I Biotechnologia inż.
Zadania z fizyki; 4. Termodynamika
1. Podaj treść oraz omów zasady termodynamiki.
2. Dwa gazy, tlen i azot, znajdujące się w naczyniu są rozdzielone nieruchomą ścianką przewodzącą ciepło.
Tlen ma parametry: ciśnienie p1, temperaturę T1 i objętość V1, azot zaś odpowiednio: p2, T2 i V2. Obliczyć temperaturę, jaką mają gazy po zakończeniu wymiany ciepła. Ciepła właściwe gazów są dane i gazy zachowują się jak gaz doskonały.
3. Obliczyć pracę wykonaną przy sprężaniu adiabatycznym pewnej masy gazu od objętości V1 do V2, jeżeli ciśnienie początkowe wynosiło p1. Dany jest stosunek cp/cv = χ.
4. Obliczyć zmianę energii wewnętrznej pewnej ilości azotu sprężonego izobarycznie przy ciśnieniu p od objętości V1 do V2. Dany jest stosunek cp/cv = χ.
5. Wzrost ciśnienia i objętości gazu w pewnym procesie przedstawia na wykresie p – V odcinek prostej zaczynający się w punkcie o współrzędnych p1, V1, a kończący się w punkcie o współrzędnych p2, V2. Obliczyć ciepło Q pobrane przez gaz w tym procesie, jeżeli dana jest wartość cp/cv = χ.
6. Obliczyć temperaturę T2 chłodnicy silnika termodynamicznego, który pracuje z temperaturą źródła ciepła równą T1 i wykonuje pracę W > 0 przekazując do chłodnicy ciepło Q2.
7. Silnik cieplny posiada źródło ciepła o temperaturze T1, a chłodnicę o temperaturze T2 < T1. Silnik przekazał do chłodnicy ciepło Q. Obliczyć, jaką minimalną ilość ciepła Qx pobrał silnik w tym samym czasie ze źródła ciepła.
8. Obliczyć temperaturę końcową mieszaniny trzech cieczy o masach m1=10g (c1=4000J/kg·K), m2=20g (c2=1500J/kg·K) oraz m3=30g (c3=500J/kg·K) i temperaturach początkowych odpowiednio t1=10oC, t2=20oC, t3=30oC.
9*. Do kalorymetru o masie m1 = 400g (c1 = 400J/kg·K) i temperaturze t1 = 50oC wlano wodę o masie m2 = 100g (c2 = 4200J/kg·K) i temperaturze t2 = 10oC. Po czasie τ=10 min kalorymetr osiągnął minimalną temperaturę tk =20oC. Obliczyć średnią szybkość strat ciepła spowodowaną niedoskonałą izolacją cieplną kalorymetru.
10. Z równi o długości podstawy s zsunął się klocek miedziany. Obliczyć przyrost temperatury klocka, zakładając, że tylko połowa wydzielonego ciepła (η = 0.5) została zużyta na jego ogrzanie. Współczynnik tarcia wynosi f a ciepło właściwe miedzi c.
11. Do długiej pionowej rury o przekroju S zawierającej glicerynę wsypano śrut o masie m. Śrut opadł ruchem jednostajnym. Oblicz zmianę temperatury w środkowej części rury. Ciepło właściwe gliceryny wynosi c, a jej gęstość ρ. Przyjąć, że śrut ma znikomą pojemność cieplną.
12. W naczyniu o pojemności V=1 litr znajduje się m=0.2g wodoru. Obliczyć ciśnienie wodoru, jeżeli średnia energia cząsteczek wodoru wynosi
E
śr= 4 ⋅ 10
−21J
.13. W naczyniu o pojemności V=4 dm3 znajduje się m=14g azotu pod ciśnieniem p = 105 Pa. Obliczyć:
a) temperaturę gazu;
b) średnią prędkość v cząsteczek azotu.
14. Obliczyć ciśnienie p1 w oponie rowerowej o objętości V1, jeżeli do jej napompowania należy n razy wprowadzić powietrze z pompki o objętości V2; ciśnienie atmosferyczne wynosi p, a opona ostygła po napompowaniu.
15. Obliczyć ciśnienie p wywierane przez N=109 cząsteczek gazu o objętości V=1 mm3 i temperaturze T=5000K.
