Задание №2 по термодинамике и кпд

За­да­ние1

На га­зо­вую плиту по­ста­ви­ли сосуд, в ко­то­ром на­хо­дит­ся 0, 5 литра воды при тем­пе­ра­ту­ре . В верх­ней части со­су­да име­ет­ся ёмкость с 1 кг льда при тем­пе­ра­ту­ре (см. ри­су­нок). Пары воды могут вы­хо­дить из со­су­да, об­те­кая ёмкость со льдом. Что и при какой тем­пе­ра­ту­ре ока­жет­ся в верх­ней ёмко­сти к мо­мен­ту, когда вся вода в со­су­де ис­па­рит­ся? Счи­тать, что на на­гре­ва­ние ёмко­сти рас­хо­ду­ет­ся 50% теп­ло­ты, по­лу­ча­е­мой водой в со­су­де. Ис­па­ре­ни­ем воды при тем­пе­ра­ту­ре ниже , а также теплоёмко­стью сте­нок со­су­да и ёмко­сти пре­не­бречь.

За­да­ние 2. В теп­ло­изо­ли­ро­ван­ном ци­лин­дре, раз­делённом на две части тон­ким не­ве­со­мым теп­ло­про­во­дя­г­щим порш­нем, на­хо­дит­ся иде­аль­ный од­но­атом­ный газ. В на­чаль­ный мо­мент вре­ме­ни пор­шень за­креплён, а па­ра­мет­ры со­сто­я­ния газа - дав­ле­ние, объём и тем­пе­ра­ту­ра - в одной части ци­лин­дра равны = 1 атм, = 1 л и Т₁ = 300 К, а в дру­гой, со­от­вет­ствен­но, р₂ = 2 атм, V₂ = 1 л и Т₂ = 600 К. Пор­шень от­пус­ка­ют, и он на­чи­на­ет дви­гать­ся без тре­ния. Какое дав­ле­ние газа уста­но­вит­ся в ци­лин­дре спу­стя до­ста­точ­но дол­гое время, когда будет до­стиг­ну­то со­сто­я­ние рав­но­ве­сия? Теплоёмко­стя­ми ци­лин­дра и порш­ня можно пре­не­бречь.

За­да­ние 3. В теп­ло­вой ма­ши­не, ра­бо­та­ю­щей по циклу Карно, газ за один цикл по­лу­ча­ет от на­гре­ва­те­ля ко­ли­че­ство теп­ло­ты 600 Дж. Тем­пе­ра­ту­ра на­гре­ва­те­ля равна 227 °С, тем­пе­ра­ту­ра хо­ло­диль­ни­ка равна 27 °С. Опре­де­ли­те ра­бо­ту, со­вер­ша­е­мую газом за один цикл.

За­да­ние 4.

Пор­шень может сво­бод­но без тре­ния пе­ре­ме­щать­ся вдоль сте­нок го­ри­зон­таль­но­го ци­лин­дри­че­ско­го со­су­да. В объёме, огра­ни­чен­ном дном со­су­да и порш­нем, на­хо­дит­ся воз­дух (см. ри­су­нок). Пло­щадь по­пе­реч­но­го се­че­ния со­су­да равна 20 см², рас­сто­я­ние от дна со­су­да до порш­ня равно 25 см, ат­мо­сфер­ное дав­ле­ние 100 кПа, дав­ле­ние воз­ду­ха в со­су­де равно ат­мо­сфер­но­му. Пор­шень мед­лен­но пе­ре­ме­ща­ют на 5 см влево, при этом тем­пе­ра­ту­ра воз­ду­ха не ме­ня­ет­ся. Какую силу тре­бу­ет­ся при­ло­жить, чтобы удер­жать пор­шень в таком по­ло­же­нии? Ответ при­ве­ди­те в нью­то­нах, округ­ли­те до де­ся­тых.

За­да­ние 5. Иде­аль­ный од­но­атом­ный газ, на­хо­дя­щий­ся при тем­пе­ра­ту­ре +327 °С, имеет объём 0, 083 м³ и дав­ле­ние 120 кПа. В ре­зуль­та­те адиа­ба­ти­че­ско­го про­цес­са тем­пе­ра­ту­ра этого газа умень­ши­лась на 50 °С. Какую ра­бо­ту со­вер­шил газ в этом про­цес­се? Ответ округ­ли­те до це­ло­го числа. Ответ при­ве­ди­те в Джо­у­лях.

За­да­ние 6. Над од­но­атом­ным иде­аль­ным газом про­во­дит­ся цик­ли­че­ский про­цесс, по­ка­зан­ный на ри­сун­ке. На участ­ке 1–2 газ со­вер­ша­ет ра­бо­ту Дж. Уча­сток 3–1 — адиа­ба­та. Ко­ли­че­ство теп­ло­ты, от­дан­ное газом за цикл хо­ло­диль­ни­ку, равно Дж. Ко­ли­че­ство ве­ще­ства газа в ходе про­цес­са не ме­ня­ет­ся. Най­ди­те КПД цикла.

За­да­ние 7. Один моль ар­го­на, на­хо­дя­щий­ся в ци­лин­дре при тем­пе­ра­ту­ре К и дав­ле­нии Па, рас­ши­ря­ет­ся и од­но­вре­мен­но охла­жда­ет­ся так, что его дав­ле­ние при рас­ши­ре­нии об­рат­но про­пор­ци­о­наль­но квад­ра­ту объёма. Ко­неч­ное дав­ле­ние газа Па. Какое ко­ли­че­ство теп­ло­ты газ отдал при рас­ши­ре­нии, если при этом он со­вер­шил ра­бо­ту Дж?