Молекулярная физика

1. Определите число степеней свободы для молекул гелия, азота, водяного пара при условии, что имеет место только поступательное и вращательное движение молекулы как целого.

2. Чему равна кинетическая энергия всех молекул в 2 г неона при температуре 300 К? Молярная масса неона .

3. Чему равна кинетическая энергия всех молекул в 4 г водорода при температуре 200 К? Молярная масса водорода . Колебательное движение атомов в молекуле не учитывать.

4. Чему равна кинетическая энергия вращательного движения всех молекул в 2 г водорода при температуре 100 К? Молярная масса водорода .

5. Определите отношение кинетической энергии вращательного движения к полной кинетической энергии линейной молекулы углекислого газа (см. рис. ). Колебательное движение атомов в молекуле не учитывать.

6. Определите отношение средней кинетической энергии колебательного движения к полной кинетической энергии молекулы азота при условии, что имеет место поступательное, вращательное движение молекулы как целого и колебательное движение атомов в молекуле.

7. Газ занимает объем 5 л под давлением 2 МПа. Определите кинетическую энергию поступательного движения всех его молекул.

8. Определите массу одной молекулы углекислого газа. Молярная масса .

9. Баллон емкостью 20 л заполнен азотом при температуре 400 К. Когда часть газа израсходовали, давление в баллоне понизилось на 200 кПа. Определите массу израсходованного азота. Процесс считать изотермическим.

10. Водород находится при температуре 300 К. Найдите среднюю кинетическую энергию вращательного движения одной молекулы, а также суммарную кинетическую энергию всех молекул этого газа. Количество вещества водорода 0, 5 моль.

11. Азот массой 7 г находится под давлением 0, 1 МПа при температуре 290 К. Вследствие изобарного нагревания газ занял объем 10 л. Определите температуру газа после расширения, объем газа до расширения, плотность газа до и после расширения.

12. Какова разница масс воздуха, заполняющего помещение объемом 50 зимой и летом, если температура воздуха летом , а зимой ? Атмосферное давление зимой и летом равно 0, 1 МПа.

13. Баллон содержал идеальный газ при температуре и давлении 4 МПа. Каким будет давление в баллоне, если из него выпустить половину массы газа, а температуру снизить до ?

14. В баллоне емкостью 110 л находится 0, 8 кг водорода и 1, 8 кг азота при температуре . Определите давление смеси и концентрацию молекул водорода и азота.

15. Найдите плотность смеси, состоящей из 4 г водорода, 42 г азота при температуре и давлении 93 кПа.

16. Средняя квадратичная скорость молекул некоторого газа при нормальных условиях равна 461 . Какое количество молекул содержится в 1 г этого газа?

17. Определите массу и давление кислорода, находящегося в баллоне объемом 10 л, если кинетическая энергия поступательного движения всех его молекул равна 2 кДж, а средняя квадратичная скорость молекул равна 1 .

18. Чему равно число вращательных степеней свободы молекулы идеального газа, если молярная теплоемкость при постоянном давлении равна , где – универсальная газовая постоянная.

19. Определите число степеней свободы молекулы идеального газа, если при комнатной температуре коэффициент Пуассона равен .

20. Одноатомному идеальному газу в результате изобарного процесса подведено количество теплоты . Какая часть теплоты расходуется на увеличение внутренней энергии газа?

21. Двухатомному идеальному газу в результате изобарного процесса подведено количество теплоты . Какая часть теплоты расходуется на увеличение внутренней энергии газа?

22. Одному молю двухатомного газа было передано 5155 Дж теплоты, при этом газ совершил работу, равную 1000 Дж. На сколько повысилась его температура?

23. Двум молям водорода сообщили 580 Дж теплоты при постоянном давлении. На сколько при этом повысилась его температура.

24. Один моль идеального одноатомного газа в ходе некоторого процесса получил 2507 Дж теплоты. При этом его температура понизилась на 200 К. Определите работу, совершенную газом.

25. При изотермическом расширении 0, 5 моля газа при температуре 200 К объем увеличился в раз ( ). Найдите работу газа.

26. При адиабатном расширении 2 молей одноатомного газа совершена работа, равная 2493 Дж. Определите изменение температуры.

27. При адиабатном расширении 2 молей одноатомного газа его температура понизилась с 300 К до 200 К. Определите работу, совершенную газом.

28. Определите максимальное значение КПД, которое может иметь тепловой двигатель с температурой нагревателя и температурой холодильника .

29. КПД цикла Карно равен 60%. Во сколько раз температура нагревателя больше температуры холодильника?

30. КПД цикла Карно равен 60%. Каким станет КПД, если на 20% уменьшить температуру нагревателя и на 20% увеличить температуру холодильника?

31. КПД цикла Карно равен 40%. Каким станет КПД, если на 20% увеличить температуру нагревателя и на 20% уменьшить температуру холодильника?

32. Как изменится КПД тепловой машины, если количество теплоты, получаемое рабочим телом от нагревателя, увеличится в 2 раза?

33. Как изменится КПД тепловой машины, если количество теплоты, отдаваемое рабочим телом холодильнику, увеличится в 2 раза?

34. Как изменится КПД тепловой машины, если количество теплоты, отдаваемое рабочим телом холодильнику, уменьшится в 2 раза?

35. Температура пара, поступающего в паровую машину, составляет ; температура в конденсаторе . Определите теоретически максимальную работу при затрате количества теплоты 4, 2 кДж.

36. Идеальный газ, совершающий цикл Карно, 70% теплоты, полученной от нагревателя, отдает холодильнику. За цикл газ получает 5 кДж теплоты. Определите КПД цикла и работу газа за цикл.

37. Диаграмма циклического процесса идеального одноатомного газа представлена на рисунке. Определите работу газа за цикл.

38. Диаграмма циклического процесса идеального одноатомного газа представлена на рисунке. Определите работу газа за цикл.

39. Трехатомный газ массой 2 кг под давлением 240 кПа и температуре занимает объем 10 л. Определите удельную теплоемкость этого газа при постоянном давлении.

40. Кислород нагрели при постоянном давлении 80 кПа. При этом его объем увеличился от 1 до 3 . Определите изменение внутренней энергии, совершенную работу и сообщенное газу количество теплоты.

41. Азот массой 0, 1 кг изобарно нагрет от температуры 200 К до 400 К. Определите совершенную газом работу, полученную им теплоту и изменение внутренней энергии.

42. Двухатомный идеальный газ, занимавший при давлении 200 кПа объем 6 л, расширяется до объема вдвое большего, чем начальный. Процесс происходит так, что . Найдите изменение внутренней энергии газа.

43. Азот массой 20 г при температуре находится под поршнем. Сначала газ расширяют адиабатически от объема до объема , затем сжимают изотермически до первоначального объема. Определите температуру в конце процесса и полную работу.

44. Дана смесь газов – неона массой 4 г и водорода массой 1 г. Газы считаются идеальными. Определите удельные теплоемкости газов при изохорном и изобарном процессах.

45. Определите удельные теплоемкости некоторого двухатомного газа, если его плотность при нормальных условиях равна 1, 43 .

46. Найдите изменение энтропии при изобарном расширении 8 г гелия от объема 10 л до объема 25 л.

47. Найдите изменение энтропии при переходе 8 г кислорода от объема 10 л при к объему 40 л при .

48. Чтобы расплавить некоторую массу меди, требуется большее количество теплоты, чем для плавления такой же массы цинка, так как удельная теплота плавления меди в 1, 5 раза больше, чем цинка ( , ). Температура плавления меди примерно в 2 раза выше температуры плавления цинка ( К, К). Разрушение кристаллической решетки металла при плавлении приводит к возрастанию энтропии. Энтропия цинка увеличилась на . Определите изменение энтропии меди.