ПКР №2. Молекулярная физика и термодинамика. Вариант 2

ПКР №2. Молекулярная физика и термодинамика. Вариант 1

удельная теплоемкость воды с = 4,2 кДж/(кг·К), удельная теплота плавления льда λ = 0,33 МДж/кг, R =8.31 Дж/(моль·К), N_A = 6·10²³ 1/моль, , k_B = 1.38·10^-23 Дж/К. Нормальное условия: атмосферное давление 1 атм = 10⁵Па, t = 0 °С.

Часть 1. Каждая задача оценивается в два балла

1.В помещении объемом V = 300 м³произошла утечка газообразного аммиака. Найти массу утечки, если определенная детектором концентрация аммиака в помещении равна n = 10²⁰ 1/м³. Молярная масса аммиака µ = 17 г/моль.

2.Найти объем одного моля идеального газа при давлении p = 0.5 атм и температуре t = 27°С.

3.Идеальный газ совершает циклический процесс, график которого показан на рисунке. Построить график этого процесса в координатах объем – температура. Положение точки 1 отмечено.

4.Найти внутреннюю энергию одного моля газообразного гелия, если среднеквадратичная скорость движения его молекул равна υ = 800 м/с. Молярная масса гелия µ = 4 г/моль.

5.В изохорном процессе давление газа выросло в три раза. Найти сообщенное газу количество теплоты, если начальная внутренняя энергия газа равна U = 8 Дж. Масса газа постоянна.

6.В тепловой машине, работающей по циклу Карно, отношение абсолютных температур нагревателя и холодильника равно трем. Найти отданное за цикл количество теплоты, если работа машины за цикл A = 12 кДж.

7.Кусок льда при температуре t₁ = 0°С помещен в калориметр с нагревателем. Чтобы превратить этот лед в воду при температуре t₂= 20°С, потратили количество теплоты Q₁ = 100 кДж. Найти температуру в калориметре, если льду сообщить Q₂ = 70 кДж. Теплоемкость калориметра мала.

Часть 2. Каждая задача оценивается в три балла

1.На полу лифта стоит вертикальный теплоизолированный сосуд, в котором под поршнем массой M и площадью S находится идеальный газ. Используя физические законы, объясните, как изменятся температура газа и положение равновесия поршня относительно дна сосуда, если лифт начнет подниматься с постоянным ускорением a.Атмосферное давление p₀.

2.Воздушный шар объемом V = 4000 м³ имеет снизу отверстие, через которое воздух в шаре нагревается горелкой до t₁= 47°С. Груз какой максимальной массы M может поднять шар, если температура воздуха снаружи t₀= 7°С, а его давление p = 1 атм? Масса оболочки с корзиной m = 100 кг. Молярная масса воздуха µ = 29 г/моль.

3.В замкнутом сосуде находились m₁ = 2 г двухатомного водорода и m₂ = 32 г двухатомного кислорода. Между газами произошла химическая реакция с образованием воды. Найти отношение конечного давления в сосуде к начальному давлению, если в результате реакции образовалось максимально возможное число молекул воды, а температура выросла в два раза. Образовавшаяся вода находится в газообразном состоянии. Молярная масса водорода µ(H₂) = 2 г/моль, кислорода µ(O₂) = 32 г/моль.

Вариант 1. Решения, ответы, критерии

Часть 1. Правильный численный ответ с решением – 2 б, одна ошибка – 1б.

1.0.85 г.

2.50 л.

4.1280 Дж.

5.16 Дж.

6.6 кДж

7. 0°С,

Часть 2. Задачи 2, 3: правильный ответ с решением – 3 б, правильные уравнения и одна ошибка в преобразованиях– 2б, одна ошибка в исходных уравнениях 1 б.

Задача 1.Возможное решение. Условие равновесия поршня, когда лифт неподвижен: p₀S + Mg = p₁S, где p₁ – давление газа. Условие равновесия поршня при движении лифта с ускорением вверх: p₂S - p₀S - Mg = Ma где p₂ – давление газа. Отсюда следует, что в новом положении равновесия p₂ > p₁. Так как сосуд теплоизолирован, то из первого начала термодинамики Q = A + DU при Q = 0 следует, что A = - DU. Из уравнения Клапейрона-Менделеева PV = nRT и выражения для внутренней энергии U = (3/2) nRT следует, что при Q = 0 давление и объем не могут расти одновременно, так как при этом A > 0 и DU > 0. Следовательно, объем уменьшается, => поршень станет ближе ко дну сосуда. Температура газа вырастет, так как при уменьшении объема A < 0, => DU > 0.

Критерии.

3б.Приведено полное правильное решение, включающее правильный ответ и верные рассуждения с указанием наблюдаемых явлений и законов: условия равновесия поршня, первое начало термодинамики, уравнение Клапейрона–Менделеева, выражение для внутренней энергии знак работы при изменении объема.

2б.Дан верный ответ, но не указан один из законов или одна из необходимых формул, или есть пропуски в рассуждениях, или не все введенные обозначения поясняются.

1б.Дан верный ответ, но не указаны два из законов или две из необходимых формул, есть пропуски в рассуждениях, не все введенные обозначения поясняются.

0б.Все случаи решения, кроме описанных выше.

Задача 2. M = pVµ(1/T₀ - 1/T₁)/R – m = 523 кг

Задача 3. p_К/p_H = 1,5.

ПКР №2. Молекулярная физика и термодинамика. Вариант 2

Дата добавления: 2021-04-15; просмотров: 279; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

12 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!