Сборник задач. Углубленный уровень. МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА. 9. Тепловая машина

          

МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА. 9. Тепловая машина

5.9.1. а) Объем газа увеличили в три раза: один раз изобарически, второй раз изотермически, третий раз адиабатически. В каком случае газ совершил самую большую работу? Самую малую работу?
б) Один раз газ расширяли изотермически до тех пор, пока давление не упало в три раза, второй раз - адиабатически, пока давление не упало тоже в гри раза. В каком из этих двух случаев газ совершил большую работу?
5.9.2. Поршень массы М и сечения S перекрывает в стакане одноатомный газ (см. рисунок). Атмосферное давление равно Р0. Насколько поднимется поршень, если газу медленно сообщить количество тепла Q? Теплопередачей между газом и стенками пренебречь.
5.9.3. а) Газовая пушка имеет камеру объема V и ствол длины l и сечения S (см. рисунок). Снаряд - поршень, который перекрывает ствол на входе. Вне пушки газа нет. В камере находится одноатомный газ при давлении Р и температуре Т. При выстреле с помощью нагревателя поддерживают постоянное давление газа Р. Какое количество тепла предается газу от нагревателя при выстреле? Во сколько раз это количество тепла больше кинетической энергии снаряда?Насколько увеличивается температура газа при выстреле?
б) Решите задачу а) в случае, когда давление газа при выстреле возрастает: Рх = Р + kх , где х - путь, пройденный снарядом в стволе.
5.9.4. а) Для получения газов при сверхвысоких давлениях и температурах иногда применяется установка, состоящая из закрытого с одного конца закрепленного цилиндра - ствола и поршня - пули, влетающего в цилиндр с открытой стороны (см. рисунок). При хорошей обработке ствола и пули добились малой утечки газа через зазор между пулей и стволом. Оцените верхний предел температуры аргона, подвергнутого сжатию в такой установке, если пуля массы m = 10 г влетает в ствол, имеющий объем V = 200 см3, с начальной скоростью v = 200 м/с. Начальная температура аргона Т = 300 °К, а давление P0 = 1 атм.
б) В незакрепленный стакан массы М и объема К, заполненного аргоном при давлении Р и температуре T, влетает со скоростью v поршень массы m (см. рисунок). До какой максимальной температуры нагреется аргон? Какую скорость будет иметь стакан в момент, когда поршень вылетает из него? Давление газа вне стакана равно нулю.
5.9.5. В гладкой трубе между двумя поршнями массы m и М (m < М) в объеме V находится гелий с давлением Р и температурой Т (см. рисунок). Внешнее давление нулевое. Каждому поршню, толкнув их навстречу друг другу, сообщили скорость v, Определите:
а) максимальную температуру гелия;
б)* температуру гелия в момент остановки каждого поршня.