцієнт внутрішнього тертя азоту Температура газів
однакова (107)
38
109 Знайти коефіцієнт теплопровідності повітря при температурі
10ordmС і тиску 105 Па Діаметр молекули повітря прийняти рівним
3middot10-8 см (132middot10
-3 ВтмmiddotК)
110 Знайти залежність коефіцієнта теплопровідностіκ від тиску р
при наступних процесах 1)ізотермічному 2)ізохоричному
Зобразити ці залежності на графіках
( 1) Не залежить 2) κ ~ р )
Таблиця для самостійної роботи
Варіанти
завдань
Номери задач
1 1 11 35 45 60 73 85 97
2 2 12 36 46 61 74 86 98
3 3 13 37 47 62 75 87 99
4 4 14 38 48 63 76 88 100
5 5 15 39 49 64 77 89 103
6 6 16 40 50 65 80 92 104
7 7 17 41 51 66 81 93 105
8 8 18 42 52 67 82 94 106
9 9 19 43 53 68 83 95 107
10 10 20 44 54 69 84 96 108
Задачі для усного розвrsquoязування
111 Під час накачування повітря в гумову камеру одночасно
збільшується його обrsquoєм і тиск Чи не суперечить це закону Бойля -
Маріотта
112 Чому влітку шини коліс автомобілів накачують повітрям до
меншого тиску ніж взимку
113 Якої форми необхідно взяти посудину щоб сила тиску на дно
дорівнювала вазі рідини Була більша Менша ваги рідини
39
114 У посудині наповненій до краю водою плаває кусок льоду Чи
виллється вода з посудини коли лід розтане
115 Дві кульки ndash мідна та алюмінієва зрівноважені на пружинних
терезах Чи порушиться рівновага терезів якщо кульки упустити у
воду
116 Чи можна перелити воду з однієї склянки в іншу знаходячись в
кабіні штучного супутника Землі
117 Повітря складається з азоту кисню та інших газів Чи однакова
кінетична енергія поступального руху молекул цих газів при даній
температурі
118 Якими способами можна змінити внутрішню енергію тіла
119 В якому випадку зміна тиску газу буде більшою при адіабатній
чи ізотермічній зміні обrsquoєму
120 Чому ізотермічне розширення газу відбувається тільки внаслідок
підведення до нього деякої кількості теплоти
121 Чому в дизелі нема потреби запалювати пальну суміш
електричною іскрою як це робиться в інших двигунах
122 Під час роботи пневматичний молот що працює за рахунок
енергії стиснутого повітря зовні обмерзає Яка причина охолодження
123 Після сильного шторму вода в морі стає теплішою Чому
124 Деяку масу ідеального газу нагрівають на однакову кількість
градусів один раз при сталому тиску а другий раз при сталому обrsquoємі
В якому випадку потрібна більша кількість теплоти Чому
125 Чому вода на дні океану залишається холодною в той час як по
мірі просування в глибину Землі на кожні 100 м температура
збільшується приблизно на 3deg
40
126 Чи може теплова машина мати ККД=100 якщо працюватиме за
ідеальним циклом
127 Чи можна створити умови за яких внутрішня енергія переходила
б від тіл з нижчою температурою до тіл з вищою температурою
128 Чи охолоне повітря в кімнаті якщо відчинити двері домашнього
холодильника ввімкнутого в мережу
129 Чому температура пари яка надходить у парову турбіну нижча
за температуру пари що виходить з неї
130 Накреслити криві ізобарного ізохорного ізотермічного процесів
на діаграмах залежності V T P T P V
131 Як пояснити утворення роси і туману
132 Коли і чому на дроті лінії електропередач зrsquoявляється іній
133 Обrsquoєм посудини в якій міститься насичена пара ізотермічно
збільшили в 5 разів Що сталося з тиском пари
134 Чому туман зrsquoявляється в вечірній час а зранку зникає
135 Чому після дощу стає холодніше Пояснити це явище
4 Довідкові дані
Фундаментальні фізичні сталі
Гравітаційна стала 221110676 кгмНG sdotsdot= minus
Прискорення вільного падіння 2см819=g
Стала Авогадро 12310026 minussdot= мольN A
Стала Больцмана КДжk2310381 minussdot=
Стала Лошмідта 3250 10692 minussdot= мn
Газова стала КмольДжR sdot= 3148
41
Молярний обrsquoєм ідеального газу
при ну мольмV
330 1041322 minussdot=
Густина деяких речовин
Речов
ина ρsdot10
3 (кгм
3) Речовина ρsdot10
3
(кгм3)
мідь 86 вода 100
залізо 79 гліцерин 126
свине
ць
113 касторове
масло
089
ртуть 136 повітря 000129
Молярні маси деяких речовин
Речовин
а
Молекул
а
micro10- 3
кгмоль Речовина
Молекул
а
micro10-3
кгмоль
Азот N2 28 Гелій Hе 4
Аргон Ar 40 Кисень О2 32
Неон Ne 20 Повітря - 29
Вода H2O 18 Ртуть Hg 201
Водень H2 2 Кухонна
сіль NaCl 58
Вуглекг CO2 44
Нормальні умови
КT 2730 = атмстртммПаp 176010011 50 ==sdot=
Питомі теплоємності для деяких речовин
Сталь КкгДжc sdot= 460
Свинець КкгДжс sdot= 126
Питома теплота плавлення свинцю КкгДж sdotsdot= 410262λ
42
Символи і відносні атомні маси деяких хімічних елементів
H He C N O Cu K Li Na
1 4 12 14 16 64 39 6 23
Деякі параметри води
питома теплота пароутворення при 100degС ndash кгМДжr 262=
питома теплоємність ndash КкгкДжс sdot= 194
питома теплота плавлення при 0degС ndash кгДж510353 sdot=λ
43
Критичні параметри
Елемент КкрT
МПакрp
азот 12
6
34
кисень 15
4
507
Ефективні діаметри молекул
Елем
ент
нмσ
азот 03
0
гелій 02
0
Префікси для утворення кратних одиниць
Префікс Позначення Числове
значення Префікс Позначення
Числове
значення
тера Т T 1012
піко п p 10-12
гіга Г G 109 нано н n 10
-9
мега М M 106 мікро мк micro 10
-6
кіло к k 103 мілі м m 10
-3
Одиниці довжини обrsquoєму тиску концентрації кількості
теплоти коефіцієнта дифузії використані в задачах (в СІ) 333 10111 мдмл minussdot== Нкгс 891 = Джкал 1941 =
мдм 1101 minus= мсм 2101 minus= 363 101 мсм minus= 363 101 мсм =minus
Памкгс 891 2 = ПаабомНсмкгс 242 10891 sdot=
Паммкгс 62 10891 sdot= Паатм 5100111 sdot= (фізична атмосфера)
44
Паат 5109801 sdot= (технічна атмосфера) смссм 101 242 minus=
45
Одиниці в яких вимірюються деякі фізичні величини (в СІ)
Робота енергія ЕА Дж
Кількість теплоти Q Дж
Потужність P або N Джс=Вт
Тиск р Па=Нм2
Молярна маса micro кгмоль
Концентрація п м-3
Теплоємність питома с ДжкгmiddotК
Теплоємність молярна С ДжмольmiddotК
Поверхневий натяг α Нм
Динамічна вrsquoязкість η Паmiddotс=Нmiddotсм2=кгмmiddotс
Коефіцієнт дифузії D м2с
Коефіцієнт теплопровідності κ ВтмmiddotК
Приріст ентропії S∆ ДжК
Сталі Ван-дер-Ваальса а та b Нmiddotм4моль
2 та м
3моль
5Література
1 Загальна фізика за редакцією Ковалець МО Орленка ВФ
Частина1 Інтерактивний комплекс навчально-методичного
забезпечення Рівне 2009
2 Волькенштейн ВС Сборник задач по общему курсу физики- М
ldquoНаукаrdquo1985-1989
3 Иродов ИЕ Задачи по общей физике-МrdquoНаукаrdquo 1982
4 Савельев ИВ Сборник вопросов и задач по общей физике-
МldquoНаукаrdquo1982
5 Чертов АГВоробьев АА Федоров МВ Задачник по физике -М
ldquoВысшая школаrdquo1988
6 Х Кухлинг Справочник по физике-М ldquoМирrdquo1985
31
42 При якій температурі середня кінетична енергія ( )1кЕ
поступального руху молекули газу рівна Дж2110144 minussdot
(200 К)
43 Посудина зі внутрішнім обrsquoємом лV 4= містить гm 60=
деякого газу під тиском атмр 2= Визначити середню
квадратичну швидкість молекул газу (2 103
см )
43 Середня квадратична швидкість руху молекул деякого газу що
перебуває під тиском 50 кПа дорівнює 449 мс Визначити
густину газу при цих умовах ( 37440 мкг=ρ )
44 При якій температурі середня квадратична швидкість молекул
кисню дорівнює швидкості молекул азоту при температурі 373 К
(Т = 426 К)
46 Знайти середню арифметичну швидкість молекул газу коли
відомо що середня квадратична швидкість 400 мс
( см370=υ )
47 Знайти найбільш імовірну та середню арифметичну швидкості
молекул газу густина якого при тиску 40 кПа дорівнює 03 кгм3
( імυ = 5164 мс υ = 6324 мс)
48 Знайти середню квадратичну швидкість молекул повітря при
температурі 17deg С Повітря вважати однорідним газом з молярною
масою 29sdot10-3 кгмоль ( 500=квυ мс)
49 Визначити середню квадратичну швидкість квυ молекул газу
масою гm 30= що знаходиться в посудині місткістю лV 2= під
тиском кПаp 200= (2sdot10 3 мс)
50 Знайти відношення середніх квадратичних швидкостей молекул
гелію та азоту при однакових температурах (265)
51 Знайти середню квадратичну квυ середню арифметичну υ та
найімовірнішу імυ швидкості молекул водню Обчислення
виконати для трьох значень температури 1) КТ 20=
2) КТ 300= 3) КТ 5000= ( 1) 500 мс 462мс 407 мс
2) 194 кмс 179 кмс 158 кмс 3) 790 кмс 730 кмс 648 кмс)
52 При якій температурі Т середня квадратична швидкість атомів
гелію буде дорівнювати другій космічній швидкості
скм2112 =υ (201 кК)
32
53 Знайти середню арифметичну швидкість υ молекул газу якщо їх
середня квадратична швидкість скмкв 1=υ (092 кмс)
54 Кінетична енергія поступального руху молекул азоту що
знаходиться в обrsquoємі 20 дм3 дорівнює 5 кДж а середня
квадратична швидкість його молекул рівна 2 кмс Знайти 1) масу
азоту в балоні 2) тиск під яким знаходиться азот
( 1) т=25sdot103 кг 2) р=167sdot10
5 Па)
55 Посудина що містить деяку масу одноатомного газу рухається зі
швидкістю u На скільки збільшиться середній квадрат швидкості
теплового руху молекул при зупинці посудини Теплоємність
теплопровідність і маса стінок посудини зникаюче малі
56 Обчислити кількість теплоти що необхідна для нагрівання повітря
від Т1= 273 К до Т2= 303 К при сталому тиску якщо спочатку воно
перебувало при нормальному тиску р1 і мало обrsquoєм V1=50 м3
(∆Q=1948 кДж)
57 Яка кількість теплоти необхідна для нагрівання одного моля
одноатомного газу на 1 К при сталому обrsquoємі (∆Q=124 кДж)
58 Балон місткістю 2sdot10-2
м3 з киснем що має тиск 1013 МПа і
температуру 280 К нагрівають до 300 К Яку кількість теплоти
дістає при цьому газ (∆Q=35 кДж)
59 Визначити кількість теплоти (∆Q) що необхідна для нагрівання
повітря від Т1= 273 К до Т2=298 К при сталому обrsquoємі V1=30 м3
якщо початковий тиск повітря р1 був нормальний
(∆Q=6957 кДж)
32 Термодинаміка Реальні гази
Внутрішня енергія робота розширення газу
перше начало термодинаміки
60 Чому дорівнює енергія теплового руху молекул двоатомного газу
що знаходиться в посудині місткістю 2 л під тиском 015 МПа
(U=750 Дж)
61 10 г кисню знаходяться під тиском 03 МПа при температурі 10degС
Після нагрівання при постійному тиску газ зайняв обrsquoєм 10 л
Знайти 1) кількість теплоти одержаної газом 2) зміну
33
внутрішньої енергії газу 3) роботу виконану газом при
розширенні ( 1) 792sdot103Дж 2) 5660 Дж 3) 226sdot10
3 Дж)
62 2 кмолі вуглекислого газу нагріваються при постійному тиску на
50degС Знайти 1) зміну його внутрішньої енергії 2) роботу
розширення 3) кількість теплоти наданої газу
( 1) 2500 Дж 2) 830 кДж 3) 3300 кДж)
63 Газ що займав обrsquoєм 5 л і знаходився під тиском 02 МПа при
температурі 17degС було нагріто внаслідок чого він ізобарно
розширився Робота розширення газу при цьому виявилася рівною
196 Дж Наскільки нагріто газ (57 К)
64 При ізотермічному розширенні 10 г азоту що знаходиться при
температурі 17degС було виконано роботу 860 Дж У скільки разів
змінився тиск азоту при розширенні (272)
65 1л гелію котрий знаходиться при нормальних умовах ізотермічно
розширюється за рахунок одержаної ззовні теплоти до обrsquoєму 2 л
Знайти 1) роботу виконану газом при розширенні 2) кількість
наданої газу теплоти ( 1) 70 Дж 2) 70 Дж )
66 1 кг двоатомного газу знаходиться під тиском 80 кПа і має
густину 34 мкг=ρ Знайти енергію теплового руху молекул газу
при цих умовах (5sdot104Дж)
67 У посудину в котрій міститься 28 л води при температурі 20degС
вкинули нагрітий до 460degС кусок сталі що має масу 3кг Від цього
вода в посудині нагрілася до 60degС а частина її перетворилася в
пару Визначити масу води котра випарувалася Теплоємністю
посудини знехтувати
68 Знайти для кисню відношення питомої теплоємності при сталому
тиску до питомої теплоємності при постійному обrsquoємі (14)
69 1 кмоль азоту який знаходився при нормальних умовах
розширюється адіабатно від обrsquoєму 1V до обrsquoєму 12 5VV =
Знайти1) зміну внутрішньої енергії газу 2) роботу виконану при
розширенні ( 1) 269 sdot10 6 Дж 2) 269 sdot10
6 Дж)
70 Повітря що при нормальному атмосферному тиску зайняло обrsquoєм
2sdot10-2
м3 адіабатно стискується до обrsquoєму 2sdot10
-3 м
3 Визначити
тиск повітря після стискання (р=254 МПа)
71 Знайти питомі теплоємності азоту та їхні відношення при сталому
обrsquoємі та сталому тиску ( КкДжкгcV sdot= 7420
КкгкДжcp sdot= 041 )
34
72 Знаючи молярну масу газу ( кгмольmicro 31044 minussdot= ) і відношення
питомих теплоємностей (γ=133) обчислити молярні теплоємності
Ср і СV ( СV=0566 кДжкгsdotК Ср=0754 кДжкгsdotК)
Теплоємність адіабатний процес
73 Різниця питомих теплоємностей Vp cc minus деякого двоатомного газу
дорівнює 260 Джкг К Знайти молярну масу micro газу і його питомі
теплоємності pc та cV
( micro=0032 молькг cV=650 ДжкгmiddotК pc =910 ДжкгmiddotК)
74 Молярна маса деякого газу мольг30=micro відношення
41=Vp cc Знайти питомі теплоємності pc і сV цього газу
( сV=693 ДжкгmiddotК pc =910 ДжкгsdotК )
75 До якої температури охолодиться повітря що знаходиться при
температурі 0degС якщо воно розширюється адіабатно від обrsquoєму 1V
до обrsquoєму 12 2VV = (207 К)
76 Газ розширюється адіабатно при цьому обrsquoєм його збільшується
вдвічі а температура падає в 132 рази Яке число ступенів
вільності мають молекули цього газу (5)
77 Чому дорівнюють питомі теплоємності pc і сV деякого
двоатомного газу якщо густина цього газу при нормальних
умовах дорівнює 143 кгм3 (сV=650 ДжкгmiddotК pc =910 ДжкгmiddotК)
78 Двоатомний газ займає обrsquoєм лV 501 = при тиску атмp 501 =
Газ стискується адіабатно до деякого обrsquoєму 2V і тиску 2p а
потім при постійному обrsquoємі 2V охолоджується до початкової
температури При цьому тиск його стає рівним атмp 10 =
Зобразити описаний процес графічно знайти обrsquoєм 2V і тиск 2p
(025 л 132 атм)
79 Газ розширюється адіабатно так що його тиск спадає від 2 атм
до 1 атм Потім він нагрівається при постійному обrsquoємі до
початкової температури причому його тиск зростає до 122 атм
35
Зобразити описаний процес графічно і визначити відношення
Vp cc газу (14)
Цикл Карно ентропія
80 Ідеальна теплова машина що працює за циклом Карно отримує за
кожний цикл від нагрівника 600 кал теплоти Температура
нагрівника 400 К температура холодильника 300 К Знайти
роботу що виконує машина за один цикл і кількість теплоти
котра віддається холодильнику за один цикл
( А=630 Дж Q2=1880 Дж)
81 Ідеальна теплова машина що працює за циклом Карно 23
теплоти одержаної від нагрівника передає холодильнику з
температурою 10degС Визначити температуру нагрівника (4245 К)
82 Ідеальна теплова машина працює за циклом Карно При цьому
80 теплоти одержаної від нагрівника передається
холодильнику Від нагрівника надходить за цикл 15 ккал теплоти
Знайти 1) ККД циклу 2) роботу виконану за цикл
( 1) 20 2) 126sdot103Дж)
83 Ідеальна теплова машина що працює за циклом Карно виконує
за один цикл роботу 735sdot 10 4 Дж Температура нагрівника 100
0 С
температура холодильника 00 С Знайти1) ККД машини
2) кількість теплоти одержаної машиною за один цикл від
нагрівника 3) кількість теплоти яка віддається за один цикл
холодильнику ( 1) 268 2) 274 sdot10 4 Дж 3) 126 sdot10
4 Дж)
84 Ідеальна теплова машина отримує від нагрівника температура
якого 500 К за один цикл 3360 Дж теплоти Знайти кількість
теплоти що передається за один цикл холодильнику температура
якого 400 К Знайти роботу машини за один цикл
(Q2= 2688 Дж А= 672 Дж)
85 Ідеальна теплова машина що працює за циклом Карно має
температуру нагрівника 600 К а холодильника 500 К У скільки
разів потрібно збільшити абсолютну температуру нагрівника щоб
ККД машини збільшився вдвічі (в 125)
86 Визначити ККД циклу і температуру нагрівника теплової
машини яка працює за циклом Карно якщо за рахунок 2 кДж
теплоти одержаної від нагрівника вона виконує роботу 400 Дж
Температура холодильника 480 К (20 600 К)
36
87 Знайти зміну ентропії при ізотермічному розширенні 6 г водню зі
зменшенням тиску від 01 МПа до 50 кПа (173 ДжК)
88 105 г азоту ізотермічно розширюються від обrsquoєму лV 21 = до
обrsquoєму лV 52 = Знайти приріст ентропії в цьому процесі
(29 ДжК)
89 10 г кисню нагріваються від Ct deg= 501 до Ct deg= 1502 Знайти зміну
ентропії якщо нагрівання відбувається 1) ізохорно 2) ізобарно
( 1) 176 ДжК 2) 246 ДжК )
90 У циклі Карно робочим тілом є двоатомний газ Визначити ККД
циклу якщо при адіабатичному розширенні обrsquoєм газу збільшився
від 80 до 102 дм3 (01 або 10)
91 05 кг розплавленого свинцю при температурі плавлення влили в
лід при 0degС Частина льоду розплавилася Знайти зміну ентропії
(50 ДжК)
Реальні гази явища перенесення
92 Знайти критичний молярний обrsquoєм азоту
93 Розрахувати густину кисню у критичному стані
94 Знайти середню довжину вільного пробігу атомів гелію в умовах
коли густина гелію 321 мг=ρ (18sdot10-6 м)
95 Знайти середню довжину вільного пробігу атомів азоту при
температурі 17 0 С і тиску 10
4 Па ( м610 minus=λ )
96 Знайти залежність середнього числа зіткнень молекул z ідеального
газу від тиску р в наступних процесах 1) ізохорному
2)ізотермічному Зобразити ці залежності на графіках
( pzpz asympasymp )2)1 )
97 У посудині знаходиться вуглекислий газ густина якого 321012 мкгminussdot=ρ середня довжина вільного пробігу його
молекул при цих умовах дорівнює см61097 minussdot=λ Знайти
діаметр молекул вуглекислого газу ( d =35sdot 10 -10
м )
37
98 Знайти діаметр молекули кисню якщо відомо що для кисню
коефіцієнт внутрішнього тертя при 0ordm С дорівнює
сПа sdotsdot= minus610818η ( d = 3middot10
-10 м)
99 Знайти динамічну вrsquoязкість азоту при нормальних умовах якщо
коефіцієнт дифузії для нього при цих умовах дорівнює
сcм21420 (η = 178sdot10-5 Паsdotс)
100 Знайти коефіцієнт теплопровідності водню якщо його
динамічна вrsquoязкість при таких самих умовах рівна смкПа sdot68
(0090 ВтмmiddotК)
101 Коефіцієнт дифузії і динамічної вrsquoязкість кисню дорівнюють
см2510221
minussdot та сПа sdotsdot= minus510951η відповідно Знайти при
цих умовах 1) густину кисню 2) середню довжину вільного
пробігу його молекул і 3) середню арифметичну швидкість його
молекул ( 1) 16 кгм3 2) 835sdot10
-8 м 3) 440 мс)
102 Знайти залежність коефіцієнта теплопровідності κ газу від
температури Т в умовах ізобарного та ізохорного процесів
Зобразити ці залежності графічно (1 κ~ Т 2 κ~ Т )
103 Зайти коефіцієнт дифузії при нормальних умовах 1)гелію
2)кисню ( 1) сcм2720 2) сcм2180 )
104 Коефіцієнт дифузії D кисню при температурі t=0ordmС дорівнює
019 см2с Визначити середню довжину вільного пробігу λ
молекул кисню ( λ =135 нм)
105 Визначити залежність коефіцієнта дифузії D ідеального газу від
температури при наступних процесах 1)ізобарному
2)ізохорному ( 1) D~ 3Т 2) D~ Т )
106 Визначити залежність динамічної вrsquoязкості η від температури Т
при наступних процесах 1)ізобарному 2) ізохорному Зобразити
ці залежності на графіках ( 1) η ~ Т 2) η ~ Т )
107 Знайти коефіцієнт дифузії та коефіцієнт внутрішнього тертя
повітря при тиску 760 мм рт ст і температурі 10ordmС Діаметр
молекули повітря прийняти 3middot10-1 м
(148middot10-5 м
2с 185middot10
- 5 Паsdotс)
108 У скільки разів коефіцієнт внутрішнього тертя кисню більший за
коефіцієнт внутрішнього тертя азоту Температура газів
однакова (107)
38
109 Знайти коефіцієнт теплопровідності повітря при температурі
10ordmС і тиску 105 Па Діаметр молекули повітря прийняти рівним
3middot10-8 см (132middot10
-3 ВтмmiddotК)
110 Знайти залежність коефіцієнта теплопровідностіκ від тиску р
при наступних процесах 1)ізотермічному 2)ізохоричному
Зобразити ці залежності на графіках
( 1) Не залежить 2) κ ~ р )
Таблиця для самостійної роботи
Варіанти
завдань
Номери задач
1 1 11 35 45 60 73 85 97
2 2 12 36 46 61 74 86 98
3 3 13 37 47 62 75 87 99
4 4 14 38 48 63 76 88 100
5 5 15 39 49 64 77 89 103
6 6 16 40 50 65 80 92 104
7 7 17 41 51 66 81 93 105
8 8 18 42 52 67 82 94 106
9 9 19 43 53 68 83 95 107
10 10 20 44 54 69 84 96 108
Задачі для усного розвrsquoязування
111 Під час накачування повітря в гумову камеру одночасно
збільшується його обrsquoєм і тиск Чи не суперечить це закону Бойля -
Маріотта
112 Чому влітку шини коліс автомобілів накачують повітрям до
меншого тиску ніж взимку
113 Якої форми необхідно взяти посудину щоб сила тиску на дно
дорівнювала вазі рідини Була більша Менша ваги рідини
39
114 У посудині наповненій до краю водою плаває кусок льоду Чи
виллється вода з посудини коли лід розтане
115 Дві кульки ndash мідна та алюмінієва зрівноважені на пружинних
терезах Чи порушиться рівновага терезів якщо кульки упустити у
воду
116 Чи можна перелити воду з однієї склянки в іншу знаходячись в
кабіні штучного супутника Землі
117 Повітря складається з азоту кисню та інших газів Чи однакова
кінетична енергія поступального руху молекул цих газів при даній
температурі
118 Якими способами можна змінити внутрішню енергію тіла
119 В якому випадку зміна тиску газу буде більшою при адіабатній
чи ізотермічній зміні обrsquoєму
120 Чому ізотермічне розширення газу відбувається тільки внаслідок
підведення до нього деякої кількості теплоти
121 Чому в дизелі нема потреби запалювати пальну суміш
електричною іскрою як це робиться в інших двигунах
122 Під час роботи пневматичний молот що працює за рахунок
енергії стиснутого повітря зовні обмерзає Яка причина охолодження
123 Після сильного шторму вода в морі стає теплішою Чому
124 Деяку масу ідеального газу нагрівають на однакову кількість
градусів один раз при сталому тиску а другий раз при сталому обrsquoємі
В якому випадку потрібна більша кількість теплоти Чому
125 Чому вода на дні океану залишається холодною в той час як по
мірі просування в глибину Землі на кожні 100 м температура
збільшується приблизно на 3deg
40
126 Чи може теплова машина мати ККД=100 якщо працюватиме за
ідеальним циклом
127 Чи можна створити умови за яких внутрішня енергія переходила
б від тіл з нижчою температурою до тіл з вищою температурою
128 Чи охолоне повітря в кімнаті якщо відчинити двері домашнього
холодильника ввімкнутого в мережу
129 Чому температура пари яка надходить у парову турбіну нижча
за температуру пари що виходить з неї
130 Накреслити криві ізобарного ізохорного ізотермічного процесів
на діаграмах залежності V T P T P V
131 Як пояснити утворення роси і туману
132 Коли і чому на дроті лінії електропередач зrsquoявляється іній
133 Обrsquoєм посудини в якій міститься насичена пара ізотермічно
збільшили в 5 разів Що сталося з тиском пари
134 Чому туман зrsquoявляється в вечірній час а зранку зникає
135 Чому після дощу стає холодніше Пояснити це явище
4 Довідкові дані
Фундаментальні фізичні сталі
Гравітаційна стала 221110676 кгмНG sdotsdot= minus
Прискорення вільного падіння 2см819=g
Стала Авогадро 12310026 minussdot= мольN A
Стала Больцмана КДжk2310381 minussdot=
Стала Лошмідта 3250 10692 minussdot= мn
Газова стала КмольДжR sdot= 3148
41
Молярний обrsquoєм ідеального газу
при ну мольмV
330 1041322 minussdot=
Густина деяких речовин
Речов
ина ρsdot10
3 (кгм
3) Речовина ρsdot10
3
(кгм3)
мідь 86 вода 100
залізо 79 гліцерин 126
свине
ць
113 касторове
масло
089
ртуть 136 повітря 000129
Молярні маси деяких речовин
Речовин
а
Молекул
а
micro10- 3
кгмоль Речовина
Молекул
а
micro10-3
кгмоль
Азот N2 28 Гелій Hе 4
Аргон Ar 40 Кисень О2 32
Неон Ne 20 Повітря - 29
Вода H2O 18 Ртуть Hg 201
Водень H2 2 Кухонна
сіль NaCl 58
Вуглекг CO2 44
Нормальні умови
КT 2730 = атмстртммПаp 176010011 50 ==sdot=
Питомі теплоємності для деяких речовин
Сталь КкгДжc sdot= 460
Свинець КкгДжс sdot= 126
Питома теплота плавлення свинцю КкгДж sdotsdot= 410262λ
42
Символи і відносні атомні маси деяких хімічних елементів
H He C N O Cu K Li Na
1 4 12 14 16 64 39 6 23
Деякі параметри води
питома теплота пароутворення при 100degС ndash кгМДжr 262=
питома теплоємність ndash КкгкДжс sdot= 194
питома теплота плавлення при 0degС ndash кгДж510353 sdot=λ
43
Критичні параметри
Елемент КкрT
МПакрp
азот 12
6
34
кисень 15
4
507
Ефективні діаметри молекул
Елем
ент
нмσ
азот 03
0
гелій 02
0
Префікси для утворення кратних одиниць
Префікс Позначення Числове
значення Префікс Позначення
Числове
значення
тера Т T 1012
піко п p 10-12
гіга Г G 109 нано н n 10
-9
мега М M 106 мікро мк micro 10
-6
кіло к k 103 мілі м m 10
-3
Одиниці довжини обrsquoєму тиску концентрації кількості
теплоти коефіцієнта дифузії використані в задачах (в СІ) 333 10111 мдмл minussdot== Нкгс 891 = Джкал 1941 =
мдм 1101 minus= мсм 2101 minus= 363 101 мсм minus= 363 101 мсм =minus
Памкгс 891 2 = ПаабомНсмкгс 242 10891 sdot=
Паммкгс 62 10891 sdot= Паатм 5100111 sdot= (фізична атмосфера)
44
Паат 5109801 sdot= (технічна атмосфера) смссм 101 242 minus=
45
Одиниці в яких вимірюються деякі фізичні величини (в СІ)
Робота енергія ЕА Дж
Кількість теплоти Q Дж
Потужність P або N Джс=Вт
Тиск р Па=Нм2
Молярна маса micro кгмоль
Концентрація п м-3
Теплоємність питома с ДжкгmiddotК
Теплоємність молярна С ДжмольmiddotК
Поверхневий натяг α Нм
Динамічна вrsquoязкість η Паmiddotс=Нmiddotсм2=кгмmiddotс
Коефіцієнт дифузії D м2с
Коефіцієнт теплопровідності κ ВтмmiddotК
Приріст ентропії S∆ ДжК
Сталі Ван-дер-Ваальса а та b Нmiddotм4моль
2 та м
3моль
5Література
1 Загальна фізика за редакцією Ковалець МО Орленка ВФ
Частина1 Інтерактивний комплекс навчально-методичного
забезпечення Рівне 2009
2 Волькенштейн ВС Сборник задач по общему курсу физики- М
ldquoНаукаrdquo1985-1989
3 Иродов ИЕ Задачи по общей физике-МrdquoНаукаrdquo 1982
4 Савельев ИВ Сборник вопросов и задач по общей физике-
МldquoНаукаrdquo1982
5 Чертов АГВоробьев АА Федоров МВ Задачник по физике -М
ldquoВысшая школаrdquo1988
6 Х Кухлинг Справочник по физике-М ldquoМирrdquo1985
32
53 Знайти середню арифметичну швидкість υ молекул газу якщо їх
середня квадратична швидкість скмкв 1=υ (092 кмс)
54 Кінетична енергія поступального руху молекул азоту що
знаходиться в обrsquoємі 20 дм3 дорівнює 5 кДж а середня
квадратична швидкість його молекул рівна 2 кмс Знайти 1) масу
азоту в балоні 2) тиск під яким знаходиться азот
( 1) т=25sdot103 кг 2) р=167sdot10
5 Па)
55 Посудина що містить деяку масу одноатомного газу рухається зі
швидкістю u На скільки збільшиться середній квадрат швидкості
теплового руху молекул при зупинці посудини Теплоємність
теплопровідність і маса стінок посудини зникаюче малі
56 Обчислити кількість теплоти що необхідна для нагрівання повітря
від Т1= 273 К до Т2= 303 К при сталому тиску якщо спочатку воно
перебувало при нормальному тиску р1 і мало обrsquoєм V1=50 м3
(∆Q=1948 кДж)
57 Яка кількість теплоти необхідна для нагрівання одного моля
одноатомного газу на 1 К при сталому обrsquoємі (∆Q=124 кДж)
58 Балон місткістю 2sdot10-2
м3 з киснем що має тиск 1013 МПа і
температуру 280 К нагрівають до 300 К Яку кількість теплоти
дістає при цьому газ (∆Q=35 кДж)
59 Визначити кількість теплоти (∆Q) що необхідна для нагрівання
повітря від Т1= 273 К до Т2=298 К при сталому обrsquoємі V1=30 м3
якщо початковий тиск повітря р1 був нормальний
(∆Q=6957 кДж)
32 Термодинаміка Реальні гази
Внутрішня енергія робота розширення газу
перше начало термодинаміки
60 Чому дорівнює енергія теплового руху молекул двоатомного газу
що знаходиться в посудині місткістю 2 л під тиском 015 МПа
(U=750 Дж)
61 10 г кисню знаходяться під тиском 03 МПа при температурі 10degС
Після нагрівання при постійному тиску газ зайняв обrsquoєм 10 л
Знайти 1) кількість теплоти одержаної газом 2) зміну
33
внутрішньої енергії газу 3) роботу виконану газом при
розширенні ( 1) 792sdot103Дж 2) 5660 Дж 3) 226sdot10
3 Дж)
62 2 кмолі вуглекислого газу нагріваються при постійному тиску на
50degС Знайти 1) зміну його внутрішньої енергії 2) роботу
розширення 3) кількість теплоти наданої газу
( 1) 2500 Дж 2) 830 кДж 3) 3300 кДж)
63 Газ що займав обrsquoєм 5 л і знаходився під тиском 02 МПа при
температурі 17degС було нагріто внаслідок чого він ізобарно
розширився Робота розширення газу при цьому виявилася рівною
196 Дж Наскільки нагріто газ (57 К)
64 При ізотермічному розширенні 10 г азоту що знаходиться при
температурі 17degС було виконано роботу 860 Дж У скільки разів
змінився тиск азоту при розширенні (272)
65 1л гелію котрий знаходиться при нормальних умовах ізотермічно
розширюється за рахунок одержаної ззовні теплоти до обrsquoєму 2 л
Знайти 1) роботу виконану газом при розширенні 2) кількість
наданої газу теплоти ( 1) 70 Дж 2) 70 Дж )
66 1 кг двоатомного газу знаходиться під тиском 80 кПа і має
густину 34 мкг=ρ Знайти енергію теплового руху молекул газу
при цих умовах (5sdot104Дж)
67 У посудину в котрій міститься 28 л води при температурі 20degС
вкинули нагрітий до 460degС кусок сталі що має масу 3кг Від цього
вода в посудині нагрілася до 60degС а частина її перетворилася в
пару Визначити масу води котра випарувалася Теплоємністю
посудини знехтувати
68 Знайти для кисню відношення питомої теплоємності при сталому
тиску до питомої теплоємності при постійному обrsquoємі (14)
69 1 кмоль азоту який знаходився при нормальних умовах
розширюється адіабатно від обrsquoєму 1V до обrsquoєму 12 5VV =
Знайти1) зміну внутрішньої енергії газу 2) роботу виконану при
розширенні ( 1) 269 sdot10 6 Дж 2) 269 sdot10
6 Дж)
70 Повітря що при нормальному атмосферному тиску зайняло обrsquoєм
2sdot10-2
м3 адіабатно стискується до обrsquoєму 2sdot10
-3 м
3 Визначити
тиск повітря після стискання (р=254 МПа)
71 Знайти питомі теплоємності азоту та їхні відношення при сталому
обrsquoємі та сталому тиску ( КкДжкгcV sdot= 7420
КкгкДжcp sdot= 041 )
34
72 Знаючи молярну масу газу ( кгмольmicro 31044 minussdot= ) і відношення
питомих теплоємностей (γ=133) обчислити молярні теплоємності
Ср і СV ( СV=0566 кДжкгsdotК Ср=0754 кДжкгsdotК)
Теплоємність адіабатний процес
73 Різниця питомих теплоємностей Vp cc minus деякого двоатомного газу
дорівнює 260 Джкг К Знайти молярну масу micro газу і його питомі
теплоємності pc та cV
( micro=0032 молькг cV=650 ДжкгmiddotК pc =910 ДжкгmiddotК)
74 Молярна маса деякого газу мольг30=micro відношення
41=Vp cc Знайти питомі теплоємності pc і сV цього газу
( сV=693 ДжкгmiddotК pc =910 ДжкгsdotК )
75 До якої температури охолодиться повітря що знаходиться при
температурі 0degС якщо воно розширюється адіабатно від обrsquoєму 1V
до обrsquoєму 12 2VV = (207 К)
76 Газ розширюється адіабатно при цьому обrsquoєм його збільшується
вдвічі а температура падає в 132 рази Яке число ступенів
вільності мають молекули цього газу (5)
77 Чому дорівнюють питомі теплоємності pc і сV деякого
двоатомного газу якщо густина цього газу при нормальних
умовах дорівнює 143 кгм3 (сV=650 ДжкгmiddotК pc =910 ДжкгmiddotК)
78 Двоатомний газ займає обrsquoєм лV 501 = при тиску атмp 501 =
Газ стискується адіабатно до деякого обrsquoєму 2V і тиску 2p а
потім при постійному обrsquoємі 2V охолоджується до початкової
температури При цьому тиск його стає рівним атмp 10 =
Зобразити описаний процес графічно знайти обrsquoєм 2V і тиск 2p
(025 л 132 атм)
79 Газ розширюється адіабатно так що його тиск спадає від 2 атм
до 1 атм Потім він нагрівається при постійному обrsquoємі до
початкової температури причому його тиск зростає до 122 атм
35
Зобразити описаний процес графічно і визначити відношення
Vp cc газу (14)
Цикл Карно ентропія
80 Ідеальна теплова машина що працює за циклом Карно отримує за
кожний цикл від нагрівника 600 кал теплоти Температура
нагрівника 400 К температура холодильника 300 К Знайти
роботу що виконує машина за один цикл і кількість теплоти
котра віддається холодильнику за один цикл
( А=630 Дж Q2=1880 Дж)
81 Ідеальна теплова машина що працює за циклом Карно 23
теплоти одержаної від нагрівника передає холодильнику з
температурою 10degС Визначити температуру нагрівника (4245 К)
82 Ідеальна теплова машина працює за циклом Карно При цьому
80 теплоти одержаної від нагрівника передається
холодильнику Від нагрівника надходить за цикл 15 ккал теплоти
Знайти 1) ККД циклу 2) роботу виконану за цикл
( 1) 20 2) 126sdot103Дж)
83 Ідеальна теплова машина що працює за циклом Карно виконує
за один цикл роботу 735sdot 10 4 Дж Температура нагрівника 100
0 С
температура холодильника 00 С Знайти1) ККД машини
2) кількість теплоти одержаної машиною за один цикл від
нагрівника 3) кількість теплоти яка віддається за один цикл
холодильнику ( 1) 268 2) 274 sdot10 4 Дж 3) 126 sdot10
4 Дж)
84 Ідеальна теплова машина отримує від нагрівника температура
якого 500 К за один цикл 3360 Дж теплоти Знайти кількість
теплоти що передається за один цикл холодильнику температура
якого 400 К Знайти роботу машини за один цикл
(Q2= 2688 Дж А= 672 Дж)
85 Ідеальна теплова машина що працює за циклом Карно має
температуру нагрівника 600 К а холодильника 500 К У скільки
разів потрібно збільшити абсолютну температуру нагрівника щоб
ККД машини збільшився вдвічі (в 125)
86 Визначити ККД циклу і температуру нагрівника теплової
машини яка працює за циклом Карно якщо за рахунок 2 кДж
теплоти одержаної від нагрівника вона виконує роботу 400 Дж
Температура холодильника 480 К (20 600 К)
36
87 Знайти зміну ентропії при ізотермічному розширенні 6 г водню зі
зменшенням тиску від 01 МПа до 50 кПа (173 ДжК)
88 105 г азоту ізотермічно розширюються від обrsquoєму лV 21 = до
обrsquoєму лV 52 = Знайти приріст ентропії в цьому процесі
(29 ДжК)
89 10 г кисню нагріваються від Ct deg= 501 до Ct deg= 1502 Знайти зміну
ентропії якщо нагрівання відбувається 1) ізохорно 2) ізобарно
( 1) 176 ДжК 2) 246 ДжК )
90 У циклі Карно робочим тілом є двоатомний газ Визначити ККД
циклу якщо при адіабатичному розширенні обrsquoєм газу збільшився
від 80 до 102 дм3 (01 або 10)
91 05 кг розплавленого свинцю при температурі плавлення влили в
лід при 0degС Частина льоду розплавилася Знайти зміну ентропії
(50 ДжК)
Реальні гази явища перенесення
92 Знайти критичний молярний обrsquoєм азоту
93 Розрахувати густину кисню у критичному стані
94 Знайти середню довжину вільного пробігу атомів гелію в умовах
коли густина гелію 321 мг=ρ (18sdot10-6 м)
95 Знайти середню довжину вільного пробігу атомів азоту при
температурі 17 0 С і тиску 10
4 Па ( м610 minus=λ )
96 Знайти залежність середнього числа зіткнень молекул z ідеального
газу від тиску р в наступних процесах 1) ізохорному
2)ізотермічному Зобразити ці залежності на графіках
( pzpz asympasymp )2)1 )
97 У посудині знаходиться вуглекислий газ густина якого 321012 мкгminussdot=ρ середня довжина вільного пробігу його
молекул при цих умовах дорівнює см61097 minussdot=λ Знайти
діаметр молекул вуглекислого газу ( d =35sdot 10 -10
м )
37
98 Знайти діаметр молекули кисню якщо відомо що для кисню
коефіцієнт внутрішнього тертя при 0ordm С дорівнює
сПа sdotsdot= minus610818η ( d = 3middot10
-10 м)
99 Знайти динамічну вrsquoязкість азоту при нормальних умовах якщо
коефіцієнт дифузії для нього при цих умовах дорівнює
сcм21420 (η = 178sdot10-5 Паsdotс)
100 Знайти коефіцієнт теплопровідності водню якщо його
динамічна вrsquoязкість при таких самих умовах рівна смкПа sdot68
(0090 ВтмmiddotК)
101 Коефіцієнт дифузії і динамічної вrsquoязкість кисню дорівнюють
см2510221
minussdot та сПа sdotsdot= minus510951η відповідно Знайти при
цих умовах 1) густину кисню 2) середню довжину вільного
пробігу його молекул і 3) середню арифметичну швидкість його
молекул ( 1) 16 кгм3 2) 835sdot10
-8 м 3) 440 мс)
102 Знайти залежність коефіцієнта теплопровідності κ газу від
температури Т в умовах ізобарного та ізохорного процесів
Зобразити ці залежності графічно (1 κ~ Т 2 κ~ Т )
103 Зайти коефіцієнт дифузії при нормальних умовах 1)гелію
2)кисню ( 1) сcм2720 2) сcм2180 )
104 Коефіцієнт дифузії D кисню при температурі t=0ordmС дорівнює
019 см2с Визначити середню довжину вільного пробігу λ
молекул кисню ( λ =135 нм)
105 Визначити залежність коефіцієнта дифузії D ідеального газу від
температури при наступних процесах 1)ізобарному
2)ізохорному ( 1) D~ 3Т 2) D~ Т )
106 Визначити залежність динамічної вrsquoязкості η від температури Т
при наступних процесах 1)ізобарному 2) ізохорному Зобразити
ці залежності на графіках ( 1) η ~ Т 2) η ~ Т )
107 Знайти коефіцієнт дифузії та коефіцієнт внутрішнього тертя
повітря при тиску 760 мм рт ст і температурі 10ordmС Діаметр
молекули повітря прийняти 3middot10-1 м
(148middot10-5 м
2с 185middot10
- 5 Паsdotс)
108 У скільки разів коефіцієнт внутрішнього тертя кисню більший за
коефіцієнт внутрішнього тертя азоту Температура газів
однакова (107)
38
109 Знайти коефіцієнт теплопровідності повітря при температурі
10ordmС і тиску 105 Па Діаметр молекули повітря прийняти рівним
3middot10-8 см (132middot10
-3 ВтмmiddotК)
110 Знайти залежність коефіцієнта теплопровідностіκ від тиску р
при наступних процесах 1)ізотермічному 2)ізохоричному
Зобразити ці залежності на графіках
( 1) Не залежить 2) κ ~ р )
Таблиця для самостійної роботи
Варіанти
завдань
Номери задач
1 1 11 35 45 60 73 85 97
2 2 12 36 46 61 74 86 98
3 3 13 37 47 62 75 87 99
4 4 14 38 48 63 76 88 100
5 5 15 39 49 64 77 89 103
6 6 16 40 50 65 80 92 104
7 7 17 41 51 66 81 93 105
8 8 18 42 52 67 82 94 106
9 9 19 43 53 68 83 95 107
10 10 20 44 54 69 84 96 108
Задачі для усного розвrsquoязування
111 Під час накачування повітря в гумову камеру одночасно
збільшується його обrsquoєм і тиск Чи не суперечить це закону Бойля -
Маріотта
112 Чому влітку шини коліс автомобілів накачують повітрям до
меншого тиску ніж взимку
113 Якої форми необхідно взяти посудину щоб сила тиску на дно
дорівнювала вазі рідини Була більша Менша ваги рідини
39
114 У посудині наповненій до краю водою плаває кусок льоду Чи
виллється вода з посудини коли лід розтане
115 Дві кульки ndash мідна та алюмінієва зрівноважені на пружинних
терезах Чи порушиться рівновага терезів якщо кульки упустити у
воду
116 Чи можна перелити воду з однієї склянки в іншу знаходячись в
кабіні штучного супутника Землі
117 Повітря складається з азоту кисню та інших газів Чи однакова
кінетична енергія поступального руху молекул цих газів при даній
температурі
118 Якими способами можна змінити внутрішню енергію тіла
119 В якому випадку зміна тиску газу буде більшою при адіабатній
чи ізотермічній зміні обrsquoєму
120 Чому ізотермічне розширення газу відбувається тільки внаслідок
підведення до нього деякої кількості теплоти
121 Чому в дизелі нема потреби запалювати пальну суміш
електричною іскрою як це робиться в інших двигунах
122 Під час роботи пневматичний молот що працює за рахунок
енергії стиснутого повітря зовні обмерзає Яка причина охолодження
123 Після сильного шторму вода в морі стає теплішою Чому
124 Деяку масу ідеального газу нагрівають на однакову кількість
градусів один раз при сталому тиску а другий раз при сталому обrsquoємі
В якому випадку потрібна більша кількість теплоти Чому
125 Чому вода на дні океану залишається холодною в той час як по
мірі просування в глибину Землі на кожні 100 м температура
збільшується приблизно на 3deg
40
126 Чи може теплова машина мати ККД=100 якщо працюватиме за
ідеальним циклом
127 Чи можна створити умови за яких внутрішня енергія переходила
б від тіл з нижчою температурою до тіл з вищою температурою
128 Чи охолоне повітря в кімнаті якщо відчинити двері домашнього
холодильника ввімкнутого в мережу
129 Чому температура пари яка надходить у парову турбіну нижча
за температуру пари що виходить з неї
130 Накреслити криві ізобарного ізохорного ізотермічного процесів
на діаграмах залежності V T P T P V
131 Як пояснити утворення роси і туману
132 Коли і чому на дроті лінії електропередач зrsquoявляється іній
133 Обrsquoєм посудини в якій міститься насичена пара ізотермічно
збільшили в 5 разів Що сталося з тиском пари
134 Чому туман зrsquoявляється в вечірній час а зранку зникає
135 Чому після дощу стає холодніше Пояснити це явище
4 Довідкові дані
Фундаментальні фізичні сталі
Гравітаційна стала 221110676 кгмНG sdotsdot= minus
Прискорення вільного падіння 2см819=g
Стала Авогадро 12310026 minussdot= мольN A
Стала Больцмана КДжk2310381 minussdot=
Стала Лошмідта 3250 10692 minussdot= мn
Газова стала КмольДжR sdot= 3148
41
Молярний обrsquoєм ідеального газу
при ну мольмV
330 1041322 minussdot=
Густина деяких речовин
Речов
ина ρsdot10
3 (кгм
3) Речовина ρsdot10
3
(кгм3)
мідь 86 вода 100
залізо 79 гліцерин 126
свине
ць
113 касторове
масло
089
ртуть 136 повітря 000129
Молярні маси деяких речовин
Речовин
а
Молекул
а
micro10- 3
кгмоль Речовина
Молекул
а
micro10-3
кгмоль
Азот N2 28 Гелій Hе 4
Аргон Ar 40 Кисень О2 32
Неон Ne 20 Повітря - 29
Вода H2O 18 Ртуть Hg 201
Водень H2 2 Кухонна
сіль NaCl 58
Вуглекг CO2 44
Нормальні умови
КT 2730 = атмстртммПаp 176010011 50 ==sdot=
Питомі теплоємності для деяких речовин
Сталь КкгДжc sdot= 460
Свинець КкгДжс sdot= 126
Питома теплота плавлення свинцю КкгДж sdotsdot= 410262λ
42
Символи і відносні атомні маси деяких хімічних елементів
H He C N O Cu K Li Na
1 4 12 14 16 64 39 6 23
Деякі параметри води
питома теплота пароутворення при 100degС ndash кгМДжr 262=
питома теплоємність ndash КкгкДжс sdot= 194
питома теплота плавлення при 0degС ndash кгДж510353 sdot=λ
43
Критичні параметри
Елемент КкрT
МПакрp
азот 12
6
34
кисень 15
4
507
Ефективні діаметри молекул
Елем
ент
нмσ
азот 03
0
гелій 02
0
Префікси для утворення кратних одиниць
Префікс Позначення Числове
значення Префікс Позначення
Числове
значення
тера Т T 1012
піко п p 10-12
гіга Г G 109 нано н n 10
-9
мега М M 106 мікро мк micro 10
-6
кіло к k 103 мілі м m 10
-3
Одиниці довжини обrsquoєму тиску концентрації кількості
теплоти коефіцієнта дифузії використані в задачах (в СІ) 333 10111 мдмл minussdot== Нкгс 891 = Джкал 1941 =
мдм 1101 minus= мсм 2101 minus= 363 101 мсм minus= 363 101 мсм =minus
Памкгс 891 2 = ПаабомНсмкгс 242 10891 sdot=
Паммкгс 62 10891 sdot= Паатм 5100111 sdot= (фізична атмосфера)
44
Паат 5109801 sdot= (технічна атмосфера) смссм 101 242 minus=
45
Одиниці в яких вимірюються деякі фізичні величини (в СІ)
Робота енергія ЕА Дж
Кількість теплоти Q Дж
Потужність P або N Джс=Вт
Тиск р Па=Нм2
Молярна маса micro кгмоль
Концентрація п м-3
Теплоємність питома с ДжкгmiddotК
Теплоємність молярна С ДжмольmiddotК
Поверхневий натяг α Нм
Динамічна вrsquoязкість η Паmiddotс=Нmiddotсм2=кгмmiddotс
Коефіцієнт дифузії D м2с
Коефіцієнт теплопровідності κ ВтмmiddotК
Приріст ентропії S∆ ДжК
Сталі Ван-дер-Ваальса а та b Нmiddotм4моль
2 та м
3моль
5Література
1 Загальна фізика за редакцією Ковалець МО Орленка ВФ
Частина1 Інтерактивний комплекс навчально-методичного
забезпечення Рівне 2009
2 Волькенштейн ВС Сборник задач по общему курсу физики- М
ldquoНаукаrdquo1985-1989
3 Иродов ИЕ Задачи по общей физике-МrdquoНаукаrdquo 1982
4 Савельев ИВ Сборник вопросов и задач по общей физике-
МldquoНаукаrdquo1982
5 Чертов АГВоробьев АА Федоров МВ Задачник по физике -М
ldquoВысшая школаrdquo1988
6 Х Кухлинг Справочник по физике-М ldquoМирrdquo1985
33
внутрішньої енергії газу 3) роботу виконану газом при
розширенні ( 1) 792sdot103Дж 2) 5660 Дж 3) 226sdot10
3 Дж)
62 2 кмолі вуглекислого газу нагріваються при постійному тиску на
50degС Знайти 1) зміну його внутрішньої енергії 2) роботу
розширення 3) кількість теплоти наданої газу
( 1) 2500 Дж 2) 830 кДж 3) 3300 кДж)
63 Газ що займав обrsquoєм 5 л і знаходився під тиском 02 МПа при
температурі 17degС було нагріто внаслідок чого він ізобарно
розширився Робота розширення газу при цьому виявилася рівною
196 Дж Наскільки нагріто газ (57 К)
64 При ізотермічному розширенні 10 г азоту що знаходиться при
температурі 17degС було виконано роботу 860 Дж У скільки разів
змінився тиск азоту при розширенні (272)
65 1л гелію котрий знаходиться при нормальних умовах ізотермічно
розширюється за рахунок одержаної ззовні теплоти до обrsquoєму 2 л
Знайти 1) роботу виконану газом при розширенні 2) кількість
наданої газу теплоти ( 1) 70 Дж 2) 70 Дж )
66 1 кг двоатомного газу знаходиться під тиском 80 кПа і має
густину 34 мкг=ρ Знайти енергію теплового руху молекул газу
при цих умовах (5sdot104Дж)
67 У посудину в котрій міститься 28 л води при температурі 20degС
вкинули нагрітий до 460degС кусок сталі що має масу 3кг Від цього
вода в посудині нагрілася до 60degС а частина її перетворилася в
пару Визначити масу води котра випарувалася Теплоємністю
посудини знехтувати
68 Знайти для кисню відношення питомої теплоємності при сталому
тиску до питомої теплоємності при постійному обrsquoємі (14)
69 1 кмоль азоту який знаходився при нормальних умовах
розширюється адіабатно від обrsquoєму 1V до обrsquoєму 12 5VV =
Знайти1) зміну внутрішньої енергії газу 2) роботу виконану при
розширенні ( 1) 269 sdot10 6 Дж 2) 269 sdot10
6 Дж)
70 Повітря що при нормальному атмосферному тиску зайняло обrsquoєм
2sdot10-2
м3 адіабатно стискується до обrsquoєму 2sdot10
-3 м
3 Визначити
тиск повітря після стискання (р=254 МПа)
71 Знайти питомі теплоємності азоту та їхні відношення при сталому
обrsquoємі та сталому тиску ( КкДжкгcV sdot= 7420
КкгкДжcp sdot= 041 )
34
72 Знаючи молярну масу газу ( кгмольmicro 31044 minussdot= ) і відношення
питомих теплоємностей (γ=133) обчислити молярні теплоємності
Ср і СV ( СV=0566 кДжкгsdotК Ср=0754 кДжкгsdotК)
Теплоємність адіабатний процес
73 Різниця питомих теплоємностей Vp cc minus деякого двоатомного газу
дорівнює 260 Джкг К Знайти молярну масу micro газу і його питомі
теплоємності pc та cV
( micro=0032 молькг cV=650 ДжкгmiddotК pc =910 ДжкгmiddotК)
74 Молярна маса деякого газу мольг30=micro відношення
41=Vp cc Знайти питомі теплоємності pc і сV цього газу
( сV=693 ДжкгmiddotК pc =910 ДжкгsdotК )
75 До якої температури охолодиться повітря що знаходиться при
температурі 0degС якщо воно розширюється адіабатно від обrsquoєму 1V
до обrsquoєму 12 2VV = (207 К)
76 Газ розширюється адіабатно при цьому обrsquoєм його збільшується
вдвічі а температура падає в 132 рази Яке число ступенів
вільності мають молекули цього газу (5)
77 Чому дорівнюють питомі теплоємності pc і сV деякого
двоатомного газу якщо густина цього газу при нормальних
умовах дорівнює 143 кгм3 (сV=650 ДжкгmiddotК pc =910 ДжкгmiddotК)
78 Двоатомний газ займає обrsquoєм лV 501 = при тиску атмp 501 =
Газ стискується адіабатно до деякого обrsquoєму 2V і тиску 2p а
потім при постійному обrsquoємі 2V охолоджується до початкової
температури При цьому тиск його стає рівним атмp 10 =
Зобразити описаний процес графічно знайти обrsquoєм 2V і тиск 2p
(025 л 132 атм)
79 Газ розширюється адіабатно так що його тиск спадає від 2 атм
до 1 атм Потім він нагрівається при постійному обrsquoємі до
початкової температури причому його тиск зростає до 122 атм
35
Зобразити описаний процес графічно і визначити відношення
Vp cc газу (14)
Цикл Карно ентропія
80 Ідеальна теплова машина що працює за циклом Карно отримує за
кожний цикл від нагрівника 600 кал теплоти Температура
нагрівника 400 К температура холодильника 300 К Знайти
роботу що виконує машина за один цикл і кількість теплоти
котра віддається холодильнику за один цикл
( А=630 Дж Q2=1880 Дж)
81 Ідеальна теплова машина що працює за циклом Карно 23
теплоти одержаної від нагрівника передає холодильнику з
температурою 10degС Визначити температуру нагрівника (4245 К)
82 Ідеальна теплова машина працює за циклом Карно При цьому
80 теплоти одержаної від нагрівника передається
холодильнику Від нагрівника надходить за цикл 15 ккал теплоти
Знайти 1) ККД циклу 2) роботу виконану за цикл
( 1) 20 2) 126sdot103Дж)
83 Ідеальна теплова машина що працює за циклом Карно виконує
за один цикл роботу 735sdot 10 4 Дж Температура нагрівника 100
0 С
температура холодильника 00 С Знайти1) ККД машини
2) кількість теплоти одержаної машиною за один цикл від
нагрівника 3) кількість теплоти яка віддається за один цикл
холодильнику ( 1) 268 2) 274 sdot10 4 Дж 3) 126 sdot10
4 Дж)
84 Ідеальна теплова машина отримує від нагрівника температура
якого 500 К за один цикл 3360 Дж теплоти Знайти кількість
теплоти що передається за один цикл холодильнику температура
якого 400 К Знайти роботу машини за один цикл
(Q2= 2688 Дж А= 672 Дж)
85 Ідеальна теплова машина що працює за циклом Карно має
температуру нагрівника 600 К а холодильника 500 К У скільки
разів потрібно збільшити абсолютну температуру нагрівника щоб
ККД машини збільшився вдвічі (в 125)
86 Визначити ККД циклу і температуру нагрівника теплової
машини яка працює за циклом Карно якщо за рахунок 2 кДж
теплоти одержаної від нагрівника вона виконує роботу 400 Дж
Температура холодильника 480 К (20 600 К)
36
87 Знайти зміну ентропії при ізотермічному розширенні 6 г водню зі
зменшенням тиску від 01 МПа до 50 кПа (173 ДжК)
88 105 г азоту ізотермічно розширюються від обrsquoєму лV 21 = до
обrsquoєму лV 52 = Знайти приріст ентропії в цьому процесі
(29 ДжК)
89 10 г кисню нагріваються від Ct deg= 501 до Ct deg= 1502 Знайти зміну
ентропії якщо нагрівання відбувається 1) ізохорно 2) ізобарно
( 1) 176 ДжК 2) 246 ДжК )
90 У циклі Карно робочим тілом є двоатомний газ Визначити ККД
циклу якщо при адіабатичному розширенні обrsquoєм газу збільшився
від 80 до 102 дм3 (01 або 10)
91 05 кг розплавленого свинцю при температурі плавлення влили в
лід при 0degС Частина льоду розплавилася Знайти зміну ентропії
(50 ДжК)
Реальні гази явища перенесення
92 Знайти критичний молярний обrsquoєм азоту
93 Розрахувати густину кисню у критичному стані
94 Знайти середню довжину вільного пробігу атомів гелію в умовах
коли густина гелію 321 мг=ρ (18sdot10-6 м)
95 Знайти середню довжину вільного пробігу атомів азоту при
температурі 17 0 С і тиску 10
4 Па ( м610 minus=λ )
96 Знайти залежність середнього числа зіткнень молекул z ідеального
газу від тиску р в наступних процесах 1) ізохорному
2)ізотермічному Зобразити ці залежності на графіках
( pzpz asympasymp )2)1 )
97 У посудині знаходиться вуглекислий газ густина якого 321012 мкгminussdot=ρ середня довжина вільного пробігу його
молекул при цих умовах дорівнює см61097 minussdot=λ Знайти
діаметр молекул вуглекислого газу ( d =35sdot 10 -10
м )
37
98 Знайти діаметр молекули кисню якщо відомо що для кисню
коефіцієнт внутрішнього тертя при 0ordm С дорівнює
сПа sdotsdot= minus610818η ( d = 3middot10
-10 м)
99 Знайти динамічну вrsquoязкість азоту при нормальних умовах якщо
коефіцієнт дифузії для нього при цих умовах дорівнює
сcм21420 (η = 178sdot10-5 Паsdotс)
100 Знайти коефіцієнт теплопровідності водню якщо його
динамічна вrsquoязкість при таких самих умовах рівна смкПа sdot68
(0090 ВтмmiddotК)
101 Коефіцієнт дифузії і динамічної вrsquoязкість кисню дорівнюють
см2510221
minussdot та сПа sdotsdot= minus510951η відповідно Знайти при
цих умовах 1) густину кисню 2) середню довжину вільного
пробігу його молекул і 3) середню арифметичну швидкість його
молекул ( 1) 16 кгм3 2) 835sdot10
-8 м 3) 440 мс)
102 Знайти залежність коефіцієнта теплопровідності κ газу від
температури Т в умовах ізобарного та ізохорного процесів
Зобразити ці залежності графічно (1 κ~ Т 2 κ~ Т )
103 Зайти коефіцієнт дифузії при нормальних умовах 1)гелію
2)кисню ( 1) сcм2720 2) сcм2180 )
104 Коефіцієнт дифузії D кисню при температурі t=0ordmС дорівнює
019 см2с Визначити середню довжину вільного пробігу λ
молекул кисню ( λ =135 нм)
105 Визначити залежність коефіцієнта дифузії D ідеального газу від
температури при наступних процесах 1)ізобарному
2)ізохорному ( 1) D~ 3Т 2) D~ Т )
106 Визначити залежність динамічної вrsquoязкості η від температури Т
при наступних процесах 1)ізобарному 2) ізохорному Зобразити
ці залежності на графіках ( 1) η ~ Т 2) η ~ Т )
107 Знайти коефіцієнт дифузії та коефіцієнт внутрішнього тертя
повітря при тиску 760 мм рт ст і температурі 10ordmС Діаметр
молекули повітря прийняти 3middot10-1 м
(148middot10-5 м
2с 185middot10
- 5 Паsdotс)
108 У скільки разів коефіцієнт внутрішнього тертя кисню більший за
коефіцієнт внутрішнього тертя азоту Температура газів
однакова (107)
38
109 Знайти коефіцієнт теплопровідності повітря при температурі
10ordmС і тиску 105 Па Діаметр молекули повітря прийняти рівним
3middot10-8 см (132middot10
-3 ВтмmiddotК)
110 Знайти залежність коефіцієнта теплопровідностіκ від тиску р
при наступних процесах 1)ізотермічному 2)ізохоричному
Зобразити ці залежності на графіках
( 1) Не залежить 2) κ ~ р )
Таблиця для самостійної роботи
Варіанти
завдань
Номери задач
1 1 11 35 45 60 73 85 97
2 2 12 36 46 61 74 86 98
3 3 13 37 47 62 75 87 99
4 4 14 38 48 63 76 88 100
5 5 15 39 49 64 77 89 103
6 6 16 40 50 65 80 92 104
7 7 17 41 51 66 81 93 105
8 8 18 42 52 67 82 94 106
9 9 19 43 53 68 83 95 107
10 10 20 44 54 69 84 96 108
Задачі для усного розвrsquoязування
111 Під час накачування повітря в гумову камеру одночасно
збільшується його обrsquoєм і тиск Чи не суперечить це закону Бойля -
Маріотта
112 Чому влітку шини коліс автомобілів накачують повітрям до
меншого тиску ніж взимку
113 Якої форми необхідно взяти посудину щоб сила тиску на дно
дорівнювала вазі рідини Була більша Менша ваги рідини
39
114 У посудині наповненій до краю водою плаває кусок льоду Чи
виллється вода з посудини коли лід розтане
115 Дві кульки ndash мідна та алюмінієва зрівноважені на пружинних
терезах Чи порушиться рівновага терезів якщо кульки упустити у
воду
116 Чи можна перелити воду з однієї склянки в іншу знаходячись в
кабіні штучного супутника Землі
117 Повітря складається з азоту кисню та інших газів Чи однакова
кінетична енергія поступального руху молекул цих газів при даній
температурі
118 Якими способами можна змінити внутрішню енергію тіла
119 В якому випадку зміна тиску газу буде більшою при адіабатній
чи ізотермічній зміні обrsquoєму
120 Чому ізотермічне розширення газу відбувається тільки внаслідок
підведення до нього деякої кількості теплоти
121 Чому в дизелі нема потреби запалювати пальну суміш
електричною іскрою як це робиться в інших двигунах
122 Під час роботи пневматичний молот що працює за рахунок
енергії стиснутого повітря зовні обмерзає Яка причина охолодження
123 Після сильного шторму вода в морі стає теплішою Чому
124 Деяку масу ідеального газу нагрівають на однакову кількість
градусів один раз при сталому тиску а другий раз при сталому обrsquoємі
В якому випадку потрібна більша кількість теплоти Чому
125 Чому вода на дні океану залишається холодною в той час як по
мірі просування в глибину Землі на кожні 100 м температура
збільшується приблизно на 3deg
40
126 Чи може теплова машина мати ККД=100 якщо працюватиме за
ідеальним циклом
127 Чи можна створити умови за яких внутрішня енергія переходила
б від тіл з нижчою температурою до тіл з вищою температурою
128 Чи охолоне повітря в кімнаті якщо відчинити двері домашнього
холодильника ввімкнутого в мережу
129 Чому температура пари яка надходить у парову турбіну нижча
за температуру пари що виходить з неї
130 Накреслити криві ізобарного ізохорного ізотермічного процесів
на діаграмах залежності V T P T P V
131 Як пояснити утворення роси і туману
132 Коли і чому на дроті лінії електропередач зrsquoявляється іній
133 Обrsquoєм посудини в якій міститься насичена пара ізотермічно
збільшили в 5 разів Що сталося з тиском пари
134 Чому туман зrsquoявляється в вечірній час а зранку зникає
135 Чому після дощу стає холодніше Пояснити це явище
4 Довідкові дані
Фундаментальні фізичні сталі
Гравітаційна стала 221110676 кгмНG sdotsdot= minus
Прискорення вільного падіння 2см819=g
Стала Авогадро 12310026 minussdot= мольN A
Стала Больцмана КДжk2310381 minussdot=
Стала Лошмідта 3250 10692 minussdot= мn
Газова стала КмольДжR sdot= 3148
41
Молярний обrsquoєм ідеального газу
при ну мольмV
330 1041322 minussdot=
Густина деяких речовин
Речов
ина ρsdot10
3 (кгм
3) Речовина ρsdot10
3
(кгм3)
мідь 86 вода 100
залізо 79 гліцерин 126
свине
ць
113 касторове
масло
089
ртуть 136 повітря 000129
Молярні маси деяких речовин
Речовин
а
Молекул
а
micro10- 3
кгмоль Речовина
Молекул
а
micro10-3
кгмоль
Азот N2 28 Гелій Hе 4
Аргон Ar 40 Кисень О2 32
Неон Ne 20 Повітря - 29
Вода H2O 18 Ртуть Hg 201
Водень H2 2 Кухонна
сіль NaCl 58
Вуглекг CO2 44
Нормальні умови
КT 2730 = атмстртммПаp 176010011 50 ==sdot=
Питомі теплоємності для деяких речовин
Сталь КкгДжc sdot= 460
Свинець КкгДжс sdot= 126
Питома теплота плавлення свинцю КкгДж sdotsdot= 410262λ
42
Символи і відносні атомні маси деяких хімічних елементів
H He C N O Cu K Li Na
1 4 12 14 16 64 39 6 23
Деякі параметри води
питома теплота пароутворення при 100degС ndash кгМДжr 262=
питома теплоємність ndash КкгкДжс sdot= 194
питома теплота плавлення при 0degС ndash кгДж510353 sdot=λ
43
Критичні параметри
Елемент КкрT
МПакрp
азот 12
6
34
кисень 15
4
507
Ефективні діаметри молекул
Елем
ент
нмσ
азот 03
0
гелій 02
0
Префікси для утворення кратних одиниць
Префікс Позначення Числове
значення Префікс Позначення
Числове
значення
тера Т T 1012
піко п p 10-12
гіга Г G 109 нано н n 10
-9
мега М M 106 мікро мк micro 10
-6
кіло к k 103 мілі м m 10
-3
Одиниці довжини обrsquoєму тиску концентрації кількості
теплоти коефіцієнта дифузії використані в задачах (в СІ) 333 10111 мдмл minussdot== Нкгс 891 = Джкал 1941 =
мдм 1101 minus= мсм 2101 minus= 363 101 мсм minus= 363 101 мсм =minus
Памкгс 891 2 = ПаабомНсмкгс 242 10891 sdot=
Паммкгс 62 10891 sdot= Паатм 5100111 sdot= (фізична атмосфера)
44
Паат 5109801 sdot= (технічна атмосфера) смссм 101 242 minus=
45
Одиниці в яких вимірюються деякі фізичні величини (в СІ)
Робота енергія ЕА Дж
Кількість теплоти Q Дж
Потужність P або N Джс=Вт
Тиск р Па=Нм2
Молярна маса micro кгмоль
Концентрація п м-3
Теплоємність питома с ДжкгmiddotК
Теплоємність молярна С ДжмольmiddotК
Поверхневий натяг α Нм
Динамічна вrsquoязкість η Паmiddotс=Нmiddotсм2=кгмmiddotс
Коефіцієнт дифузії D м2с
Коефіцієнт теплопровідності κ ВтмmiddotК
Приріст ентропії S∆ ДжК
Сталі Ван-дер-Ваальса а та b Нmiddotм4моль
2 та м
3моль
5Література
1 Загальна фізика за редакцією Ковалець МО Орленка ВФ
Частина1 Інтерактивний комплекс навчально-методичного
забезпечення Рівне 2009
2 Волькенштейн ВС Сборник задач по общему курсу физики- М
ldquoНаукаrdquo1985-1989
3 Иродов ИЕ Задачи по общей физике-МrdquoНаукаrdquo 1982
4 Савельев ИВ Сборник вопросов и задач по общей физике-
МldquoНаукаrdquo1982
5 Чертов АГВоробьев АА Федоров МВ Задачник по физике -М
ldquoВысшая школаrdquo1988
6 Х Кухлинг Справочник по физике-М ldquoМирrdquo1985
34
72 Знаючи молярну масу газу ( кгмольmicro 31044 minussdot= ) і відношення
питомих теплоємностей (γ=133) обчислити молярні теплоємності
Ср і СV ( СV=0566 кДжкгsdotК Ср=0754 кДжкгsdotК)
Теплоємність адіабатний процес
73 Різниця питомих теплоємностей Vp cc minus деякого двоатомного газу
дорівнює 260 Джкг К Знайти молярну масу micro газу і його питомі
теплоємності pc та cV
( micro=0032 молькг cV=650 ДжкгmiddotК pc =910 ДжкгmiddotК)
74 Молярна маса деякого газу мольг30=micro відношення
41=Vp cc Знайти питомі теплоємності pc і сV цього газу
( сV=693 ДжкгmiddotК pc =910 ДжкгsdotК )
75 До якої температури охолодиться повітря що знаходиться при
температурі 0degС якщо воно розширюється адіабатно від обrsquoєму 1V
до обrsquoєму 12 2VV = (207 К)
76 Газ розширюється адіабатно при цьому обrsquoєм його збільшується
вдвічі а температура падає в 132 рази Яке число ступенів
вільності мають молекули цього газу (5)
77 Чому дорівнюють питомі теплоємності pc і сV деякого
двоатомного газу якщо густина цього газу при нормальних
умовах дорівнює 143 кгм3 (сV=650 ДжкгmiddotК pc =910 ДжкгmiddotК)
78 Двоатомний газ займає обrsquoєм лV 501 = при тиску атмp 501 =
Газ стискується адіабатно до деякого обrsquoєму 2V і тиску 2p а
потім при постійному обrsquoємі 2V охолоджується до початкової
температури При цьому тиск його стає рівним атмp 10 =
Зобразити описаний процес графічно знайти обrsquoєм 2V і тиск 2p
(025 л 132 атм)
79 Газ розширюється адіабатно так що його тиск спадає від 2 атм
до 1 атм Потім він нагрівається при постійному обrsquoємі до
початкової температури причому його тиск зростає до 122 атм
35
Зобразити описаний процес графічно і визначити відношення
Vp cc газу (14)
Цикл Карно ентропія
80 Ідеальна теплова машина що працює за циклом Карно отримує за
кожний цикл від нагрівника 600 кал теплоти Температура
нагрівника 400 К температура холодильника 300 К Знайти
роботу що виконує машина за один цикл і кількість теплоти
котра віддається холодильнику за один цикл
( А=630 Дж Q2=1880 Дж)
81 Ідеальна теплова машина що працює за циклом Карно 23
теплоти одержаної від нагрівника передає холодильнику з
температурою 10degС Визначити температуру нагрівника (4245 К)
82 Ідеальна теплова машина працює за циклом Карно При цьому
80 теплоти одержаної від нагрівника передається
холодильнику Від нагрівника надходить за цикл 15 ккал теплоти
Знайти 1) ККД циклу 2) роботу виконану за цикл
( 1) 20 2) 126sdot103Дж)
83 Ідеальна теплова машина що працює за циклом Карно виконує
за один цикл роботу 735sdot 10 4 Дж Температура нагрівника 100
0 С
температура холодильника 00 С Знайти1) ККД машини
2) кількість теплоти одержаної машиною за один цикл від
нагрівника 3) кількість теплоти яка віддається за один цикл
холодильнику ( 1) 268 2) 274 sdot10 4 Дж 3) 126 sdot10
4 Дж)
84 Ідеальна теплова машина отримує від нагрівника температура
якого 500 К за один цикл 3360 Дж теплоти Знайти кількість
теплоти що передається за один цикл холодильнику температура
якого 400 К Знайти роботу машини за один цикл
(Q2= 2688 Дж А= 672 Дж)
85 Ідеальна теплова машина що працює за циклом Карно має
температуру нагрівника 600 К а холодильника 500 К У скільки
разів потрібно збільшити абсолютну температуру нагрівника щоб
ККД машини збільшився вдвічі (в 125)
86 Визначити ККД циклу і температуру нагрівника теплової
машини яка працює за циклом Карно якщо за рахунок 2 кДж
теплоти одержаної від нагрівника вона виконує роботу 400 Дж
Температура холодильника 480 К (20 600 К)
36
87 Знайти зміну ентропії при ізотермічному розширенні 6 г водню зі
зменшенням тиску від 01 МПа до 50 кПа (173 ДжК)
88 105 г азоту ізотермічно розширюються від обrsquoєму лV 21 = до
обrsquoєму лV 52 = Знайти приріст ентропії в цьому процесі
(29 ДжК)
89 10 г кисню нагріваються від Ct deg= 501 до Ct deg= 1502 Знайти зміну
ентропії якщо нагрівання відбувається 1) ізохорно 2) ізобарно
( 1) 176 ДжК 2) 246 ДжК )
90 У циклі Карно робочим тілом є двоатомний газ Визначити ККД
циклу якщо при адіабатичному розширенні обrsquoєм газу збільшився
від 80 до 102 дм3 (01 або 10)
91 05 кг розплавленого свинцю при температурі плавлення влили в
лід при 0degС Частина льоду розплавилася Знайти зміну ентропії
(50 ДжК)
Реальні гази явища перенесення
92 Знайти критичний молярний обrsquoєм азоту
93 Розрахувати густину кисню у критичному стані
94 Знайти середню довжину вільного пробігу атомів гелію в умовах
коли густина гелію 321 мг=ρ (18sdot10-6 м)
95 Знайти середню довжину вільного пробігу атомів азоту при
температурі 17 0 С і тиску 10
4 Па ( м610 minus=λ )
96 Знайти залежність середнього числа зіткнень молекул z ідеального
газу від тиску р в наступних процесах 1) ізохорному
2)ізотермічному Зобразити ці залежності на графіках
( pzpz asympasymp )2)1 )
97 У посудині знаходиться вуглекислий газ густина якого 321012 мкгminussdot=ρ середня довжина вільного пробігу його
молекул при цих умовах дорівнює см61097 minussdot=λ Знайти
діаметр молекул вуглекислого газу ( d =35sdot 10 -10
м )
37
98 Знайти діаметр молекули кисню якщо відомо що для кисню
коефіцієнт внутрішнього тертя при 0ordm С дорівнює
сПа sdotsdot= minus610818η ( d = 3middot10
-10 м)
99 Знайти динамічну вrsquoязкість азоту при нормальних умовах якщо
коефіцієнт дифузії для нього при цих умовах дорівнює
сcм21420 (η = 178sdot10-5 Паsdotс)
100 Знайти коефіцієнт теплопровідності водню якщо його
динамічна вrsquoязкість при таких самих умовах рівна смкПа sdot68
(0090 ВтмmiddotК)
101 Коефіцієнт дифузії і динамічної вrsquoязкість кисню дорівнюють
см2510221
minussdot та сПа sdotsdot= minus510951η відповідно Знайти при
цих умовах 1) густину кисню 2) середню довжину вільного
пробігу його молекул і 3) середню арифметичну швидкість його
молекул ( 1) 16 кгм3 2) 835sdot10
-8 м 3) 440 мс)
102 Знайти залежність коефіцієнта теплопровідності κ газу від
температури Т в умовах ізобарного та ізохорного процесів
Зобразити ці залежності графічно (1 κ~ Т 2 κ~ Т )
103 Зайти коефіцієнт дифузії при нормальних умовах 1)гелію
2)кисню ( 1) сcм2720 2) сcм2180 )
104 Коефіцієнт дифузії D кисню при температурі t=0ordmС дорівнює
019 см2с Визначити середню довжину вільного пробігу λ
молекул кисню ( λ =135 нм)
105 Визначити залежність коефіцієнта дифузії D ідеального газу від
температури при наступних процесах 1)ізобарному
2)ізохорному ( 1) D~ 3Т 2) D~ Т )
106 Визначити залежність динамічної вrsquoязкості η від температури Т
при наступних процесах 1)ізобарному 2) ізохорному Зобразити
ці залежності на графіках ( 1) η ~ Т 2) η ~ Т )
107 Знайти коефіцієнт дифузії та коефіцієнт внутрішнього тертя
повітря при тиску 760 мм рт ст і температурі 10ordmС Діаметр
молекули повітря прийняти 3middot10-1 м
(148middot10-5 м
2с 185middot10
- 5 Паsdotс)
108 У скільки разів коефіцієнт внутрішнього тертя кисню більший за
коефіцієнт внутрішнього тертя азоту Температура газів
однакова (107)
38
109 Знайти коефіцієнт теплопровідності повітря при температурі
10ordmС і тиску 105 Па Діаметр молекули повітря прийняти рівним
3middot10-8 см (132middot10
-3 ВтмmiddotК)
110 Знайти залежність коефіцієнта теплопровідностіκ від тиску р
при наступних процесах 1)ізотермічному 2)ізохоричному
Зобразити ці залежності на графіках
( 1) Не залежить 2) κ ~ р )
Таблиця для самостійної роботи
Варіанти
завдань
Номери задач
1 1 11 35 45 60 73 85 97
2 2 12 36 46 61 74 86 98
3 3 13 37 47 62 75 87 99
4 4 14 38 48 63 76 88 100
5 5 15 39 49 64 77 89 103
6 6 16 40 50 65 80 92 104
7 7 17 41 51 66 81 93 105
8 8 18 42 52 67 82 94 106
9 9 19 43 53 68 83 95 107
10 10 20 44 54 69 84 96 108
Задачі для усного розвrsquoязування
111 Під час накачування повітря в гумову камеру одночасно
збільшується його обrsquoєм і тиск Чи не суперечить це закону Бойля -
Маріотта
112 Чому влітку шини коліс автомобілів накачують повітрям до
меншого тиску ніж взимку
113 Якої форми необхідно взяти посудину щоб сила тиску на дно
дорівнювала вазі рідини Була більша Менша ваги рідини
39
114 У посудині наповненій до краю водою плаває кусок льоду Чи
виллється вода з посудини коли лід розтане
115 Дві кульки ndash мідна та алюмінієва зрівноважені на пружинних
терезах Чи порушиться рівновага терезів якщо кульки упустити у
воду
116 Чи можна перелити воду з однієї склянки в іншу знаходячись в
кабіні штучного супутника Землі
117 Повітря складається з азоту кисню та інших газів Чи однакова
кінетична енергія поступального руху молекул цих газів при даній
температурі
118 Якими способами можна змінити внутрішню енергію тіла
119 В якому випадку зміна тиску газу буде більшою при адіабатній
чи ізотермічній зміні обrsquoєму
120 Чому ізотермічне розширення газу відбувається тільки внаслідок
підведення до нього деякої кількості теплоти
121 Чому в дизелі нема потреби запалювати пальну суміш
електричною іскрою як це робиться в інших двигунах
122 Під час роботи пневматичний молот що працює за рахунок
енергії стиснутого повітря зовні обмерзає Яка причина охолодження
123 Після сильного шторму вода в морі стає теплішою Чому
124 Деяку масу ідеального газу нагрівають на однакову кількість
градусів один раз при сталому тиску а другий раз при сталому обrsquoємі
В якому випадку потрібна більша кількість теплоти Чому
125 Чому вода на дні океану залишається холодною в той час як по
мірі просування в глибину Землі на кожні 100 м температура
збільшується приблизно на 3deg
40
126 Чи може теплова машина мати ККД=100 якщо працюватиме за
ідеальним циклом
127 Чи можна створити умови за яких внутрішня енергія переходила
б від тіл з нижчою температурою до тіл з вищою температурою
128 Чи охолоне повітря в кімнаті якщо відчинити двері домашнього
холодильника ввімкнутого в мережу
129 Чому температура пари яка надходить у парову турбіну нижча
за температуру пари що виходить з неї
130 Накреслити криві ізобарного ізохорного ізотермічного процесів
на діаграмах залежності V T P T P V
131 Як пояснити утворення роси і туману
132 Коли і чому на дроті лінії електропередач зrsquoявляється іній
133 Обrsquoєм посудини в якій міститься насичена пара ізотермічно
збільшили в 5 разів Що сталося з тиском пари
134 Чому туман зrsquoявляється в вечірній час а зранку зникає
135 Чому після дощу стає холодніше Пояснити це явище
4 Довідкові дані
Фундаментальні фізичні сталі
Гравітаційна стала 221110676 кгмНG sdotsdot= minus
Прискорення вільного падіння 2см819=g
Стала Авогадро 12310026 minussdot= мольN A
Стала Больцмана КДжk2310381 minussdot=
Стала Лошмідта 3250 10692 minussdot= мn
Газова стала КмольДжR sdot= 3148
41
Молярний обrsquoєм ідеального газу
при ну мольмV
330 1041322 minussdot=
Густина деяких речовин
Речов
ина ρsdot10
3 (кгм
3) Речовина ρsdot10
3
(кгм3)
мідь 86 вода 100
залізо 79 гліцерин 126
свине
ць
113 касторове
масло
089
ртуть 136 повітря 000129
Молярні маси деяких речовин
Речовин
а
Молекул
а
micro10- 3
кгмоль Речовина
Молекул
а
micro10-3
кгмоль
Азот N2 28 Гелій Hе 4
Аргон Ar 40 Кисень О2 32
Неон Ne 20 Повітря - 29
Вода H2O 18 Ртуть Hg 201
Водень H2 2 Кухонна
сіль NaCl 58
Вуглекг CO2 44
Нормальні умови
КT 2730 = атмстртммПаp 176010011 50 ==sdot=
Питомі теплоємності для деяких речовин
Сталь КкгДжc sdot= 460
Свинець КкгДжс sdot= 126
Питома теплота плавлення свинцю КкгДж sdotsdot= 410262λ
42
Символи і відносні атомні маси деяких хімічних елементів
H He C N O Cu K Li Na
1 4 12 14 16 64 39 6 23
Деякі параметри води
питома теплота пароутворення при 100degС ndash кгМДжr 262=
питома теплоємність ndash КкгкДжс sdot= 194
питома теплота плавлення при 0degС ndash кгДж510353 sdot=λ
43
Критичні параметри
Елемент КкрT
МПакрp
азот 12
6
34
кисень 15
4
507
Ефективні діаметри молекул
Елем
ент
нмσ
азот 03
0
гелій 02
0
Префікси для утворення кратних одиниць
Префікс Позначення Числове
значення Префікс Позначення
Числове
значення
тера Т T 1012
піко п p 10-12
гіга Г G 109 нано н n 10
-9
мега М M 106 мікро мк micro 10
-6
кіло к k 103 мілі м m 10
-3
Одиниці довжини обrsquoєму тиску концентрації кількості
теплоти коефіцієнта дифузії використані в задачах (в СІ) 333 10111 мдмл minussdot== Нкгс 891 = Джкал 1941 =
мдм 1101 minus= мсм 2101 minus= 363 101 мсм minus= 363 101 мсм =minus
Памкгс 891 2 = ПаабомНсмкгс 242 10891 sdot=
Паммкгс 62 10891 sdot= Паатм 5100111 sdot= (фізична атмосфера)
44
Паат 5109801 sdot= (технічна атмосфера) смссм 101 242 minus=
45
Одиниці в яких вимірюються деякі фізичні величини (в СІ)
Робота енергія ЕА Дж
Кількість теплоти Q Дж
Потужність P або N Джс=Вт
Тиск р Па=Нм2
Молярна маса micro кгмоль
Концентрація п м-3
Теплоємність питома с ДжкгmiddotК
Теплоємність молярна С ДжмольmiddotК
Поверхневий натяг α Нм
Динамічна вrsquoязкість η Паmiddotс=Нmiddotсм2=кгмmiddotс
Коефіцієнт дифузії D м2с
Коефіцієнт теплопровідності κ ВтмmiddotК
Приріст ентропії S∆ ДжК
Сталі Ван-дер-Ваальса а та b Нmiddotм4моль
2 та м
3моль
5Література
1 Загальна фізика за редакцією Ковалець МО Орленка ВФ
Частина1 Інтерактивний комплекс навчально-методичного
забезпечення Рівне 2009
2 Волькенштейн ВС Сборник задач по общему курсу физики- М
ldquoНаукаrdquo1985-1989
3 Иродов ИЕ Задачи по общей физике-МrdquoНаукаrdquo 1982
4 Савельев ИВ Сборник вопросов и задач по общей физике-
МldquoНаукаrdquo1982
5 Чертов АГВоробьев АА Федоров МВ Задачник по физике -М
ldquoВысшая школаrdquo1988
6 Х Кухлинг Справочник по физике-М ldquoМирrdquo1985
35
Зобразити описаний процес графічно і визначити відношення
Vp cc газу (14)
Цикл Карно ентропія
80 Ідеальна теплова машина що працює за циклом Карно отримує за
кожний цикл від нагрівника 600 кал теплоти Температура
нагрівника 400 К температура холодильника 300 К Знайти
роботу що виконує машина за один цикл і кількість теплоти
котра віддається холодильнику за один цикл
( А=630 Дж Q2=1880 Дж)
81 Ідеальна теплова машина що працює за циклом Карно 23
теплоти одержаної від нагрівника передає холодильнику з
температурою 10degС Визначити температуру нагрівника (4245 К)
82 Ідеальна теплова машина працює за циклом Карно При цьому
80 теплоти одержаної від нагрівника передається
холодильнику Від нагрівника надходить за цикл 15 ккал теплоти
Знайти 1) ККД циклу 2) роботу виконану за цикл
( 1) 20 2) 126sdot103Дж)
83 Ідеальна теплова машина що працює за циклом Карно виконує
за один цикл роботу 735sdot 10 4 Дж Температура нагрівника 100
0 С
температура холодильника 00 С Знайти1) ККД машини
2) кількість теплоти одержаної машиною за один цикл від
нагрівника 3) кількість теплоти яка віддається за один цикл
холодильнику ( 1) 268 2) 274 sdot10 4 Дж 3) 126 sdot10
4 Дж)
84 Ідеальна теплова машина отримує від нагрівника температура
якого 500 К за один цикл 3360 Дж теплоти Знайти кількість
теплоти що передається за один цикл холодильнику температура
якого 400 К Знайти роботу машини за один цикл
(Q2= 2688 Дж А= 672 Дж)
85 Ідеальна теплова машина що працює за циклом Карно має
температуру нагрівника 600 К а холодильника 500 К У скільки
разів потрібно збільшити абсолютну температуру нагрівника щоб
ККД машини збільшився вдвічі (в 125)
86 Визначити ККД циклу і температуру нагрівника теплової
машини яка працює за циклом Карно якщо за рахунок 2 кДж
теплоти одержаної від нагрівника вона виконує роботу 400 Дж
Температура холодильника 480 К (20 600 К)
36
87 Знайти зміну ентропії при ізотермічному розширенні 6 г водню зі
зменшенням тиску від 01 МПа до 50 кПа (173 ДжК)
88 105 г азоту ізотермічно розширюються від обrsquoєму лV 21 = до
обrsquoєму лV 52 = Знайти приріст ентропії в цьому процесі
(29 ДжК)
89 10 г кисню нагріваються від Ct deg= 501 до Ct deg= 1502 Знайти зміну
ентропії якщо нагрівання відбувається 1) ізохорно 2) ізобарно
( 1) 176 ДжК 2) 246 ДжК )
90 У циклі Карно робочим тілом є двоатомний газ Визначити ККД
циклу якщо при адіабатичному розширенні обrsquoєм газу збільшився
від 80 до 102 дм3 (01 або 10)
91 05 кг розплавленого свинцю при температурі плавлення влили в
лід при 0degС Частина льоду розплавилася Знайти зміну ентропії
(50 ДжК)
Реальні гази явища перенесення
92 Знайти критичний молярний обrsquoєм азоту
93 Розрахувати густину кисню у критичному стані
94 Знайти середню довжину вільного пробігу атомів гелію в умовах
коли густина гелію 321 мг=ρ (18sdot10-6 м)
95 Знайти середню довжину вільного пробігу атомів азоту при
температурі 17 0 С і тиску 10
4 Па ( м610 minus=λ )
96 Знайти залежність середнього числа зіткнень молекул z ідеального
газу від тиску р в наступних процесах 1) ізохорному
2)ізотермічному Зобразити ці залежності на графіках
( pzpz asympasymp )2)1 )
97 У посудині знаходиться вуглекислий газ густина якого 321012 мкгminussdot=ρ середня довжина вільного пробігу його
молекул при цих умовах дорівнює см61097 minussdot=λ Знайти
діаметр молекул вуглекислого газу ( d =35sdot 10 -10
м )
37
98 Знайти діаметр молекули кисню якщо відомо що для кисню
коефіцієнт внутрішнього тертя при 0ordm С дорівнює
сПа sdotsdot= minus610818η ( d = 3middot10
-10 м)
99 Знайти динамічну вrsquoязкість азоту при нормальних умовах якщо
коефіцієнт дифузії для нього при цих умовах дорівнює
сcм21420 (η = 178sdot10-5 Паsdotс)
100 Знайти коефіцієнт теплопровідності водню якщо його
динамічна вrsquoязкість при таких самих умовах рівна смкПа sdot68
(0090 ВтмmiddotК)
101 Коефіцієнт дифузії і динамічної вrsquoязкість кисню дорівнюють
см2510221
minussdot та сПа sdotsdot= minus510951η відповідно Знайти при
цих умовах 1) густину кисню 2) середню довжину вільного
пробігу його молекул і 3) середню арифметичну швидкість його
молекул ( 1) 16 кгм3 2) 835sdot10
-8 м 3) 440 мс)
102 Знайти залежність коефіцієнта теплопровідності κ газу від
температури Т в умовах ізобарного та ізохорного процесів
Зобразити ці залежності графічно (1 κ~ Т 2 κ~ Т )
103 Зайти коефіцієнт дифузії при нормальних умовах 1)гелію
2)кисню ( 1) сcм2720 2) сcм2180 )
104 Коефіцієнт дифузії D кисню при температурі t=0ordmС дорівнює
019 см2с Визначити середню довжину вільного пробігу λ
молекул кисню ( λ =135 нм)
105 Визначити залежність коефіцієнта дифузії D ідеального газу від
температури при наступних процесах 1)ізобарному
2)ізохорному ( 1) D~ 3Т 2) D~ Т )
106 Визначити залежність динамічної вrsquoязкості η від температури Т
при наступних процесах 1)ізобарному 2) ізохорному Зобразити
ці залежності на графіках ( 1) η ~ Т 2) η ~ Т )
107 Знайти коефіцієнт дифузії та коефіцієнт внутрішнього тертя
повітря при тиску 760 мм рт ст і температурі 10ordmС Діаметр
молекули повітря прийняти 3middot10-1 м
(148middot10-5 м
2с 185middot10
- 5 Паsdotс)
108 У скільки разів коефіцієнт внутрішнього тертя кисню більший за
коефіцієнт внутрішнього тертя азоту Температура газів
однакова (107)
38
109 Знайти коефіцієнт теплопровідності повітря при температурі
10ordmС і тиску 105 Па Діаметр молекули повітря прийняти рівним
3middot10-8 см (132middot10
-3 ВтмmiddotК)
110 Знайти залежність коефіцієнта теплопровідностіκ від тиску р
при наступних процесах 1)ізотермічному 2)ізохоричному
Зобразити ці залежності на графіках
( 1) Не залежить 2) κ ~ р )
Таблиця для самостійної роботи
Варіанти
завдань
Номери задач
1 1 11 35 45 60 73 85 97
2 2 12 36 46 61 74 86 98
3 3 13 37 47 62 75 87 99
4 4 14 38 48 63 76 88 100
5 5 15 39 49 64 77 89 103
6 6 16 40 50 65 80 92 104
7 7 17 41 51 66 81 93 105
8 8 18 42 52 67 82 94 106
9 9 19 43 53 68 83 95 107
10 10 20 44 54 69 84 96 108
Задачі для усного розвrsquoязування
111 Під час накачування повітря в гумову камеру одночасно
збільшується його обrsquoєм і тиск Чи не суперечить це закону Бойля -
Маріотта
112 Чому влітку шини коліс автомобілів накачують повітрям до
меншого тиску ніж взимку
113 Якої форми необхідно взяти посудину щоб сила тиску на дно
дорівнювала вазі рідини Була більша Менша ваги рідини
39
114 У посудині наповненій до краю водою плаває кусок льоду Чи
виллється вода з посудини коли лід розтане
115 Дві кульки ndash мідна та алюмінієва зрівноважені на пружинних
терезах Чи порушиться рівновага терезів якщо кульки упустити у
воду
116 Чи можна перелити воду з однієї склянки в іншу знаходячись в
кабіні штучного супутника Землі
117 Повітря складається з азоту кисню та інших газів Чи однакова
кінетична енергія поступального руху молекул цих газів при даній
температурі
118 Якими способами можна змінити внутрішню енергію тіла
119 В якому випадку зміна тиску газу буде більшою при адіабатній
чи ізотермічній зміні обrsquoєму
120 Чому ізотермічне розширення газу відбувається тільки внаслідок
підведення до нього деякої кількості теплоти
121 Чому в дизелі нема потреби запалювати пальну суміш
електричною іскрою як це робиться в інших двигунах
122 Під час роботи пневматичний молот що працює за рахунок
енергії стиснутого повітря зовні обмерзає Яка причина охолодження
123 Після сильного шторму вода в морі стає теплішою Чому
124 Деяку масу ідеального газу нагрівають на однакову кількість
градусів один раз при сталому тиску а другий раз при сталому обrsquoємі
В якому випадку потрібна більша кількість теплоти Чому
125 Чому вода на дні океану залишається холодною в той час як по
мірі просування в глибину Землі на кожні 100 м температура
збільшується приблизно на 3deg
40
126 Чи може теплова машина мати ККД=100 якщо працюватиме за
ідеальним циклом
127 Чи можна створити умови за яких внутрішня енергія переходила
б від тіл з нижчою температурою до тіл з вищою температурою
128 Чи охолоне повітря в кімнаті якщо відчинити двері домашнього
холодильника ввімкнутого в мережу
129 Чому температура пари яка надходить у парову турбіну нижча
за температуру пари що виходить з неї
130 Накреслити криві ізобарного ізохорного ізотермічного процесів
на діаграмах залежності V T P T P V
131 Як пояснити утворення роси і туману
132 Коли і чому на дроті лінії електропередач зrsquoявляється іній
133 Обrsquoєм посудини в якій міститься насичена пара ізотермічно
збільшили в 5 разів Що сталося з тиском пари
134 Чому туман зrsquoявляється в вечірній час а зранку зникає
135 Чому після дощу стає холодніше Пояснити це явище
4 Довідкові дані
Фундаментальні фізичні сталі
Гравітаційна стала 221110676 кгмНG sdotsdot= minus
Прискорення вільного падіння 2см819=g
Стала Авогадро 12310026 minussdot= мольN A
Стала Больцмана КДжk2310381 minussdot=
Стала Лошмідта 3250 10692 minussdot= мn
Газова стала КмольДжR sdot= 3148
41
Молярний обrsquoєм ідеального газу
при ну мольмV
330 1041322 minussdot=
Густина деяких речовин
Речов
ина ρsdot10
3 (кгм
3) Речовина ρsdot10
3
(кгм3)
мідь 86 вода 100
залізо 79 гліцерин 126
свине
ць
113 касторове
масло
089
ртуть 136 повітря 000129
Молярні маси деяких речовин
Речовин
а
Молекул
а
micro10- 3
кгмоль Речовина
Молекул
а
micro10-3
кгмоль
Азот N2 28 Гелій Hе 4
Аргон Ar 40 Кисень О2 32
Неон Ne 20 Повітря - 29
Вода H2O 18 Ртуть Hg 201
Водень H2 2 Кухонна
сіль NaCl 58
Вуглекг CO2 44
Нормальні умови
КT 2730 = атмстртммПаp 176010011 50 ==sdot=
Питомі теплоємності для деяких речовин
Сталь КкгДжc sdot= 460
Свинець КкгДжс sdot= 126
Питома теплота плавлення свинцю КкгДж sdotsdot= 410262λ
42
Символи і відносні атомні маси деяких хімічних елементів
H He C N O Cu K Li Na
1 4 12 14 16 64 39 6 23
Деякі параметри води
питома теплота пароутворення при 100degС ndash кгМДжr 262=
питома теплоємність ndash КкгкДжс sdot= 194
питома теплота плавлення при 0degС ndash кгДж510353 sdot=λ
43
Критичні параметри
Елемент КкрT
МПакрp
азот 12
6
34
кисень 15
4
507
Ефективні діаметри молекул
Елем
ент
нмσ
азот 03
0
гелій 02
0
Префікси для утворення кратних одиниць
Префікс Позначення Числове
значення Префікс Позначення
Числове
значення
тера Т T 1012
піко п p 10-12
гіга Г G 109 нано н n 10
-9
мега М M 106 мікро мк micro 10
-6
кіло к k 103 мілі м m 10
-3
Одиниці довжини обrsquoєму тиску концентрації кількості
теплоти коефіцієнта дифузії використані в задачах (в СІ) 333 10111 мдмл minussdot== Нкгс 891 = Джкал 1941 =
мдм 1101 minus= мсм 2101 minus= 363 101 мсм minus= 363 101 мсм =minus
Памкгс 891 2 = ПаабомНсмкгс 242 10891 sdot=
Паммкгс 62 10891 sdot= Паатм 5100111 sdot= (фізична атмосфера)
44
Паат 5109801 sdot= (технічна атмосфера) смссм 101 242 minus=
45
Одиниці в яких вимірюються деякі фізичні величини (в СІ)
Робота енергія ЕА Дж
Кількість теплоти Q Дж
Потужність P або N Джс=Вт
Тиск р Па=Нм2
Молярна маса micro кгмоль
Концентрація п м-3
Теплоємність питома с ДжкгmiddotК
Теплоємність молярна С ДжмольmiddotК
Поверхневий натяг α Нм
Динамічна вrsquoязкість η Паmiddotс=Нmiddotсм2=кгмmiddotс
Коефіцієнт дифузії D м2с
Коефіцієнт теплопровідності κ ВтмmiddotК
Приріст ентропії S∆ ДжК
Сталі Ван-дер-Ваальса а та b Нmiddotм4моль
2 та м
3моль
5Література
1 Загальна фізика за редакцією Ковалець МО Орленка ВФ
Частина1 Інтерактивний комплекс навчально-методичного
забезпечення Рівне 2009
2 Волькенштейн ВС Сборник задач по общему курсу физики- М
ldquoНаукаrdquo1985-1989
3 Иродов ИЕ Задачи по общей физике-МrdquoНаукаrdquo 1982
4 Савельев ИВ Сборник вопросов и задач по общей физике-
МldquoНаукаrdquo1982
5 Чертов АГВоробьев АА Федоров МВ Задачник по физике -М
ldquoВысшая школаrdquo1988
6 Х Кухлинг Справочник по физике-М ldquoМирrdquo1985
36
87 Знайти зміну ентропії при ізотермічному розширенні 6 г водню зі
зменшенням тиску від 01 МПа до 50 кПа (173 ДжК)
88 105 г азоту ізотермічно розширюються від обrsquoєму лV 21 = до
обrsquoєму лV 52 = Знайти приріст ентропії в цьому процесі
(29 ДжК)
89 10 г кисню нагріваються від Ct deg= 501 до Ct deg= 1502 Знайти зміну
ентропії якщо нагрівання відбувається 1) ізохорно 2) ізобарно
( 1) 176 ДжК 2) 246 ДжК )
90 У циклі Карно робочим тілом є двоатомний газ Визначити ККД
циклу якщо при адіабатичному розширенні обrsquoєм газу збільшився
від 80 до 102 дм3 (01 або 10)
91 05 кг розплавленого свинцю при температурі плавлення влили в
лід при 0degС Частина льоду розплавилася Знайти зміну ентропії
(50 ДжК)
Реальні гази явища перенесення
92 Знайти критичний молярний обrsquoєм азоту
93 Розрахувати густину кисню у критичному стані
94 Знайти середню довжину вільного пробігу атомів гелію в умовах
коли густина гелію 321 мг=ρ (18sdot10-6 м)
95 Знайти середню довжину вільного пробігу атомів азоту при
температурі 17 0 С і тиску 10
4 Па ( м610 minus=λ )
96 Знайти залежність середнього числа зіткнень молекул z ідеального
газу від тиску р в наступних процесах 1) ізохорному
2)ізотермічному Зобразити ці залежності на графіках
( pzpz asympasymp )2)1 )
97 У посудині знаходиться вуглекислий газ густина якого 321012 мкгminussdot=ρ середня довжина вільного пробігу його
молекул при цих умовах дорівнює см61097 minussdot=λ Знайти
діаметр молекул вуглекислого газу ( d =35sdot 10 -10
м )
37
98 Знайти діаметр молекули кисню якщо відомо що для кисню
коефіцієнт внутрішнього тертя при 0ordm С дорівнює
сПа sdotsdot= minus610818η ( d = 3middot10
-10 м)
99 Знайти динамічну вrsquoязкість азоту при нормальних умовах якщо
коефіцієнт дифузії для нього при цих умовах дорівнює
сcм21420 (η = 178sdot10-5 Паsdotс)
100 Знайти коефіцієнт теплопровідності водню якщо його
динамічна вrsquoязкість при таких самих умовах рівна смкПа sdot68
(0090 ВтмmiddotК)
101 Коефіцієнт дифузії і динамічної вrsquoязкість кисню дорівнюють
см2510221
minussdot та сПа sdotsdot= minus510951η відповідно Знайти при
цих умовах 1) густину кисню 2) середню довжину вільного
пробігу його молекул і 3) середню арифметичну швидкість його
молекул ( 1) 16 кгм3 2) 835sdot10
-8 м 3) 440 мс)
102 Знайти залежність коефіцієнта теплопровідності κ газу від
температури Т в умовах ізобарного та ізохорного процесів
Зобразити ці залежності графічно (1 κ~ Т 2 κ~ Т )
103 Зайти коефіцієнт дифузії при нормальних умовах 1)гелію
2)кисню ( 1) сcм2720 2) сcм2180 )
104 Коефіцієнт дифузії D кисню при температурі t=0ordmС дорівнює
019 см2с Визначити середню довжину вільного пробігу λ
молекул кисню ( λ =135 нм)
105 Визначити залежність коефіцієнта дифузії D ідеального газу від
температури при наступних процесах 1)ізобарному
2)ізохорному ( 1) D~ 3Т 2) D~ Т )
106 Визначити залежність динамічної вrsquoязкості η від температури Т
при наступних процесах 1)ізобарному 2) ізохорному Зобразити
ці залежності на графіках ( 1) η ~ Т 2) η ~ Т )
107 Знайти коефіцієнт дифузії та коефіцієнт внутрішнього тертя
повітря при тиску 760 мм рт ст і температурі 10ordmС Діаметр
молекули повітря прийняти 3middot10-1 м
(148middot10-5 м
2с 185middot10
- 5 Паsdotс)
108 У скільки разів коефіцієнт внутрішнього тертя кисню більший за
коефіцієнт внутрішнього тертя азоту Температура газів
однакова (107)
38
109 Знайти коефіцієнт теплопровідності повітря при температурі
10ordmС і тиску 105 Па Діаметр молекули повітря прийняти рівним
3middot10-8 см (132middot10
-3 ВтмmiddotК)
110 Знайти залежність коефіцієнта теплопровідностіκ від тиску р
при наступних процесах 1)ізотермічному 2)ізохоричному
Зобразити ці залежності на графіках
( 1) Не залежить 2) κ ~ р )
Таблиця для самостійної роботи
Варіанти
завдань
Номери задач
1 1 11 35 45 60 73 85 97
2 2 12 36 46 61 74 86 98
3 3 13 37 47 62 75 87 99
4 4 14 38 48 63 76 88 100
5 5 15 39 49 64 77 89 103
6 6 16 40 50 65 80 92 104
7 7 17 41 51 66 81 93 105
8 8 18 42 52 67 82 94 106
9 9 19 43 53 68 83 95 107
10 10 20 44 54 69 84 96 108
Задачі для усного розвrsquoязування
111 Під час накачування повітря в гумову камеру одночасно
збільшується його обrsquoєм і тиск Чи не суперечить це закону Бойля -
Маріотта
112 Чому влітку шини коліс автомобілів накачують повітрям до
меншого тиску ніж взимку
113 Якої форми необхідно взяти посудину щоб сила тиску на дно
дорівнювала вазі рідини Була більша Менша ваги рідини
39
114 У посудині наповненій до краю водою плаває кусок льоду Чи
виллється вода з посудини коли лід розтане
115 Дві кульки ndash мідна та алюмінієва зрівноважені на пружинних
терезах Чи порушиться рівновага терезів якщо кульки упустити у
воду
116 Чи можна перелити воду з однієї склянки в іншу знаходячись в
кабіні штучного супутника Землі
117 Повітря складається з азоту кисню та інших газів Чи однакова
кінетична енергія поступального руху молекул цих газів при даній
температурі
118 Якими способами можна змінити внутрішню енергію тіла
119 В якому випадку зміна тиску газу буде більшою при адіабатній
чи ізотермічній зміні обrsquoєму
120 Чому ізотермічне розширення газу відбувається тільки внаслідок
підведення до нього деякої кількості теплоти
121 Чому в дизелі нема потреби запалювати пальну суміш
електричною іскрою як це робиться в інших двигунах
122 Під час роботи пневматичний молот що працює за рахунок
енергії стиснутого повітря зовні обмерзає Яка причина охолодження
123 Після сильного шторму вода в морі стає теплішою Чому
124 Деяку масу ідеального газу нагрівають на однакову кількість
градусів один раз при сталому тиску а другий раз при сталому обrsquoємі
В якому випадку потрібна більша кількість теплоти Чому
125 Чому вода на дні океану залишається холодною в той час як по
мірі просування в глибину Землі на кожні 100 м температура
збільшується приблизно на 3deg
40
126 Чи може теплова машина мати ККД=100 якщо працюватиме за
ідеальним циклом
127 Чи можна створити умови за яких внутрішня енергія переходила
б від тіл з нижчою температурою до тіл з вищою температурою
128 Чи охолоне повітря в кімнаті якщо відчинити двері домашнього
холодильника ввімкнутого в мережу
129 Чому температура пари яка надходить у парову турбіну нижча
за температуру пари що виходить з неї
130 Накреслити криві ізобарного ізохорного ізотермічного процесів
на діаграмах залежності V T P T P V
131 Як пояснити утворення роси і туману
132 Коли і чому на дроті лінії електропередач зrsquoявляється іній
133 Обrsquoєм посудини в якій міститься насичена пара ізотермічно
збільшили в 5 разів Що сталося з тиском пари
134 Чому туман зrsquoявляється в вечірній час а зранку зникає
135 Чому після дощу стає холодніше Пояснити це явище
4 Довідкові дані
Фундаментальні фізичні сталі
Гравітаційна стала 221110676 кгмНG sdotsdot= minus
Прискорення вільного падіння 2см819=g
Стала Авогадро 12310026 minussdot= мольN A
Стала Больцмана КДжk2310381 minussdot=
Стала Лошмідта 3250 10692 minussdot= мn
Газова стала КмольДжR sdot= 3148
41
Молярний обrsquoєм ідеального газу
при ну мольмV
330 1041322 minussdot=
Густина деяких речовин
Речов
ина ρsdot10
3 (кгм
3) Речовина ρsdot10
3
(кгм3)
мідь 86 вода 100
залізо 79 гліцерин 126
свине
ць
113 касторове
масло
089
ртуть 136 повітря 000129
Молярні маси деяких речовин
Речовин
а
Молекул
а
micro10- 3
кгмоль Речовина
Молекул
а
micro10-3
кгмоль
Азот N2 28 Гелій Hе 4
Аргон Ar 40 Кисень О2 32
Неон Ne 20 Повітря - 29
Вода H2O 18 Ртуть Hg 201
Водень H2 2 Кухонна
сіль NaCl 58
Вуглекг CO2 44
Нормальні умови
КT 2730 = атмстртммПаp 176010011 50 ==sdot=
Питомі теплоємності для деяких речовин
Сталь КкгДжc sdot= 460
Свинець КкгДжс sdot= 126
Питома теплота плавлення свинцю КкгДж sdotsdot= 410262λ
42
Символи і відносні атомні маси деяких хімічних елементів
H He C N O Cu K Li Na
1 4 12 14 16 64 39 6 23
Деякі параметри води
питома теплота пароутворення при 100degС ndash кгМДжr 262=
питома теплоємність ndash КкгкДжс sdot= 194
питома теплота плавлення при 0degС ndash кгДж510353 sdot=λ
43
Критичні параметри
Елемент КкрT
МПакрp
азот 12
6
34
кисень 15
4
507
Ефективні діаметри молекул
Елем
ент
нмσ
азот 03
0
гелій 02
0
Префікси для утворення кратних одиниць
Префікс Позначення Числове
значення Префікс Позначення
Числове
значення
тера Т T 1012
піко п p 10-12
гіга Г G 109 нано н n 10
-9
мега М M 106 мікро мк micro 10
-6
кіло к k 103 мілі м m 10
-3
Одиниці довжини обrsquoєму тиску концентрації кількості
теплоти коефіцієнта дифузії використані в задачах (в СІ) 333 10111 мдмл minussdot== Нкгс 891 = Джкал 1941 =
мдм 1101 minus= мсм 2101 minus= 363 101 мсм minus= 363 101 мсм =minus
Памкгс 891 2 = ПаабомНсмкгс 242 10891 sdot=
Паммкгс 62 10891 sdot= Паатм 5100111 sdot= (фізична атмосфера)
44
Паат 5109801 sdot= (технічна атмосфера) смссм 101 242 minus=
45
Одиниці в яких вимірюються деякі фізичні величини (в СІ)
Робота енергія ЕА Дж
Кількість теплоти Q Дж
Потужність P або N Джс=Вт
Тиск р Па=Нм2
Молярна маса micro кгмоль
Концентрація п м-3
Теплоємність питома с ДжкгmiddotК
Теплоємність молярна С ДжмольmiddotК
Поверхневий натяг α Нм
Динамічна вrsquoязкість η Паmiddotс=Нmiddotсм2=кгмmiddotс
Коефіцієнт дифузії D м2с
Коефіцієнт теплопровідності κ ВтмmiddotК
Приріст ентропії S∆ ДжК
Сталі Ван-дер-Ваальса а та b Нmiddotм4моль
2 та м
3моль
5Література
1 Загальна фізика за редакцією Ковалець МО Орленка ВФ
Частина1 Інтерактивний комплекс навчально-методичного
забезпечення Рівне 2009
2 Волькенштейн ВС Сборник задач по общему курсу физики- М
ldquoНаукаrdquo1985-1989
3 Иродов ИЕ Задачи по общей физике-МrdquoНаукаrdquo 1982
4 Савельев ИВ Сборник вопросов и задач по общей физике-
МldquoНаукаrdquo1982
5 Чертов АГВоробьев АА Федоров МВ Задачник по физике -М
ldquoВысшая школаrdquo1988
6 Х Кухлинг Справочник по физике-М ldquoМирrdquo1985
37
98 Знайти діаметр молекули кисню якщо відомо що для кисню
коефіцієнт внутрішнього тертя при 0ordm С дорівнює
сПа sdotsdot= minus610818η ( d = 3middot10
-10 м)
99 Знайти динамічну вrsquoязкість азоту при нормальних умовах якщо
коефіцієнт дифузії для нього при цих умовах дорівнює
сcм21420 (η = 178sdot10-5 Паsdotс)
100 Знайти коефіцієнт теплопровідності водню якщо його
динамічна вrsquoязкість при таких самих умовах рівна смкПа sdot68
(0090 ВтмmiddotК)
101 Коефіцієнт дифузії і динамічної вrsquoязкість кисню дорівнюють
см2510221
minussdot та сПа sdotsdot= minus510951η відповідно Знайти при
цих умовах 1) густину кисню 2) середню довжину вільного
пробігу його молекул і 3) середню арифметичну швидкість його
молекул ( 1) 16 кгм3 2) 835sdot10
-8 м 3) 440 мс)
102 Знайти залежність коефіцієнта теплопровідності κ газу від
температури Т в умовах ізобарного та ізохорного процесів
Зобразити ці залежності графічно (1 κ~ Т 2 κ~ Т )
103 Зайти коефіцієнт дифузії при нормальних умовах 1)гелію
2)кисню ( 1) сcм2720 2) сcм2180 )
104 Коефіцієнт дифузії D кисню при температурі t=0ordmС дорівнює
019 см2с Визначити середню довжину вільного пробігу λ
молекул кисню ( λ =135 нм)
105 Визначити залежність коефіцієнта дифузії D ідеального газу від
температури при наступних процесах 1)ізобарному
2)ізохорному ( 1) D~ 3Т 2) D~ Т )
106 Визначити залежність динамічної вrsquoязкості η від температури Т
при наступних процесах 1)ізобарному 2) ізохорному Зобразити
ці залежності на графіках ( 1) η ~ Т 2) η ~ Т )
107 Знайти коефіцієнт дифузії та коефіцієнт внутрішнього тертя
повітря при тиску 760 мм рт ст і температурі 10ordmС Діаметр
молекули повітря прийняти 3middot10-1 м
(148middot10-5 м
2с 185middot10
- 5 Паsdotс)
108 У скільки разів коефіцієнт внутрішнього тертя кисню більший за
коефіцієнт внутрішнього тертя азоту Температура газів
однакова (107)
38
109 Знайти коефіцієнт теплопровідності повітря при температурі
10ordmС і тиску 105 Па Діаметр молекули повітря прийняти рівним
3middot10-8 см (132middot10
-3 ВтмmiddotК)
110 Знайти залежність коефіцієнта теплопровідностіκ від тиску р
при наступних процесах 1)ізотермічному 2)ізохоричному
Зобразити ці залежності на графіках
( 1) Не залежить 2) κ ~ р )
Таблиця для самостійної роботи
Варіанти
завдань
Номери задач
1 1 11 35 45 60 73 85 97
2 2 12 36 46 61 74 86 98
3 3 13 37 47 62 75 87 99
4 4 14 38 48 63 76 88 100
5 5 15 39 49 64 77 89 103
6 6 16 40 50 65 80 92 104
7 7 17 41 51 66 81 93 105
8 8 18 42 52 67 82 94 106
9 9 19 43 53 68 83 95 107
10 10 20 44 54 69 84 96 108
Задачі для усного розвrsquoязування
111 Під час накачування повітря в гумову камеру одночасно
збільшується його обrsquoєм і тиск Чи не суперечить це закону Бойля -
Маріотта
112 Чому влітку шини коліс автомобілів накачують повітрям до
меншого тиску ніж взимку
113 Якої форми необхідно взяти посудину щоб сила тиску на дно
дорівнювала вазі рідини Була більша Менша ваги рідини
39
114 У посудині наповненій до краю водою плаває кусок льоду Чи
виллється вода з посудини коли лід розтане
115 Дві кульки ndash мідна та алюмінієва зрівноважені на пружинних
терезах Чи порушиться рівновага терезів якщо кульки упустити у
воду
116 Чи можна перелити воду з однієї склянки в іншу знаходячись в
кабіні штучного супутника Землі
117 Повітря складається з азоту кисню та інших газів Чи однакова
кінетична енергія поступального руху молекул цих газів при даній
температурі
118 Якими способами можна змінити внутрішню енергію тіла
119 В якому випадку зміна тиску газу буде більшою при адіабатній
чи ізотермічній зміні обrsquoєму
120 Чому ізотермічне розширення газу відбувається тільки внаслідок
підведення до нього деякої кількості теплоти
121 Чому в дизелі нема потреби запалювати пальну суміш
електричною іскрою як це робиться в інших двигунах
122 Під час роботи пневматичний молот що працює за рахунок
енергії стиснутого повітря зовні обмерзає Яка причина охолодження
123 Після сильного шторму вода в морі стає теплішою Чому
124 Деяку масу ідеального газу нагрівають на однакову кількість
градусів один раз при сталому тиску а другий раз при сталому обrsquoємі
В якому випадку потрібна більша кількість теплоти Чому
125 Чому вода на дні океану залишається холодною в той час як по
мірі просування в глибину Землі на кожні 100 м температура
збільшується приблизно на 3deg
40
126 Чи може теплова машина мати ККД=100 якщо працюватиме за
ідеальним циклом
127 Чи можна створити умови за яких внутрішня енергія переходила
б від тіл з нижчою температурою до тіл з вищою температурою
128 Чи охолоне повітря в кімнаті якщо відчинити двері домашнього
холодильника ввімкнутого в мережу
129 Чому температура пари яка надходить у парову турбіну нижча
за температуру пари що виходить з неї
130 Накреслити криві ізобарного ізохорного ізотермічного процесів
на діаграмах залежності V T P T P V
131 Як пояснити утворення роси і туману
132 Коли і чому на дроті лінії електропередач зrsquoявляється іній
133 Обrsquoєм посудини в якій міститься насичена пара ізотермічно
збільшили в 5 разів Що сталося з тиском пари
134 Чому туман зrsquoявляється в вечірній час а зранку зникає
135 Чому після дощу стає холодніше Пояснити це явище
4 Довідкові дані
Фундаментальні фізичні сталі
Гравітаційна стала 221110676 кгмНG sdotsdot= minus
Прискорення вільного падіння 2см819=g
Стала Авогадро 12310026 minussdot= мольN A
Стала Больцмана КДжk2310381 minussdot=
Стала Лошмідта 3250 10692 minussdot= мn
Газова стала КмольДжR sdot= 3148
41
Молярний обrsquoєм ідеального газу
при ну мольмV
330 1041322 minussdot=
Густина деяких речовин
Речов
ина ρsdot10
3 (кгм
3) Речовина ρsdot10
3
(кгм3)
мідь 86 вода 100
залізо 79 гліцерин 126
свине
ць
113 касторове
масло
089
ртуть 136 повітря 000129
Молярні маси деяких речовин
Речовин
а
Молекул
а
micro10- 3
кгмоль Речовина
Молекул
а
micro10-3
кгмоль
Азот N2 28 Гелій Hе 4
Аргон Ar 40 Кисень О2 32
Неон Ne 20 Повітря - 29
Вода H2O 18 Ртуть Hg 201
Водень H2 2 Кухонна
сіль NaCl 58
Вуглекг CO2 44
Нормальні умови
КT 2730 = атмстртммПаp 176010011 50 ==sdot=
Питомі теплоємності для деяких речовин
Сталь КкгДжc sdot= 460
Свинець КкгДжс sdot= 126
Питома теплота плавлення свинцю КкгДж sdotsdot= 410262λ
42
Символи і відносні атомні маси деяких хімічних елементів
H He C N O Cu K Li Na
1 4 12 14 16 64 39 6 23
Деякі параметри води
питома теплота пароутворення при 100degС ndash кгМДжr 262=
питома теплоємність ndash КкгкДжс sdot= 194
питома теплота плавлення при 0degС ndash кгДж510353 sdot=λ
43
Критичні параметри
Елемент КкрT
МПакрp
азот 12
6
34
кисень 15
4
507
Ефективні діаметри молекул
Елем
ент
нмσ
азот 03
0
гелій 02
0
Префікси для утворення кратних одиниць
Префікс Позначення Числове
значення Префікс Позначення
Числове
значення
тера Т T 1012
піко п p 10-12
гіга Г G 109 нано н n 10
-9
мега М M 106 мікро мк micro 10
-6
кіло к k 103 мілі м m 10
-3
Одиниці довжини обrsquoєму тиску концентрації кількості
теплоти коефіцієнта дифузії використані в задачах (в СІ) 333 10111 мдмл minussdot== Нкгс 891 = Джкал 1941 =
мдм 1101 minus= мсм 2101 minus= 363 101 мсм minus= 363 101 мсм =minus
Памкгс 891 2 = ПаабомНсмкгс 242 10891 sdot=
Паммкгс 62 10891 sdot= Паатм 5100111 sdot= (фізична атмосфера)
44
Паат 5109801 sdot= (технічна атмосфера) смссм 101 242 minus=
45
Одиниці в яких вимірюються деякі фізичні величини (в СІ)
Робота енергія ЕА Дж
Кількість теплоти Q Дж
Потужність P або N Джс=Вт
Тиск р Па=Нм2
Молярна маса micro кгмоль
Концентрація п м-3
Теплоємність питома с ДжкгmiddotК
Теплоємність молярна С ДжмольmiddotК
Поверхневий натяг α Нм
Динамічна вrsquoязкість η Паmiddotс=Нmiddotсм2=кгмmiddotс
Коефіцієнт дифузії D м2с
Коефіцієнт теплопровідності κ ВтмmiddotК
Приріст ентропії S∆ ДжК
Сталі Ван-дер-Ваальса а та b Нmiddotм4моль
2 та м
3моль
5Література
1 Загальна фізика за редакцією Ковалець МО Орленка ВФ
Частина1 Інтерактивний комплекс навчально-методичного
забезпечення Рівне 2009
2 Волькенштейн ВС Сборник задач по общему курсу физики- М
ldquoНаукаrdquo1985-1989
3 Иродов ИЕ Задачи по общей физике-МrdquoНаукаrdquo 1982
4 Савельев ИВ Сборник вопросов и задач по общей физике-
МldquoНаукаrdquo1982
5 Чертов АГВоробьев АА Федоров МВ Задачник по физике -М
ldquoВысшая школаrdquo1988
6 Х Кухлинг Справочник по физике-М ldquoМирrdquo1985
38
109 Знайти коефіцієнт теплопровідності повітря при температурі
10ordmС і тиску 105 Па Діаметр молекули повітря прийняти рівним
3middot10-8 см (132middot10
-3 ВтмmiddotК)
110 Знайти залежність коефіцієнта теплопровідностіκ від тиску р
при наступних процесах 1)ізотермічному 2)ізохоричному
Зобразити ці залежності на графіках
( 1) Не залежить 2) κ ~ р )
Таблиця для самостійної роботи
Варіанти
завдань
Номери задач
1 1 11 35 45 60 73 85 97
2 2 12 36 46 61 74 86 98
3 3 13 37 47 62 75 87 99
4 4 14 38 48 63 76 88 100
5 5 15 39 49 64 77 89 103
6 6 16 40 50 65 80 92 104
7 7 17 41 51 66 81 93 105
8 8 18 42 52 67 82 94 106
9 9 19 43 53 68 83 95 107
10 10 20 44 54 69 84 96 108
Задачі для усного розвrsquoязування
111 Під час накачування повітря в гумову камеру одночасно
збільшується його обrsquoєм і тиск Чи не суперечить це закону Бойля -
Маріотта
112 Чому влітку шини коліс автомобілів накачують повітрям до
меншого тиску ніж взимку
113 Якої форми необхідно взяти посудину щоб сила тиску на дно
дорівнювала вазі рідини Була більша Менша ваги рідини
39
114 У посудині наповненій до краю водою плаває кусок льоду Чи
виллється вода з посудини коли лід розтане
115 Дві кульки ndash мідна та алюмінієва зрівноважені на пружинних
терезах Чи порушиться рівновага терезів якщо кульки упустити у
воду
116 Чи можна перелити воду з однієї склянки в іншу знаходячись в
кабіні штучного супутника Землі
117 Повітря складається з азоту кисню та інших газів Чи однакова
кінетична енергія поступального руху молекул цих газів при даній
температурі
118 Якими способами можна змінити внутрішню енергію тіла
119 В якому випадку зміна тиску газу буде більшою при адіабатній
чи ізотермічній зміні обrsquoєму
120 Чому ізотермічне розширення газу відбувається тільки внаслідок
підведення до нього деякої кількості теплоти
121 Чому в дизелі нема потреби запалювати пальну суміш
електричною іскрою як це робиться в інших двигунах
122 Під час роботи пневматичний молот що працює за рахунок
енергії стиснутого повітря зовні обмерзає Яка причина охолодження
123 Після сильного шторму вода в морі стає теплішою Чому
124 Деяку масу ідеального газу нагрівають на однакову кількість
градусів один раз при сталому тиску а другий раз при сталому обrsquoємі
В якому випадку потрібна більша кількість теплоти Чому
125 Чому вода на дні океану залишається холодною в той час як по
мірі просування в глибину Землі на кожні 100 м температура
збільшується приблизно на 3deg
40
126 Чи може теплова машина мати ККД=100 якщо працюватиме за
ідеальним циклом
127 Чи можна створити умови за яких внутрішня енергія переходила
б від тіл з нижчою температурою до тіл з вищою температурою
128 Чи охолоне повітря в кімнаті якщо відчинити двері домашнього
холодильника ввімкнутого в мережу
129 Чому температура пари яка надходить у парову турбіну нижча
за температуру пари що виходить з неї
130 Накреслити криві ізобарного ізохорного ізотермічного процесів
на діаграмах залежності V T P T P V
131 Як пояснити утворення роси і туману
132 Коли і чому на дроті лінії електропередач зrsquoявляється іній
133 Обrsquoєм посудини в якій міститься насичена пара ізотермічно
збільшили в 5 разів Що сталося з тиском пари
134 Чому туман зrsquoявляється в вечірній час а зранку зникає
135 Чому після дощу стає холодніше Пояснити це явище
4 Довідкові дані
Фундаментальні фізичні сталі
Гравітаційна стала 221110676 кгмНG sdotsdot= minus
Прискорення вільного падіння 2см819=g
Стала Авогадро 12310026 minussdot= мольN A
Стала Больцмана КДжk2310381 minussdot=
Стала Лошмідта 3250 10692 minussdot= мn
Газова стала КмольДжR sdot= 3148
41
Молярний обrsquoєм ідеального газу
при ну мольмV
330 1041322 minussdot=
Густина деяких речовин
Речов
ина ρsdot10
3 (кгм
3) Речовина ρsdot10
3
(кгм3)
мідь 86 вода 100
залізо 79 гліцерин 126
свине
ць
113 касторове
масло
089
ртуть 136 повітря 000129
Молярні маси деяких речовин
Речовин
а
Молекул
а
micro10- 3
кгмоль Речовина
Молекул
а
micro10-3
кгмоль
Азот N2 28 Гелій Hе 4
Аргон Ar 40 Кисень О2 32
Неон Ne 20 Повітря - 29
Вода H2O 18 Ртуть Hg 201
Водень H2 2 Кухонна
сіль NaCl 58
Вуглекг CO2 44
Нормальні умови
КT 2730 = атмстртммПаp 176010011 50 ==sdot=
Питомі теплоємності для деяких речовин
Сталь КкгДжc sdot= 460
Свинець КкгДжс sdot= 126
Питома теплота плавлення свинцю КкгДж sdotsdot= 410262λ
42
Символи і відносні атомні маси деяких хімічних елементів
H He C N O Cu K Li Na
1 4 12 14 16 64 39 6 23
Деякі параметри води
питома теплота пароутворення при 100degС ndash кгМДжr 262=
питома теплоємність ndash КкгкДжс sdot= 194
питома теплота плавлення при 0degС ndash кгДж510353 sdot=λ
43
Критичні параметри
Елемент КкрT
МПакрp
азот 12
6
34
кисень 15
4
507
Ефективні діаметри молекул
Елем
ент
нмσ
азот 03
0
гелій 02
0
Префікси для утворення кратних одиниць
Префікс Позначення Числове
значення Префікс Позначення
Числове
значення
тера Т T 1012
піко п p 10-12
гіга Г G 109 нано н n 10
-9
мега М M 106 мікро мк micro 10
-6
кіло к k 103 мілі м m 10
-3
Одиниці довжини обrsquoєму тиску концентрації кількості
теплоти коефіцієнта дифузії використані в задачах (в СІ) 333 10111 мдмл minussdot== Нкгс 891 = Джкал 1941 =
мдм 1101 minus= мсм 2101 minus= 363 101 мсм minus= 363 101 мсм =minus
Памкгс 891 2 = ПаабомНсмкгс 242 10891 sdot=
Паммкгс 62 10891 sdot= Паатм 5100111 sdot= (фізична атмосфера)
44
Паат 5109801 sdot= (технічна атмосфера) смссм 101 242 minus=
45
Одиниці в яких вимірюються деякі фізичні величини (в СІ)
Робота енергія ЕА Дж
Кількість теплоти Q Дж
Потужність P або N Джс=Вт
Тиск р Па=Нм2
Молярна маса micro кгмоль
Концентрація п м-3
Теплоємність питома с ДжкгmiddotК
Теплоємність молярна С ДжмольmiddotК
Поверхневий натяг α Нм
Динамічна вrsquoязкість η Паmiddotс=Нmiddotсм2=кгмmiddotс
Коефіцієнт дифузії D м2с
Коефіцієнт теплопровідності κ ВтмmiddotК
Приріст ентропії S∆ ДжК
Сталі Ван-дер-Ваальса а та b Нmiddotм4моль
2 та м
3моль
5Література
1 Загальна фізика за редакцією Ковалець МО Орленка ВФ
Частина1 Інтерактивний комплекс навчально-методичного
забезпечення Рівне 2009
2 Волькенштейн ВС Сборник задач по общему курсу физики- М
ldquoНаукаrdquo1985-1989
3 Иродов ИЕ Задачи по общей физике-МrdquoНаукаrdquo 1982
4 Савельев ИВ Сборник вопросов и задач по общей физике-
МldquoНаукаrdquo1982
5 Чертов АГВоробьев АА Федоров МВ Задачник по физике -М
ldquoВысшая школаrdquo1988
6 Х Кухлинг Справочник по физике-М ldquoМирrdquo1985
39
114 У посудині наповненій до краю водою плаває кусок льоду Чи
виллється вода з посудини коли лід розтане
115 Дві кульки ndash мідна та алюмінієва зрівноважені на пружинних
терезах Чи порушиться рівновага терезів якщо кульки упустити у
воду
116 Чи можна перелити воду з однієї склянки в іншу знаходячись в
кабіні штучного супутника Землі
117 Повітря складається з азоту кисню та інших газів Чи однакова
кінетична енергія поступального руху молекул цих газів при даній
температурі
118 Якими способами можна змінити внутрішню енергію тіла
119 В якому випадку зміна тиску газу буде більшою при адіабатній
чи ізотермічній зміні обrsquoєму
120 Чому ізотермічне розширення газу відбувається тільки внаслідок
підведення до нього деякої кількості теплоти
121 Чому в дизелі нема потреби запалювати пальну суміш
електричною іскрою як це робиться в інших двигунах
122 Під час роботи пневматичний молот що працює за рахунок
енергії стиснутого повітря зовні обмерзає Яка причина охолодження
123 Після сильного шторму вода в морі стає теплішою Чому
124 Деяку масу ідеального газу нагрівають на однакову кількість
градусів один раз при сталому тиску а другий раз при сталому обrsquoємі
В якому випадку потрібна більша кількість теплоти Чому
125 Чому вода на дні океану залишається холодною в той час як по
мірі просування в глибину Землі на кожні 100 м температура
збільшується приблизно на 3deg
40
126 Чи може теплова машина мати ККД=100 якщо працюватиме за
ідеальним циклом
127 Чи можна створити умови за яких внутрішня енергія переходила
б від тіл з нижчою температурою до тіл з вищою температурою
128 Чи охолоне повітря в кімнаті якщо відчинити двері домашнього
холодильника ввімкнутого в мережу
129 Чому температура пари яка надходить у парову турбіну нижча
за температуру пари що виходить з неї
130 Накреслити криві ізобарного ізохорного ізотермічного процесів
на діаграмах залежності V T P T P V
131 Як пояснити утворення роси і туману
132 Коли і чому на дроті лінії електропередач зrsquoявляється іній
133 Обrsquoєм посудини в якій міститься насичена пара ізотермічно
збільшили в 5 разів Що сталося з тиском пари
134 Чому туман зrsquoявляється в вечірній час а зранку зникає
135 Чому після дощу стає холодніше Пояснити це явище
4 Довідкові дані
Фундаментальні фізичні сталі
Гравітаційна стала 221110676 кгмНG sdotsdot= minus
Прискорення вільного падіння 2см819=g
Стала Авогадро 12310026 minussdot= мольN A
Стала Больцмана КДжk2310381 minussdot=
Стала Лошмідта 3250 10692 minussdot= мn
Газова стала КмольДжR sdot= 3148
41
Молярний обrsquoєм ідеального газу
при ну мольмV
330 1041322 minussdot=
Густина деяких речовин
Речов
ина ρsdot10
3 (кгм
3) Речовина ρsdot10
3
(кгм3)
мідь 86 вода 100
залізо 79 гліцерин 126
свине
ць
113 касторове
масло
089
ртуть 136 повітря 000129
Молярні маси деяких речовин
Речовин
а
Молекул
а
micro10- 3
кгмоль Речовина
Молекул
а
micro10-3
кгмоль
Азот N2 28 Гелій Hе 4
Аргон Ar 40 Кисень О2 32
Неон Ne 20 Повітря - 29
Вода H2O 18 Ртуть Hg 201
Водень H2 2 Кухонна
сіль NaCl 58
Вуглекг CO2 44
Нормальні умови
КT 2730 = атмстртммПаp 176010011 50 ==sdot=
Питомі теплоємності для деяких речовин
Сталь КкгДжc sdot= 460
Свинець КкгДжс sdot= 126
Питома теплота плавлення свинцю КкгДж sdotsdot= 410262λ
42
Символи і відносні атомні маси деяких хімічних елементів
H He C N O Cu K Li Na
1 4 12 14 16 64 39 6 23
Деякі параметри води
питома теплота пароутворення при 100degС ndash кгМДжr 262=
питома теплоємність ndash КкгкДжс sdot= 194
питома теплота плавлення при 0degС ndash кгДж510353 sdot=λ
43
Критичні параметри
Елемент КкрT
МПакрp
азот 12
6
34
кисень 15
4
507
Ефективні діаметри молекул
Елем
ент
нмσ
азот 03
0
гелій 02
0
Префікси для утворення кратних одиниць
Префікс Позначення Числове
значення Префікс Позначення
Числове
значення
тера Т T 1012
піко п p 10-12
гіга Г G 109 нано н n 10
-9
мега М M 106 мікро мк micro 10
-6
кіло к k 103 мілі м m 10
-3
Одиниці довжини обrsquoєму тиску концентрації кількості
теплоти коефіцієнта дифузії використані в задачах (в СІ) 333 10111 мдмл minussdot== Нкгс 891 = Джкал 1941 =
мдм 1101 minus= мсм 2101 minus= 363 101 мсм minus= 363 101 мсм =minus
Памкгс 891 2 = ПаабомНсмкгс 242 10891 sdot=
Паммкгс 62 10891 sdot= Паатм 5100111 sdot= (фізична атмосфера)
44
Паат 5109801 sdot= (технічна атмосфера) смссм 101 242 minus=
45
Одиниці в яких вимірюються деякі фізичні величини (в СІ)
Робота енергія ЕА Дж
Кількість теплоти Q Дж
Потужність P або N Джс=Вт
Тиск р Па=Нм2
Молярна маса micro кгмоль
Концентрація п м-3
Теплоємність питома с ДжкгmiddotК
Теплоємність молярна С ДжмольmiddotК
Поверхневий натяг α Нм
Динамічна вrsquoязкість η Паmiddotс=Нmiddotсм2=кгмmiddotс
Коефіцієнт дифузії D м2с
Коефіцієнт теплопровідності κ ВтмmiddotК
Приріст ентропії S∆ ДжК
Сталі Ван-дер-Ваальса а та b Нmiddotм4моль
2 та м
3моль
5Література
1 Загальна фізика за редакцією Ковалець МО Орленка ВФ
Частина1 Інтерактивний комплекс навчально-методичного
забезпечення Рівне 2009
2 Волькенштейн ВС Сборник задач по общему курсу физики- М
ldquoНаукаrdquo1985-1989
3 Иродов ИЕ Задачи по общей физике-МrdquoНаукаrdquo 1982
4 Савельев ИВ Сборник вопросов и задач по общей физике-
МldquoНаукаrdquo1982
5 Чертов АГВоробьев АА Федоров МВ Задачник по физике -М
ldquoВысшая школаrdquo1988
6 Х Кухлинг Справочник по физике-М ldquoМирrdquo1985
40
126 Чи може теплова машина мати ККД=100 якщо працюватиме за
ідеальним циклом
127 Чи можна створити умови за яких внутрішня енергія переходила
б від тіл з нижчою температурою до тіл з вищою температурою
128 Чи охолоне повітря в кімнаті якщо відчинити двері домашнього
холодильника ввімкнутого в мережу
129 Чому температура пари яка надходить у парову турбіну нижча
за температуру пари що виходить з неї
130 Накреслити криві ізобарного ізохорного ізотермічного процесів
на діаграмах залежності V T P T P V
131 Як пояснити утворення роси і туману
132 Коли і чому на дроті лінії електропередач зrsquoявляється іній
133 Обrsquoєм посудини в якій міститься насичена пара ізотермічно
збільшили в 5 разів Що сталося з тиском пари
134 Чому туман зrsquoявляється в вечірній час а зранку зникає
135 Чому після дощу стає холодніше Пояснити це явище
4 Довідкові дані
Фундаментальні фізичні сталі
Гравітаційна стала 221110676 кгмНG sdotsdot= minus
Прискорення вільного падіння 2см819=g
Стала Авогадро 12310026 minussdot= мольN A
Стала Больцмана КДжk2310381 minussdot=
Стала Лошмідта 3250 10692 minussdot= мn
Газова стала КмольДжR sdot= 3148
41
Молярний обrsquoєм ідеального газу
при ну мольмV
330 1041322 minussdot=
Густина деяких речовин
Речов
ина ρsdot10
3 (кгм
3) Речовина ρsdot10
3
(кгм3)
мідь 86 вода 100
залізо 79 гліцерин 126
свине
ць
113 касторове
масло
089
ртуть 136 повітря 000129
Молярні маси деяких речовин
Речовин
а
Молекул
а
micro10- 3
кгмоль Речовина
Молекул
а
micro10-3
кгмоль
Азот N2 28 Гелій Hе 4
Аргон Ar 40 Кисень О2 32
Неон Ne 20 Повітря - 29
Вода H2O 18 Ртуть Hg 201
Водень H2 2 Кухонна
сіль NaCl 58
Вуглекг CO2 44
Нормальні умови
КT 2730 = атмстртммПаp 176010011 50 ==sdot=
Питомі теплоємності для деяких речовин
Сталь КкгДжc sdot= 460
Свинець КкгДжс sdot= 126
Питома теплота плавлення свинцю КкгДж sdotsdot= 410262λ
42
Символи і відносні атомні маси деяких хімічних елементів
H He C N O Cu K Li Na
1 4 12 14 16 64 39 6 23
Деякі параметри води
питома теплота пароутворення при 100degС ndash кгМДжr 262=
питома теплоємність ndash КкгкДжс sdot= 194
питома теплота плавлення при 0degС ndash кгДж510353 sdot=λ
43
Критичні параметри
Елемент КкрT
МПакрp
азот 12
6
34
кисень 15
4
507
Ефективні діаметри молекул
Елем
ент
нмσ
азот 03
0
гелій 02
0
Префікси для утворення кратних одиниць
Префікс Позначення Числове
значення Префікс Позначення
Числове
значення
тера Т T 1012
піко п p 10-12
гіга Г G 109 нано н n 10
-9
мега М M 106 мікро мк micro 10
-6
кіло к k 103 мілі м m 10
-3
Одиниці довжини обrsquoєму тиску концентрації кількості
теплоти коефіцієнта дифузії використані в задачах (в СІ) 333 10111 мдмл minussdot== Нкгс 891 = Джкал 1941 =
мдм 1101 minus= мсм 2101 minus= 363 101 мсм minus= 363 101 мсм =minus
Памкгс 891 2 = ПаабомНсмкгс 242 10891 sdot=
Паммкгс 62 10891 sdot= Паатм 5100111 sdot= (фізична атмосфера)
44
Паат 5109801 sdot= (технічна атмосфера) смссм 101 242 minus=
45
Одиниці в яких вимірюються деякі фізичні величини (в СІ)
Робота енергія ЕА Дж
Кількість теплоти Q Дж
Потужність P або N Джс=Вт
Тиск р Па=Нм2
Молярна маса micro кгмоль
Концентрація п м-3
Теплоємність питома с ДжкгmiddotК
Теплоємність молярна С ДжмольmiddotК
Поверхневий натяг α Нм
Динамічна вrsquoязкість η Паmiddotс=Нmiddotсм2=кгмmiddotс
Коефіцієнт дифузії D м2с
Коефіцієнт теплопровідності κ ВтмmiddotК
Приріст ентропії S∆ ДжК
Сталі Ван-дер-Ваальса а та b Нmiddotм4моль
2 та м
3моль
5Література
1 Загальна фізика за редакцією Ковалець МО Орленка ВФ
Частина1 Інтерактивний комплекс навчально-методичного
забезпечення Рівне 2009
2 Волькенштейн ВС Сборник задач по общему курсу физики- М
ldquoНаукаrdquo1985-1989
3 Иродов ИЕ Задачи по общей физике-МrdquoНаукаrdquo 1982
4 Савельев ИВ Сборник вопросов и задач по общей физике-
МldquoНаукаrdquo1982
5 Чертов АГВоробьев АА Федоров МВ Задачник по физике -М
ldquoВысшая школаrdquo1988
6 Х Кухлинг Справочник по физике-М ldquoМирrdquo1985
41
Молярний обrsquoєм ідеального газу
при ну мольмV
330 1041322 minussdot=
Густина деяких речовин
Речов
ина ρsdot10
3 (кгм
3) Речовина ρsdot10
3
(кгм3)
мідь 86 вода 100
залізо 79 гліцерин 126
свине
ць
113 касторове
масло
089
ртуть 136 повітря 000129
Молярні маси деяких речовин
Речовин
а
Молекул
а
micro10- 3
кгмоль Речовина
Молекул
а
micro10-3
кгмоль
Азот N2 28 Гелій Hе 4
Аргон Ar 40 Кисень О2 32
Неон Ne 20 Повітря - 29
Вода H2O 18 Ртуть Hg 201
Водень H2 2 Кухонна
сіль NaCl 58
Вуглекг CO2 44
Нормальні умови
КT 2730 = атмстртммПаp 176010011 50 ==sdot=
Питомі теплоємності для деяких речовин
Сталь КкгДжc sdot= 460
Свинець КкгДжс sdot= 126
Питома теплота плавлення свинцю КкгДж sdotsdot= 410262λ
42
Символи і відносні атомні маси деяких хімічних елементів
H He C N O Cu K Li Na
1 4 12 14 16 64 39 6 23
Деякі параметри води
питома теплота пароутворення при 100degС ndash кгМДжr 262=
питома теплоємність ndash КкгкДжс sdot= 194
питома теплота плавлення при 0degС ndash кгДж510353 sdot=λ
43
Критичні параметри
Елемент КкрT
МПакрp
азот 12
6
34
кисень 15
4
507
Ефективні діаметри молекул
Елем
ент
нмσ
азот 03
0
гелій 02
0
Префікси для утворення кратних одиниць
Префікс Позначення Числове
значення Префікс Позначення
Числове
значення
тера Т T 1012
піко п p 10-12
гіга Г G 109 нано н n 10
-9
мега М M 106 мікро мк micro 10
-6
кіло к k 103 мілі м m 10
-3
Одиниці довжини обrsquoєму тиску концентрації кількості
теплоти коефіцієнта дифузії використані в задачах (в СІ) 333 10111 мдмл minussdot== Нкгс 891 = Джкал 1941 =
мдм 1101 minus= мсм 2101 minus= 363 101 мсм minus= 363 101 мсм =minus
Памкгс 891 2 = ПаабомНсмкгс 242 10891 sdot=
Паммкгс 62 10891 sdot= Паатм 5100111 sdot= (фізична атмосфера)
44
Паат 5109801 sdot= (технічна атмосфера) смссм 101 242 minus=
45
Одиниці в яких вимірюються деякі фізичні величини (в СІ)
Робота енергія ЕА Дж
Кількість теплоти Q Дж
Потужність P або N Джс=Вт
Тиск р Па=Нм2
Молярна маса micro кгмоль
Концентрація п м-3
Теплоємність питома с ДжкгmiddotК
Теплоємність молярна С ДжмольmiddotК
Поверхневий натяг α Нм
Динамічна вrsquoязкість η Паmiddotс=Нmiddotсм2=кгмmiddotс
Коефіцієнт дифузії D м2с
Коефіцієнт теплопровідності κ ВтмmiddotК
Приріст ентропії S∆ ДжК
Сталі Ван-дер-Ваальса а та b Нmiddotм4моль
2 та м
3моль
5Література
1 Загальна фізика за редакцією Ковалець МО Орленка ВФ
Частина1 Інтерактивний комплекс навчально-методичного
забезпечення Рівне 2009
2 Волькенштейн ВС Сборник задач по общему курсу физики- М
ldquoНаукаrdquo1985-1989
3 Иродов ИЕ Задачи по общей физике-МrdquoНаукаrdquo 1982
4 Савельев ИВ Сборник вопросов и задач по общей физике-
МldquoНаукаrdquo1982
5 Чертов АГВоробьев АА Федоров МВ Задачник по физике -М
ldquoВысшая школаrdquo1988
6 Х Кухлинг Справочник по физике-М ldquoМирrdquo1985
42
Символи і відносні атомні маси деяких хімічних елементів
H He C N O Cu K Li Na
1 4 12 14 16 64 39 6 23
Деякі параметри води
питома теплота пароутворення при 100degС ndash кгМДжr 262=
питома теплоємність ndash КкгкДжс sdot= 194
питома теплота плавлення при 0degС ndash кгДж510353 sdot=λ
43
Критичні параметри
Елемент КкрT
МПакрp
азот 12
6
34
кисень 15
4
507
Ефективні діаметри молекул
Елем
ент
нмσ
азот 03
0
гелій 02
0
Префікси для утворення кратних одиниць
Префікс Позначення Числове
значення Префікс Позначення
Числове
значення
тера Т T 1012
піко п p 10-12
гіга Г G 109 нано н n 10
-9
мега М M 106 мікро мк micro 10
-6
кіло к k 103 мілі м m 10
-3
Одиниці довжини обrsquoєму тиску концентрації кількості
теплоти коефіцієнта дифузії використані в задачах (в СІ) 333 10111 мдмл minussdot== Нкгс 891 = Джкал 1941 =
мдм 1101 minus= мсм 2101 minus= 363 101 мсм minus= 363 101 мсм =minus
Памкгс 891 2 = ПаабомНсмкгс 242 10891 sdot=
Паммкгс 62 10891 sdot= Паатм 5100111 sdot= (фізична атмосфера)
44
Паат 5109801 sdot= (технічна атмосфера) смссм 101 242 minus=
45
Одиниці в яких вимірюються деякі фізичні величини (в СІ)
Робота енергія ЕА Дж
Кількість теплоти Q Дж
Потужність P або N Джс=Вт
Тиск р Па=Нм2
Молярна маса micro кгмоль
Концентрація п м-3
Теплоємність питома с ДжкгmiddotК
Теплоємність молярна С ДжмольmiddotК
Поверхневий натяг α Нм
Динамічна вrsquoязкість η Паmiddotс=Нmiddotсм2=кгмmiddotс
Коефіцієнт дифузії D м2с
Коефіцієнт теплопровідності κ ВтмmiddotК
Приріст ентропії S∆ ДжК
Сталі Ван-дер-Ваальса а та b Нmiddotм4моль
2 та м
3моль
5Література
1 Загальна фізика за редакцією Ковалець МО Орленка ВФ
Частина1 Інтерактивний комплекс навчально-методичного
забезпечення Рівне 2009
2 Волькенштейн ВС Сборник задач по общему курсу физики- М
ldquoНаукаrdquo1985-1989
3 Иродов ИЕ Задачи по общей физике-МrdquoНаукаrdquo 1982
4 Савельев ИВ Сборник вопросов и задач по общей физике-
МldquoНаукаrdquo1982
5 Чертов АГВоробьев АА Федоров МВ Задачник по физике -М
ldquoВысшая школаrdquo1988
6 Х Кухлинг Справочник по физике-М ldquoМирrdquo1985
43
Критичні параметри
Елемент КкрT
МПакрp
азот 12
6
34
кисень 15
4
507
Ефективні діаметри молекул
Елем
ент
нмσ
азот 03
0
гелій 02
0
Префікси для утворення кратних одиниць
Префікс Позначення Числове
значення Префікс Позначення
Числове
значення
тера Т T 1012
піко п p 10-12
гіга Г G 109 нано н n 10
-9
мега М M 106 мікро мк micro 10
-6
кіло к k 103 мілі м m 10
-3
Одиниці довжини обrsquoєму тиску концентрації кількості
теплоти коефіцієнта дифузії використані в задачах (в СІ) 333 10111 мдмл minussdot== Нкгс 891 = Джкал 1941 =
мдм 1101 minus= мсм 2101 minus= 363 101 мсм minus= 363 101 мсм =minus
Памкгс 891 2 = ПаабомНсмкгс 242 10891 sdot=
Паммкгс 62 10891 sdot= Паатм 5100111 sdot= (фізична атмосфера)
44
Паат 5109801 sdot= (технічна атмосфера) смссм 101 242 minus=
45
Одиниці в яких вимірюються деякі фізичні величини (в СІ)
Робота енергія ЕА Дж
Кількість теплоти Q Дж
Потужність P або N Джс=Вт
Тиск р Па=Нм2
Молярна маса micro кгмоль
Концентрація п м-3
Теплоємність питома с ДжкгmiddotК
Теплоємність молярна С ДжмольmiddotК
Поверхневий натяг α Нм
Динамічна вrsquoязкість η Паmiddotс=Нmiddotсм2=кгмmiddotс
Коефіцієнт дифузії D м2с
Коефіцієнт теплопровідності κ ВтмmiddotК
Приріст ентропії S∆ ДжК
Сталі Ван-дер-Ваальса а та b Нmiddotм4моль
2 та м
3моль
5Література
1 Загальна фізика за редакцією Ковалець МО Орленка ВФ
Частина1 Інтерактивний комплекс навчально-методичного
забезпечення Рівне 2009
2 Волькенштейн ВС Сборник задач по общему курсу физики- М
ldquoНаукаrdquo1985-1989
3 Иродов ИЕ Задачи по общей физике-МrdquoНаукаrdquo 1982
4 Савельев ИВ Сборник вопросов и задач по общей физике-
МldquoНаукаrdquo1982
5 Чертов АГВоробьев АА Федоров МВ Задачник по физике -М
ldquoВысшая школаrdquo1988
6 Х Кухлинг Справочник по физике-М ldquoМирrdquo1985
44
Паат 5109801 sdot= (технічна атмосфера) смссм 101 242 minus=
45
Одиниці в яких вимірюються деякі фізичні величини (в СІ)
Робота енергія ЕА Дж
Кількість теплоти Q Дж
Потужність P або N Джс=Вт
Тиск р Па=Нм2
Молярна маса micro кгмоль
Концентрація п м-3
Теплоємність питома с ДжкгmiddotК
Теплоємність молярна С ДжмольmiddotК
Поверхневий натяг α Нм
Динамічна вrsquoязкість η Паmiddotс=Нmiddotсм2=кгмmiddotс
Коефіцієнт дифузії D м2с
Коефіцієнт теплопровідності κ ВтмmiddotК
Приріст ентропії S∆ ДжК
Сталі Ван-дер-Ваальса а та b Нmiddotм4моль
2 та м
3моль
5Література
1 Загальна фізика за редакцією Ковалець МО Орленка ВФ
Частина1 Інтерактивний комплекс навчально-методичного
забезпечення Рівне 2009
2 Волькенштейн ВС Сборник задач по общему курсу физики- М
ldquoНаукаrdquo1985-1989
3 Иродов ИЕ Задачи по общей физике-МrdquoНаукаrdquo 1982
4 Савельев ИВ Сборник вопросов и задач по общей физике-
МldquoНаукаrdquo1982
5 Чертов АГВоробьев АА Федоров МВ Задачник по физике -М
ldquoВысшая школаrdquo1988
6 Х Кухлинг Справочник по физике-М ldquoМирrdquo1985
45
Одиниці в яких вимірюються деякі фізичні величини (в СІ)
Робота енергія ЕА Дж
Кількість теплоти Q Дж
Потужність P або N Джс=Вт
Тиск р Па=Нм2
Молярна маса micro кгмоль
Концентрація п м-3
Теплоємність питома с ДжкгmiddotК
Теплоємність молярна С ДжмольmiddotК
Поверхневий натяг α Нм
Динамічна вrsquoязкість η Паmiddotс=Нmiddotсм2=кгмmiddotс
Коефіцієнт дифузії D м2с
Коефіцієнт теплопровідності κ ВтмmiddotК
Приріст ентропії S∆ ДжК
Сталі Ван-дер-Ваальса а та b Нmiddotм4моль
2 та м
3моль
5Література
1 Загальна фізика за редакцією Ковалець МО Орленка ВФ
Частина1 Інтерактивний комплекс навчально-методичного
забезпечення Рівне 2009
2 Волькенштейн ВС Сборник задач по общему курсу физики- М
ldquoНаукаrdquo1985-1989
3 Иродов ИЕ Задачи по общей физике-МrdquoНаукаrdquo 1982
4 Савельев ИВ Сборник вопросов и задач по общей физике-
МldquoНаукаrdquo1982
5 Чертов АГВоробьев АА Федоров МВ Задачник по физике -М
ldquoВысшая школаrdquo1988
6 Х Кухлинг Справочник по физике-М ldquoМирrdquo1985