Второе начало термодинамики

21. Сформулируйте второе начало термодинамики на основе микроскопических представлений о структуре вещества.

2.24. Дом отапливается тепловым насосом, работающим по обратному циклу Карно. Температура в доме t = 20 С, окружающего воздуха t = 20 С. Во сколько раз количество теплоты, получаемой домом от сгорания угля в печке, меньше количества теплоты, переданной тепловым насосом с паровой машиной с КПД  = 0,27, потребляющей ту же массу угля?

Ответ: 2 раза.

3.24. Определить работу, совершаемую холодильной установкой, работающей по обратному циклу Карно, если из комнаты с температурой Т₂ = 300 К отводится 10 МДж энергии в час в окружающую среду, температура которой Т₁ = = 330 К.

Ответ: А = 1 МДж в час.

4.24. Цикл тепловой машины состоит из изотермы, адиабаты и изобары. Изотермический процесс происходит при минимальной температуре цикла. Определить степень сжатия Р₁/Р₂ двухатомного газа, являющегося рабочим веществом цикла, если КПД цикла равен  = 0,3.

Ответ: Р₁/Р₂ = 10.

Энтропия

1.24. В каком состоянии должна находиться система, чтобы энтропия этой системы оставалась неизменной?

2.24. Камень массой 2,2 кг падает с высоты 13,6 м на Землю. Температура окружающей среды 20 ºС. Определите изменение энтропии, вызванное этим процессом в системе «камень – Земля».

Ответ: 1 Дж/К.

3.24. В сосуде объемом V находятся 4 молекулы идеального газа. Определите вероятность w того, что все молекулы соберутся только в половине этого сосуда.

Ответ: 0,0625.

4.24. Кислород и водород, имеющие одинаковые массы и занимающие одинаковые объемы V, изотермически сжимают до объема V/2. Для какого газа приращение энтропии будет больше и во сколько раз?

Ответ: Для водорода, в 16 раз.

14. Реальные газы и жидкости

А. Реальные газы

24. Приведите интервалы температур, которые можно достичь путем сжижения газов.

2.24. Какова потенциальная энергия взаимного притяжения 0,1 моля молекул водорода.

Ответ: 1,1 кДж.

3.24. Найти понижение температуры при расширении 20 кг азота в пустоту от V₁ = 1,0 м³ до V₂ = 2 м³.

Ответ: 2,3 °.

Б. Поверхностное натяжение. Формула Лапласа. Явления ка­пиллярности и смачивания. Испарение и кипение жидкостей

24. Объясните принцип действия камеры Вильсона.

2.24. На какую высоту h поднимается вода между двумя парал­лельными друг другу стеклянными пластинками, если расстояние между ними d = 0,2 мм.

Ответ: 7,3 см.

3.24. Определить давление воздуха в воздушном пузырьке диа­метром d = = 0,01 мм, находящемся на глубине 20 см под поверх­ностью воды. Атмосферное давление Р₀ = 101745 Па.

Ответ: 132867 Па.

Вариант № 25.

ДАВЛЕНИЕ ГАЗА. ТЕМПЕРАТУРА И СРЕДНЯЯ ЭНЕРГИЯ

ТЕПЛОВОГО ДВИЖЕНИЯ МОЛЕКУЛ.

УРАВНЕНИЕ СОСТОЯНИЯ ИДЕАЛЬНОГО ГАЗА

1.25. Как вычислить для молекулы среднее от квадрата ее скорости?

2.25. При какой температуре кислород О₂, находясь под давлением 210⁵ Па, имеет плотность 1,2 кг/м³.

Ответ: Т = 642 К.

3.25. Найти число степеней свободы молекулы газа, молярная теплоемкость которого при постоянном давлении равен 29 Дж/мольК.

Ответ: i = 5.

4.25. Метеорологический зонд-шар запускают с поверхности Земли при температуре 290 К. Давление в шаре 116 кПа. На некоторой высоте температура и давление атмосферного воздуха равны 253 К и 85 кПа. На сколько изменится объем шара на высоте, если давление, создаваемое за счет упругости оболочки шара, равно 5 кПа.

Ответ: на 8 %.