Задачі на тему Закони термодинаміки. Теплові двигуни

Закони термодинаміки. Теплові двигуни. Задачі для 10 класу

Середній рівень

4.1.   При якому процесі внутрішня енергія газу не змінюється?

4.2.     Яку роботу виконав газ при ізобарному збільшенні об’єму від 35 л до 50 л? Тиск газу дорівнює 200 кПа.

4.3.      Шматок м'якого дроту кілька разів зігнули і розігнули. В яку форму перейшла витрачена при цьому енергія?

4.4.     На скільки змінилася внутрішня енергія газу, якщо йому надали кількість теплоти 15 кДж і виконали над ним роботу 25 кДж?

4.5.     На скільки змінилася внутрішня енергія газу, що виконав роботу 50 кДж, одержавши кількість теплоти 85 кДж?

4.6.  Яку кількість теплоти потрібно передати газу, щоб його внут­рішня енергія збільшилася на 15 Дж і при цьому газ виконав ро­боту 25 Дж ?

4.7.  Над газом було виконано роботу 55 Дж, при цьому його внутріш­ня енергія збільшилася на 15 Дж. Отримав чи віддав тепло газ у цьому процесі? Яку саме кількість теплоти?

4.8.   В якому процесі газ, отримуючи тепло, не змінює температуру?

4.9.   У ході ізотермічного розширення газові було надано кількість теп­лоти 300 Дж. Яку роботу виконав газ?

4.10.   При адіабатному стисканні 5 моль одноатомного газу його тем­пература підвищилася на 20 К. Яку роботу виконано над газом?

4.11.  При згорянні палива в тепловому двигуні виділилася кількість теплоти 200 кДж, а холодильнику передано кількість теплоти 120 кДж. Знайдіть ККД теплового двигуна.

4.12.   Який ККД теплового двигуна, якщо робоче тіло, одержавши від нагрівана кількість теплоти 1,6 МДж, виконало робочу 400 кДж? Яку кількість теплоти передано холодильнику?

4.13.  Який ККД теплового двигуна потужністю 50 кВт, якщо за 10 с він передав навколишньому середовищу кількість теплоти 1 МДж?

4.14.  Який ККД ідеальної теплової машини, якщо температура нагрі- вача дорівнює 347 °С, а температура холодильника 37 °С?

4.15.   Температура нагрівана ідеальної теплової машини дорівнює 477 °С. Якою повинна бути температура холодильника, щоб ККД машини перевищував 80%?

Достатній рівень

4.6.   Один моль пари ртуті й один моль гелію мають однакову темпе­ратуру. Який з газів має більшу внутрішню енергію? У скільки разів?

4.7.   Один грам пари ртуті й один грам гелію мають однакову темпе­ратуру. Який'‘з газів має більшу внутрішню енергію? У скільки разів?

4.8.   Яка внутрішня енергія аргону в балоні об’ємом 50 л, якщо тиск газу дорівнює 1 МПа?

4.9.   При зменшенні об’єму одноатомного газу в 4 рази тиск цього газу збільшився в 5 разів. У скільки разів змінилася внутрішня енергія газу?

4.10.            ©          У надувній кульці і сталевому балоні містяться однакові маси повітря. В якому випадку для підвищення температури повітря на 1 К буде потрібна більша кількість теплоти?

4.11.             При яких із зазначених нижче процесів газ виконує додатну роботу: а) ізохорне нагрівання; б) ізобарне нагрівання; в) ізотер­мічне стискання; г) адіабатне розширення?

4.12.             При яких із зазначених нижче процесів газ одержує тепло:

а) ізохорне нагрівання; б) ізобарне нагрівання; в) ізотермічне стис­кання; г) адіабатне розширення?

4.13. БЯ Після вмикання опалення повітря в кімнаті нагрілося від тем­ператури 7 °С до температури 27 °С. У скільки разів змінилася внут­рішня енергія повітря, що міститься в кімнаті?

4.14.  Балон з гелієм внесли з морозу в тепле приміщення. Клапан на балоні автоматично відкривається, коли тиск усередині пере­вищує зовнішній на 6 атм. Уперше він відкрився при температурі гелію -З °С. У скільки разів зміниться після цього внутрішня енергія гелію в балоні, коли його температура досягне 27 °С?

4.15.  У вертикальному циліндрі під поршнем^ знаходиться повітря масою 29 г. Яку роботу виконає повітря при підвищенні темпера­тури на 100 К?

4.16.  Яку роботу виконує водень масою 6 г при ізобарному підвищенні температури на 60 К?

4.17.   Яку роботу виконає газ при ізобарному нагріванні на 50 К, якщо кількість речовини в газі дорівнює 5 моль?

4.18.              ВЯ    При нагріванні повітря в циліндрі поршень масою т = 5 кг і площею й = 50 см² перемістився на І = 15 см. Яку роботу виконало повітря, якщо поршень переміщався: а) горизонтально; б) верти­кально вгору; в) вертикально вниз?

4.19.  Одноатомному газу (V = 2 моль) надано кількість теплоти 1,2 кДж При цьому газ виконав роботу 600 Дж. На скільки змінилася температура газу?

4.20.             Чому питома теплоємність газу при постійному тиску поміт­но більша, ніж питома теплоємність при постійному об’ємі? Чому для рідин і твердих тіл обидві ці величини практично однакові?

4.зі .ва Яку кількість теплоти необхідно передати водню масою т = 12 г, щоб нагріти його на ДТ = 50 К: а) при постійному тиску;

б) при постійному об’ємі?

4.32. При ізобарному нагріванні об’єм гелію збільшився в 3 рази. Яку роботу виконав газ? Яка кількість теплоти йому надано? Маса гелію 12 г, початкова температура -123 °С.

4.33.0   Якщо відкрити вентиль балона зі стисненим газом, балон навіть улітку може покритися інеєм. Поясніть це явище.

4.34.0   Паливо, що впорскують у циліндр дизельного двигуна, спа­лахує без електричної іскри внаслідок високої температури повітря в циліндрі (близько 700 °С). За рахунок чого повітря так сильно нагрівається?

4.35.0   Наведіть приклад процесу, в якому газ нагрівається, віддаючи тепло.

4.36.0   Об’єм газу зменшують у 2 рази: одного разу — швидко, а ін­шого — повільно. В якому випадку: а) відразу після стискання тиск газу більший; б) при стисканні виконали більшу роботу? Чому?

4.37.   Тепловий двигун, що працює при температурі нагрівана 527 °С і температурі холодильника 17 °С, має ККД 30%. У скільки разів ККД цього двигуна менший, ніж ККД ідеального теплового двигуна при тих же температурах нагрівана і холодильника?

4.38.   На теплоході встановлений дизельний двигун потужністю 80 кВт із ККД 30%. На скільки кілометрів шляху йому вистачить 1 т дизельного палива при швидкості руху 20 км/год?

4.39.     Як зміниться температура в кімнаті, якщо надовго відкрити дверцята працюючого холодильника?

4.40.     В одному з двох однакових балонів зберігається гелій, а в дру­гому — водень. Обидва гази перебувають при однакових умовах. У якого з газів більша внутрішня енергія?

4.41.   Яка частка кількості теплоти, наданої гелію при ізобарному роз­ширенні, витрачається на виконання роботи?

4.42.   У скільки разів питома теплоємність одноатомного газу при по­стійному тиску с_р більша, ніж його питома теплоємність при по­стійному об’ємі Су?

4.43.   Знайдіть різницю с - с_у (див. попередню задачу) для газу з

молярною масою М.

4.44.         У     вертикальному циліндрі міститься повітря масою ті = 2,9 г. Воно відділене від атмосфери поршнем, діаметр якого сі = 10 см, а маса т₂ = 20 кг. На скільки градусів потрібно нагріти повітря в циліндрі, щоб поршень піднявся на Л = 15 см? Яка кількість теп­лоти Я для цього буде потрібна?

4.45.   У циліндрі під поршнем знаходиться газ масою 20 г. Для підви­щення температури газу на 10 К необхідна така кількість теплоти: 130 Дж при закріпленому поршні або 182 Дж при незакріпленому поршні. Який це може бути газ?

4.45.    Яку роботу виконав одноатомний газ у показаному на рисунку процесі? Яку кількість теплоти одержав газ?

4.45.              В якому з циклічних процесів (див. рис. а, б) газ виконує до­датну роботу, а в якому — від’ємну?

4.46.   З одноатомним ідеальним газом відбувається циклічний процес (див. рисунок). Знайдіть для кожного з етапів циклу виконану газом роботу і кількість отриманої чи відданої теплоти.

4.49.03 Знайдіть ККД показаного на рисунку циклу, якщо робоче тіло — одноатомний ідеальний газ.

4.50.   Скільки літрів бензину витратить автомобіль масою 800 кг на шляху довжиною 500 км, якщо ККД двигуна 25%, а середній кое­фіцієнт опору рухові дорівнює 0,06?

4.51.   Реактивний двигун літака, що летить зі швидкістю 900 км/год, розвиває силу тяги 45 кН. Яка витрата гасу за 1 год польоту, якщо ККД двигуна 20%?