Твердые тела. Тепловые свойства твердых тел. Фазовые переходы.

15.1. Концы стального стержня сечением 5 см ² наглухо закреплены в двух стенах. Какова сила, действующая на стены при температуре 20°С, если при 10°С стержень находился в ненапряженном состоянии? Модуль Юнга стали 210 ГПа, коэффициент теплового расширения 1, 06 ·10^–5 К ^–1.

15.2. Найти зависимость периода свободных колебаний от температуры для однородного твердого тела вокруг горизонтальной оси, не проходящей через его центр тяжести.

15.3. Вычислить по классической теории теплоемкости удельные теплоемкости кристаллов: 1) алюминия; 2) меди; 3) платины. Плотности соответственно 2600, 8600 и 21400 кг / м ³.

15.4. Определить приращение энтропии при затвердевании ртути массой 1 кг при температуре затвердевания –38, 9°С. Удельная теплота кристаллизации ртути 11, 7 кДж / кг.

15.5. Определить температуру плавления льда при давлении 1 МПа. Считать, что при изменении давления в пределах от 0, 10 до 1, 0 МПа плотность льда и воды и удельная теплота плавления постоянны. Удельная теплота плавления льда 334 кДж / кг, плотность льда 900 кг / м ³, воды – 1000 кг / м ³.

15.6. Струя водяного пара при температуре 100°С, направленная на глыбу льда массой 4, 0 кг при температуре –20°С, растопила ее и нагрела получившуюся воду до 60°С. Найти приращение энтропии при этом процессе. Удельная теплота парообразования воды 2, 26 МДж / кг, удельная теплота плавления льда 334 кДж / кг, теплоемкость льда 2100 Дж /(кг · К), воды – 4190 Дж /(кг · К).

15.7. Толщина деревянной стены 10 см. Какой должна быть толщина кирпичной стены, чтобы она обладала такой же теплопроводностью, как деревянная? Коэффициенты теплопроводности соответственно 0, 84 и 0, 17 Вт /(м · К).

15.8. Две пластины – медная и железная – одинаковой толщины вплотную прилегают друг к другу. Температура наружной поверхности медной пластинки 100°С, железной – 0°С. Найти температуру в месте соприкосновения пластин. Коэффициенты теплопроводности меди и железа соответственно 390 и 62 Вт /(м · К).

15.9. Сколько угля необходимо сжечь в комнате, чтобы восполнить потери тепла через стены за сутки? Температура за окном –20°С, в комнате 20°С, уголь имеет теплотворную способность 31 МДж / кг. Воспользоваться параметрами помещения, в котором проходят занятия.

Д15.1. К стальной проволоке радиусом 1 мм подвешен груз. Под действием этого груза проволока получила такое же удлинение, как при нагревании на 20°C. Найти массу груза. Данные для стали см. задачу 15.1.

Д15.2. Пользуясь законом Дюлонга и Пти, найти, из какого материала сделан металлический шарик массой 0, 025 кг, если известно, что для его нагревания от10°С до 30°С потребовалось затратить количество теплоты 117 Дж. (См. таблицу теплоемкостей.)

Д15.3. Свинцовая пуля, летящая со скоростью 400 м/с, ударяется о стенку и входит в нее. Считая, что 10% кинетической энергии пули идет на ее нагревание, найти, на сколько нагрелась пуля. Молярную теплоемкость свинца найти по закону Дюлонга и Пти.