Лабораторные работы по электротехнике

Учебные задания по физике для студентов второго курса дневного отделения

Первое начало термодинамики

Определить изменение внутренней энергии моля идеального одноатомного газа при изобарическом изменении объема от 10 до 20 л при давлении 5 атм.

В цилиндре под поршнем находится углекислый газ СО2 массой 0.2 кг. Какую работу совершает газ при его нагревании на 88ºC, если давление газа считать постоянным?

С некоторой массой идеального газа совершен круговой процесс 123, изо­браженный на диаграмме (V, T), где V — объём и Т — абсолютная температура газа. Изобразить этот процесс на диаграмме (P, V), где Р — давление газа, и ука­зать, на каких стадиях газ получал и отдавал тепло.

Идеальный одноатомный газ расширяется согласно уравнению PV1/2 = Const., где P — давление и V — объём газа. Определить молярную теплоём­кость газа в этом процессе.

Тепловые машины

Каким способом можно эффективнее повысить КПД машины Карно: увеличивая температуру нагревателя Т1 на Т, при фиксированной температуре холодиль­ника Т2, или понижая температуру холодильника Т2 на такую же величину Т при фиксированной температуре нагревателя Т1?

Идеальная тепловая машина, работающая по циклу Карно, получает тепло от нагревателя с температурой 200ºC и отдает тепло холодильнику с температурой 15ºC, совершая за один цикл работу 10 МДж. Определите тепло, отдаваемое холодильнику за один цикл.

Определите работу, совершаемую идеальным газом массой m с молярной массой  при изотермическом расширении от объёма V1 до объёма V2 при тем­пературе T. Какое количество тепла получил газ при этом расширении?

Идеальная тепловая машина, работающая по обратному циклу Карно, полу­чает тепло от воды с температурой 273 К и передает его кипятильнику с темпе­ратурой 373 К. Сколько воды превращается в пар при образовании 1 кг льда, если удельная теплота плавления льда 3.3 · 105 Дж/кг и удельная теплота парообразо­вания воды 2. Дж/кг?

Второе начало термодинамики

Определите изменение энтропии одного моля идеального газа при изохорном, изобарном, изотермическом и адиабатном процессах.

Определите изменение энтропии одного моля вещества при его плавлении и испарении.

Два тела массами m1 и m2, имеющие температуры Т1 и Т2, помещены в адиа­батическую оболочку. Определите равновесную температуру тел и измене­ние энтропии системы при установлении теплового равновесия, если удельная теп­лоемкость обоих тел равна С.

Определите изменение энтропии при замерзании 1 г воды с температурой 273 К.

Распределения Максвелла и Больцмана

Определить наиболее вероятную, среднюю и среднеквадратичную скорости молекул хлора при температуре 500 К.

Определить максимальную и минимальную кинетические энергии теплового движения молекул кислорода в объеме V при давлении Р.

Определить среднюю потенциальную энергию молекул азота в однородном поле силы тяжести, если температура атмосферы считается постоянной и рав­ной Т.

Определить среднюю тепловую энергию классического гармонического ос­циллятора при температуре Т.

Процессы переноса

Получить формулы для коэффициентов диффузии, теплопроводности и внутреннего трения для газа.

Средняя длина свободного пробега молекул водорода при нормальных усло­виях равна 1.—7 м. Определить газокинетический диаметр молекулы во­до­рода.

Сколько столкновений за 1 с испытывает атом неона при давлении 100 Па и температуре 600 К, если его газокинетический диаметр равен —10 м?

Как изменится вязкость газа, если его объём уменьшить в два раза: 1) изо­термически и 2) изобарически?

Дополнительные задачи

Построить графики изобарического процесса для идеального газа в перемен­ных (V, T), (P, V), (P, T), где V — объём, Р — давление и Т — температура.

С помощью молекулярно-кинетической теории показать, что при квазистати­ческом перемещении поршня в теплоизолированном цилиндре, заполненном идеальным одноатомным газом, давление P и объем V газа связаны уравнением PV5/3 = Const.

На диаграмме (P, V), где P — давление и V — объем идеального газа с показа­телем адиабаты γ, изображен цикл Отто, где 12 — адиабатное сжатие, 23 — изохорное нагревание, 34 — адиабатное расширение и 41 — изохорное охлаждение. Определить КПД цикла Отто.

Доказать, что при установлении теплового равновесия в системе, описанной в задаче №11, полная энтропия возрастает.

Определить плотность воды в критической точке, где давление — 219 атм. и температура — 374ºC.

Считая, что жидкость в процессе испарения подчиняется уравнению Ван-дер-Ваальса, и, рассматривая удельную теплоту испарения как величину работы против сил внутреннего давления жидкости, оценить удельную теплоту испаре­ния на основе плотности и внутреннего давления жидкости.

Выразить среднее число молекул газа, соударяющихся с единичной площад­кой поверхности сосуда в единицу времени, через среднюю скорость молекул, если функция распределения молекул по скоростям является изотропной. Рас­смотреть частный случай закона распределения Максвелла.

Используя классическую теорию теплоемкости, определить удельную тепло­емкость при постоянном давлении газа следующего молярного состава: He — 20%, H2 — 30% и CH4 — 50%.

Получить соотношение между коэффициентами диффузии D и подвижностью частицы B, рассматривая состояние термодинамического равновесия газа в од­нородном поле силы тяжести при температуре Т.

Записать и решить уравнение движения сферической частицы в вязкой жид­кости с учетом действия силы тяжести, силы Архимеда и силы Стокса. Частица движется в вертикальном направлении.

На главную