Летучки и кр по физике

203

3.При измерении основного обмена взрослого мужчины массой 75 кг получено значение 9 103 кДж в сутки. Можно ли считать основной обмен нормальным? Если нет, то на сколько % он отличается от нормы?

4.В мышце массой 1 кг работает система активного транспорта, поддерживая концентрации ионов калия в интерстициальной жидкости и в клетке

10ммоль·л-1 и 400 ммоль·л-1 соответственно. Поток ионов калия

15мкмоль·кг-1·с-1. Рассчитать затраты АТФ на работу активного транспорта в течение одного часа. Молекулярная масса АТФ 506 Д.

5.Сколько молей АТФ требуется для синтеза 1 г белка? Средняя

молекулярная масса белка равна 4 104 Д и среднее изменение химического потенциала при синтезе белка составляет 18 106Дж·моль-1.

6. Человек массой 70 кг в течение 12 часов находился вне помещения при температуре (-12)°С. Средняя толщина одежды 1 см, средний коэффициент теплопроводности одежды 0,02 Дж м-1 с-1 К-1, площадь поверхности тела 1,5 м2. Во сколько раз необходимо увеличить калорийность рациона за сутки? Теплоотдачей за счет испарения и излучения пренебречь.

9.

10.Вариант 9

1.При анализе условий труда в кузнечном цехе установлено, что температура в рабочей зоне около 30˚С, движение воздуха отсутствует. Какие способы теплоотдачи эффективны в данных условиях, а какие нет?

2.Какое количество теплоты требуется для того, чтобы кислород массой

5г от температуры 17°С нагреть при постоянном давлении настолько, чтобы его объем увеличился в два раза?

3.Потенциал покоя клетки (-60) мВ. Сколько молекул АТФ тратится на перенос ионов калия против разности потенциалов за 20 оборотов калийнатриевого переносчика?

4.В результате работы активного транспорта поддерживаются концентрации натрия 460 ммоль·л -1и 50 ммоль·л-1 в межклеточной жидкости и в клетке соответственно. Поток натрия составляет 15 мкмоль·кг-1·с-1. Определить работу насоса за 1 час.

5.В мышце массой 1 кг в течение часа синтезируется 2 г белка со средней

молекулярной массой 6 104 Д. Рассчитать затраты АТФ в молях. Изменение химического потенциала при синтезе белка составляет 18 106Дж·моль-1.

6. За 1 час с открытых частей тела и со слизистых оболочек дыхательных путей испаряется 52 г воды. Температура кожи 37°С, окружающей среды 7°С. Площадь открытых частей тела 0,1 м2. Какой процент тепла уносится

излучением? Другими способами теплоотдачи пренебрегаем. λ = 2,26 106 Дж·кг-1.

11.Вариант 10

1.Напишите и объясните первое начало термодинамики в применении к живым организмам.

204

2.В кислородной подушке 6,4 г газа находится под некоторым давлением. Определить работу, которая совершается газом при изменении его объема от 2 до 6 литров, если процесс происходит при постоянной температуре 20ºС.

3.При потреблении в сутки 250 г углеводов, 200 г жиров и 180 г белков человек массой 70 кг в течение 10 часов выполнял тяжелую физическую работу со средней мощностью 120 Вт. Какова при этом была теплоотдача организма за сутки?

4.В межклеточной жидкости концентрация ионов калия равна 0,1 моль·л-

1, а внутри клетки 0,4 моль·л-1. Какая мощность необходима для обеспечения активного транспорта этих ионов при потоке 6 ммоль·ч-1?

5.В течение часа на синтез белка затрачено 6 г АТФ. Сколько молей белка синтезировано? Изменение химического потенциала при синтезе белка

составляет 18 106Дж·моль-1. Молекулярная масса АТФ 506 Д.

6. Полная отдача тепла человека массой 80 кг составляет 200% основного обмена. Сколько воды должно испариться за 5 часов с поверхности тела в таких условиях? Основной обмен 1 ккал·кг-1 ·час-1.

12.

13.Вариант 11

1.Человек не чувствует прохлады на воздухе при температуре 20˚С, а в воде зябнет при температуре 25˚С. Почему?

2.0,85 моль идеального одноатомного газа, первоначально находившегося под давлением 1,5 МПа при 300°К, расширяется изотермически, пока давление не станет равным 100 кПа. Найдите совершаемую при этом работу.

3.Ежедневно с потребляемой пищей работник физического труда получает около 17 МДж. В течение дня он выполняет работу 10 МДж. Какая доля получаемой с пищей энергии превращается в полезную работу? Сколько грамм белков, жиров и углеводов содержит его суточный рацион, если известно, что соотношение белки : жиры : углеводы составляет 1:2:1,5?

4.Концентрация ионов натрия в межклеточной среде 4 моль·л-1, во внутриклеточной среде 0,1 моль·л-1. На транспорт затрачивается мощность

150мВт. Найти поток ионов натрия.

5.Сколько молей АТФ требуется для синтеза 3 г белка? Средняя

молекулярная масса белка равна 4 104 Д и среднее изменение химического потенциала при синтезе белка составляет 18 106 Дж·моль-1.

6. Какая стена обладает лучшими теплоизоляционными свойствами: кирпичная толщиной 70 см и коэффициентом теплопроводности 0,5 Дж·м-1·с-

1·К-1 или бетонная толщиной 30 см и коэффициентом теплопроводности 1,5 Дж·м-1·с-1·К-1. Sк = Sб, Тк = Тб.

14.

15.Вариант 12

1.Сформулируйте определение внутренней энергии. Назовите два способа ее изменения.

205

2.Газ в цилиндре с поршнем массой 5 кг получил 200 Дж тепла. Поршень поднялся на 1 м. На сколько градусов изменилась температура газа? Количество газа 2 моля, газ одноатомный.

3.Работа по перемещению ионов кальция против разности потенциалов за час равна 103 Дж (поток ионов 50 мкмоль·с-1). Рассчитать разность потенциалов.

4.В мыщце массой 1 кг работает система активного транспорта,

поддерживая концентрации ионов калия в интерстициальной жидкости и внутри волокна 7 ммоль·л-1 и 280 ммоль·л-1 соответственно. Поток ионов калия составляет 10 мкмоль·кг-1·с-1. Рассчитать затраты АТФ на работу активного транспорта в течение одного часа.

5.За сутки на синтез белков израсходовано 100 г АТФ. Сколько граммов белка синтезировано? Средняя молекулярная масса белка равна 40 кД и среднее изменение химического потенциала при синтезе белка составляет

4 106 Дж·моль-1. Молекулярная масса АТФ 506 Д.

6. Человек в течение 8 часов находился вне помещения при температуре (-25)°С. Средняя толщина одежды 2 см, средний коэффициент теплопроводности одежды 0,08 Дж м-1 с-1 К-1, площадь поверхности тела 1,4 м2. Теплоотдачей с открытых частей тела пренебречь. Температуру кожи под одеждой считать равной 35°С. Определить теплоту, отданную человеком в воздух.

16.Вариант 13

1.Кратко охарактеризуйте способы теплообмена. Напишите формулы для вычисления количества теплоты при разных способах теплоотдачи.

2.В цилиндре под поршнем находится водород с массой 30 г. Газу было сообщено 9160 Дж тепла. Газ нагрелся на 10°К. Найти работу, совершаемую газом при расширении.

3.Человек, массой 70 кг, получил за сутки 100 г белков, 120 г углеводов и

50г жиров. Достаточно ли этого рациона для обеспечения нормальной величины основного обмена?

4.Сколько молей АТФ необходимо для обеспечения работы кальциевого насоса в течение 5 часов, если суммарный поток ионов кальция равен 3·10-4 моль·c-1? Концентрация ионов кальция в саркоплазме составляет 2·10-7 моль·л-1, внутри саркоплазматического ретикулума концентрация кальция равна 3·10-3 моль·л-1.

5.За 10 часов на синтез белков израсходовано 50 г АТФ. Сколько молей белков синтезировано? Изменение химического потенциала при синтезе

белка составляет 18 106Дж·моль-1. Молекулярная масса АТФ 506 Д.

6. Средняя величина энерготрат человека, находящегося в тени на пляже, составляет 400 кДж в час. Температура кожи 35°С; температура воздуха 25°С; площадь поверхности тела 1,2 м2. Сколько воды должно испаряться в час с поверхности тела в этих условиях для поддержания температурного гомеостаза? Конвекцию не учитываем.

207

теплопроводности одежды 0,08 Дж м-1 с-1 К-1, площадь поверхности тела 1,4 м2. Теплопотерей с открытых частей тела пренебречь. Подсчитать калорийность добавочного пайка, необходимую для покрытия энерготрат при пребывании на морозе. Температуру кожи под одеждой считать равной 27°С.

20.

21.Вариант 16

1.Напишите первое начало термодинамики для изотермического, изобарического, изохорического и адиабатического процессов идеального газа.

2.Определить массу аргона, находящегося в замкнутом сосуде, если в результате сообщения ему 105 Дж тепла, его температура увеличилась от

300°К до 400°К.

3.Сколько молей АТФ расходуется для совершения физической работы со средней мощностью 70 Вт в течение 6 часов?

4.При работе калий-натриевого насоса через мембрану клетки на каждые

2иона К+ переносится 3 иона Na+; при этом затрачивается энергия макроэргической связи одной молекулы АТФ. Концентрация калия внутри

клетки 0,3 моль л-1, снаружи 0,1 моль л-1; для натрия соответственно 0,06 моль л-1 и 0,48 моль л-1. Найти КПД калий-натриевого насоса. При подсчете учитывать только работу, совершаемую против градиентов концентрации.

5.В условиях предыдущей задачи найти КПД калий-натриевого насоса, учитывая работу, совершаемую как против градиентов концентрации, так и против разности потенциалов (–60) мВ.

6.Человек загорает на пляже. Площадь поверхности тела равна 1,5 м2. Температура окружающей среды 30°С. Температура кожи 37°С. Какая часть тепла будет отдана испарением. Расчет сделать для 1 часа теплоотдачи. Масса испарившейся воды 100 г. Конвекцию не учитываем.

22.Вариант 17

1.Дайте определение изолированной, закрытой и открытой систем.

2.Объем водорода при постоянном давлении 105 Па уменьшился в два раза. Какое количество тепла получил или отдал кислород в этом процессе? Масса водорода 10 г, начальная температура 7°С.

3.Человек в течение 2-х часов совершает работу со средней мощностью

100Вт (тяжелая физическая нагрузка). КПД мышечной работы 20 %. Будет ли достаточной для покрытия энерготрат добавка к пайку 150 г углеводов и

120г жиров? При полном окислении 1 г углеводов выделяет 17,6 кДж, 1 г

жиров 40 кДж.

4.В межклеточной жидкости концентрация ионов калия равна 0,1 моль л-

1, а внутри клетки 0,45 моль л-1. Какая мощность необходима для обеспечения активного транспорта этих ионов при потоке 6 ммоль ч-1?

5.В организме человека распадается и одновременно синтезируется около 100 г белка за 1 час. Принимая среднюю молекулярную массу белка 40 кД и среднее изменение химического потенциала при синтезе белка

209

5. Найти изменение энтропии при превращении 100 г воды с начальной температурой 60 oС в лед при температуре 0 oС. Удельная теплоемкость воды 4,2 кДж·К-1·кг-1. Удельная теплота плавления льда 330 кДж·кг-1.

Вариант 2.

1.Дайте определение свободной и связанной энергии.

2.В каком случае продукция энтропии больше: в покое или при физической нагрузке? Почему?

3.При точных измерениях теплоемкость воды не постоянна. В интервале от

изменение энтропии 1 кг воды в этом интервале.

4.Вода по фитилю поднимается на высоту 80 мм. На какую высоту по тому же фитилю поднимается спирт? Плотность спирта 790 кг/м3, коэффициент поверхностного натяжения 0,022 Н/м. Коэффициент поверхностного натяжения воды 0,072 Н/м.

5.Смешивают 2 кг воды при 10 оС и 5 кг воды при 80 оС. Определить изменение энтропии.

Вариант 3.

1.Идет дождь. Как изменяются термодинамическая вероятность и энтропия системы?

2.Нарисуйте график продукции энтропии человеческого организма в течении его жизни.

3.Найти изменение энтропии при превращении 1 кг воды при начальной температуре 39 оС в лед при температуре 0 оС. Удельная теплоемкость воды 4,2·103 Дж·К-1·кг-1. Удельная теплота плавления льда 330 кДж·кг-1.

4.Конец стеклянной трубки радиуса r = 0,050 см опущен в воду на глубину h = 2,0 см. Какое давление p дополнительно к атмосферному необходимо создать, чтобы выдуть пузырек воздуха через нижний конец трубки? Коэффициент поверхностного натяжения воды 0,072 Н/м.

5.Найти изменение энтропии 100 л водорода, взятого при нормальных условиях, после нагревания его в закрытом сосуде до 327 oС.

Вариант 4.

1.Определение и смысл энтропии. Вычисление изменения энтропии через количества тепла, переданное системе.

2.Нарисуйте примерный график зависимости продукции энтропии от температуры, если стационарное состояние устанавливается при 40 оС.

3.Найти изменение энтропии при превращении 1 кг воды в пар. Начальная температура воды 50 оС. Температура кипения 100 оС. Удельная теплоемкость воды 4,2.103 Дж·К-1·кг-1. Удельная теплота парообразования

2,25 МДж·кг-1.

210

4.Какую надо совершить работу (в мкДж), чтобы увеличить свободную поверхность ртути на 5 см2? Коэффициент поверхностного натяжения ртути

0,56 Н/м.

5.При точных измерениях теплоемкость воды не постоянна. В интервале от

изменение энтропии 1 кг воды в этом интервале.

Вариант 5.

Как изменяется энтропия изолированной системы при обратимом процессе?

1.В некотором процессе температура тела снижается до 30 оС, затем начинает возрастать. В какой точке и какой тип экстремума имеет продукция энтропии?

2.Найти изменение энтропии при превращении 1 кг воды при начальной температуре 38 оС в лед при температуре 0 оС. Удельная теплоемкость воды 4,2·103 Дж·К-1·кг-1. Удельная теплота плавления льда 330 кДж·кг-1.

3.Вода в капиллярной трубке поднялась на 18 мм. Чему будет равна высота

(в мм) капиллярного столба воды в этой трубке, если сосуд будет подниматься с ускорением 2 м/с2? Коэффициент поверхностного натяжения воды 0,072 Н/м.

4.Изменение внутренней энергии О2 при нагревании ∆U = 21∆T в расчете на

1моль. Найти изменение энтропии 5 молей кислорода при изменении температуры от 450 оС до 50 оС при нормальном давлении.

Вариант 6.

1.Смысл II начала термодинамики. II начало для обратимых и необратимых процессов в изолированных системах.

2.При t = 100 oC происходит конденсация пара. Как изменяются термодинамическая вероятность и энтропия?

3.Изменение внутренней энергии О2 при нагревании ∆U = 21∆T в расчете на

1моль. Найти изменение энтропии 5 молей кислорода при изменении температуры от 450 оС до 50 оС при нормальном давлении

4.Найдите разность уровней жидкости в двух капиллярных трубках, опущенных в жидкость. Плотность жидкости ρ = 0,80 г/см3, коэффициент поверхностного натяжения σ = 22 × 10−3 Н/м, внутренние диаметры трубок равны d1 = 0,04 см и d2 = 0,1 см.

5. Удельная теплоемкость ртути выражается формулой c = c0(1-αT), где с0 = 147 Дж.кг-1.К-1, α = 2.10-4 К-1. Найти изменение энтропии 5 кг ртути при

охлаждении от 220 оС до 20 оС.

Вариант 7.

1. Как изменяется свободная энергия изолированной системы при обратимом процессе?