Сборник задач. Углубленный уровень. МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА. 7. Первый закон термодинамики

          

МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА. 7. Первый закон термодинамики

5.7.1. Одноатомный газ в исходном состоянии занимает объем V1 = 100 л и имеет давление Р1 = 2 атм. Когда к газу подвели количество тепла Q = 2500 Дж, он расширился и стал занимать объем V2 = 150 л, а его давление уменьшилось до значения Р2 = 1,2 атм. Какую работу совершил газ? На какую высоту он смог бы поднять гирю весом в 1 кг?
5.7.2. а) Тяжелый поршень массы m и сечения S перекрывает в цилиндрическом стакане объем V с воздухом (см. рисунок). Поршень и стенки стакана теплонепроницаемые. Внешнее давление воздуха Р. Какое количество тепла нужно подвести к воздуху, чтобы его объем удвоился?
б) Решите задачу а) в случае, когда под поршнем находится водяной пар.
в) Решите задачу а) в случае, когда под поршнем находится смесь из равного количества атомов гелия и молекул кислорода.
5.7.3. В вертикально стоящем цилиндрическом стакане под поршнем находится один моль одноатомного газа с температурой T0 и тело с теплоемкостью С и с температурой T1 (см. рисунок). На какое расстояние сместится поршень после установления равновесия? Стакан и поршень не проводят тепло и их теплоемкостью можно пренебречь. Внешнее давление равно нулю.
5.7.4. а) В теплоизолированной горизонтально лежащей трубе, один конец которой перекрыт (см. рисунок), под поршнем содержится 1 моль одноатомного газа при давлении в 2 раза меньше внешнего. Температура газа Т. Поршень может свободно перемещаться в сторону увеличения объема и удерживается стопорами в противоположном направлении (см. рисунок). Сколько тепла нужно подвести к газу, чтобы его объем увеличился вдвое?
б) Поршень массы m и сечения S лежит на выступах, закрепленных на высоте Н от дна высокого цилиндрического стакана см. рисунок). Под поршнем находится гелий при атмосферном давлении Р0. Гелий начинают постепенно нагревать. Какое количество тепла нужно сообщить гелию, чтобы расстояние между дном и поршнем удвоилось?
5.7.5. а) В пробирке сечения S и длины L ровно посередине находится легкая пробка, которая перекрывает объем с гелием. Сила трения пробки в пробирке F. В начальный момент давление гелия было равно атмосферному Р0. Сколько тепла нужно подвести в пробирку, чтобы выдавить пробку? Рассмотреть два случая: 1) тепло, выделяющееся от трения, остается в пробирке; 2) тепло, выделяющееся от трения, рассеивается во внешнюю среду. Теплоемкость пробирки с пробкой равна С.
б) Цилиндрическая камера длиной 2l с поршнем сечения S (общая масса m) может двигаться по горизонтальной плоскости с коэффициентом трения $\mu$. Слева от поршня, расположенного в центре камеры, находится гелий при температуре T0 и давлении Р0. Между подвижной стенкой и поршнем помещена пружина жесткости k (см. рисунок). Наружное давление Р0. Сколько тепла нужно подвести к газу чтобы его объем удвоился, если между камерой и поршнем трения нет? Теплопередачи от гелия к стенкам камеры и к поршню нет.