Расчётная задача по молекулярной физике или электродинамике · 56 заданий
- Задание №23№23
По двум горизонтальным параллельным проводящим рельсам с пренебрежимо малым сопротивлением, замкнутым на последовательно соединённые резистор с сопрот…
Закон Ома для участка цепи
- Задание №23№23
В стакан калориметра, содержащий 250 г воды, опустили кусок льда массой 140 г, имевшего температуру 0°С. После того как наступило тепловое равновеси…
Уравнение теплового баланса
- Задание №23№23
На металл падает поток фотонов с длиной волны в 3 раза меньше «красной границы» фотоэффекта. Во сколько раз уменьшится максимальная кинетическая энерг…
Расчётная задача: МКТ/электродинамика
- Задание №23№23
Кусок льда опустили в термос, содержащий воду при температуре 50°С. Начальная температура льда 0°С. При переходе к тепловому равновесию часть льда мас…
Уравнение теплового баланса
- Задание №23№23
Пластины большого по размерам плоского конденсатора расположены горизонтально на расстоянии d = 2 см друг от друга. Напряжение на пластинах конденсато…
Потенциальность электростатического поля
- Задание №23№23
В тонкой рассеивающей линзе получено уменьшенное в 4 раза изображение предмета. Определите модуль фокусного расстояния линзы, если изображение предмет…
Формула тонкой линзы
- Задание №23№23
В калориметре находятся в тепловом равновесии 50 г воды и 5 г льда. Какой должна быть минимальная удельная теплоёмкость материала болта, имеющего масс…
Изменение агрегатных состояний вещества: плавление и…
- Задание №23№23
На дифракционную решётку, имеющую 500 штрихов на 1 мм, перпендикулярно её поверхности падает узкий луч монохроматического света частотой 5 · 10¹⁴ Гц.…
Дифракция света
- Задание №23№23
На дифракционную решётку, имеющую 300 штрихов на 1 мм, перпендикулярно её поверхности падает узкий луч монохроматического света частотой 5,6 · 10¹⁴ Гц…
Дифракция света
- Задание №23№23
На металл падает поток фотонов с частотой в 3,5 раза больше «красной границы» фотоэффекта. Во сколько раз увеличится максимальная кинетическая энергия…
Расчётная задача: МКТ/электродинамика
- Задание №23№23
В калориметре находятся в тепловом равновесии 50 г воды и 5 г льда. Какой должна быть минимальная масса болта, имеющего температуру 339 К, чтобы после…
Уравнение теплового баланса
- Задание №23№23
Пластины большого по размерам плоского конденсатора расположены горизонтально на расстоянии d = 2 см друг от друга. Напряжение на пластинах конденсато…
Потенциальность электростатического поля
При сжатии 40 г неона при постоянном давлении его внутренняя энергия уменьшилась на 1800 Дж. Какое количество теплоты было передано при этом газом окружающим телам?
Решение
Решение:
Обозначения. m=40 г=0,04 кг — масса неона; M=20⋅10−3 кг/моль — его молярная масса; ν=Mm — количество вещества; ΔU=−1800 Дж — изменение внутренней энергии (по условию она уменьшилась на 1800 Дж); A — работа, совершённая газом; Q — количество теплоты, полученное газом; Qотд=−Q — количество теплоты, отданное газом окружающим телам (искомая величина); R=8,31 Дж/(моль⋅К) — универсальная газовая постоянная; ΔT — изменение температуры газа.
Модель и законы. Неон — одноатомный газ; считаем его идеальным. Внутренняя энергия одноатомного идеального газа U=23νRT, поэтому ΔU=23νRΔT. При постоянном давлении работа газа A=pΔV=νRΔT (использовано уравнение Клапейрона—Менделеева pV=νRT). Первое начало термодинамики: Q=ΔU+A.
Преобразования. Сравнивая два выражения, получаем A=νRΔT=32ΔU. Тогда
Q=ΔU+A=ΔU+32ΔU=35ΔU.
Количество вещества в ответ не входит, поэтому масса неона в этой задаче — избыточное данное (она нужна лишь для промежуточных величин вроде ΔT).
Расчёт. Q=35⋅(−1800)=−3000 Дж. Отрицательный знак означает, что газ теплоту не получал, а отдавал: Qотд=3000 Дж.
Проверка. ν=0,020,04=2 моль; ΔT=3νR2ΔU=3⋅2⋅8,312⋅(−1800)≈−72 К — газ охладился, что и должно быть при изобарном сжатии; A=νRΔT≈2⋅8,31⋅(−72)≈−1200 Дж, то есть внешние силы совершили над газом работу 1200 Дж; тогда Q=−1800+(−1200)=−3000 Дж.
Ответ: газ отдал окружающим телам Qотд=3000 Дж теплоты.