FIZIKA II 4. sorozat

Kiválasztott kérdések hő és a termodinamika első törvénye

1.- Mennyi szén szükséges a 40 literes tartályban lévő víz melegítéséhez 40 ° F és 180 ° F. között. Ha a felhasznált szén égési hője 6000 kcal/kg? (Egy liter víz súlya 8,34 font.) Válasz: 1,97 kg szén.

2.- Ha 0,04 kg 100 ° C-os fémet 0,15 kg vízbe teszünk 18 ° C-on, és a keverék végső hőmérséklete 20 ° C, akkor mekkora a fém fajlagos hője? Válasz: 0,094 kcal/kg $ ° C

3.- Ha 0,08 kg alumíniumot (0,212 fajlagos hővel) 100 ° C-on 0,1 kg 15 ° C-os vízbe helyezünk, akkor mi a keverék végső hőmérséklete? Válasz: 27,3 ° C

4. - Két tartályt adnak, az egyiket 80 ° F-on, a másikat 205 ° F-on. Mennyi vizet kell venni mindegyikből, hogy 200 font víz legyen 150 ° F-on? Válasz: 88 font víz 80 ° F-on és 112 lbs. 205 ° F-on.

5.- їHány kilokalória szabadul fel 7,5 kg változtatásakor. a gőztől 100 ° C-on a vízig 40 ° C-on? Válasz: 4500 kcal.

6.- Ha 2 kg 0,092 fajlagos hőmennyiséget 190 ° C hőmérsékleten 0,4 kg jégbe teszünk 0 ° C-on, akkor mi a keverék végső hőmérséklete? Válasz: 5,1 ° C.

7.- Ha 0,1 kg 130 ° C hőmérsékletű gőz kondenzálódik 2,5 kg 30 ° C hőmérsékletű vízben, amelyet 0,5 kg tömegű alumínium kaloriméter tartalmaz, akkor mi a keverék végső hőmérséklete? (Fajlagos alumíniumhő: 0,21 cal/g $ ° C; fajlagos gőzhő: 0,5 cal/g $ ° C)

Válasz: 51,1 ° C.

8.- їMilyen hosszú ideig képes működni egy 2000 CV (147x10 4 J/s) motor, aktiválva az 1 km 3 tengervíz által felszabadított energiát, ha a víz hőmérséklete 1 ° C-ra csökken, ha mindez a hő mechanikai energiává alakul ? Miért nem használják ezt a hatalmas energiatartályt? Válasz: 28 476 $ 10 5 sec = 90 év

9.- Egy ház 10 tonna szenet éget el egy fűtőberendezésben, az összes veszteség 15%. a) Hány kilokalóriát használtak fel a ház fűtésére? b) Egyes helységekben a nyári időszakban nagy víztárolókat melegítenek napsugárzás, és a tárolt energiát télen fűtésként használják fel. Számítsa ki a tárolótartály méreteit, köbös feltételezéssel, hogy az a) részben kiszámított energiával megegyező mennyiségű energiát tároljon. Tegyük fel, hogy a vizet nyáron 50 ° C-ra melegítik, télen pedig 25 ° C-ra. Válasz: a) 5,525 USD 10 4 kcal; b) tartályoldal: l3 m.

10.- Egy anyag 50 g-os mintáját 100 ° C hőmérsékleten 200 g vizet tartalmazó kaloriméterbe csepegtetjük 20 ° C-os kezdeti hőmérsékleten. A kaloriméter rézből készül, tömege 100 g. A kaloriméter végső hőmérséklete 22 ° C. Számítsa ki a minta fajlagos hőjét. Válasz: 0,107 cal/g ° C

11.- Egy nyitott üveg 500 g jeget tartalmaz -20 ° C-on. Ez az edénybe állandó, 1000 cal/perc sebességgel, 100 percig kerül. Készítsen görbét úgy, hogy felveszi az abszcisszán eltelt időt és az ordinátán a hőmérsékletet. Hagyja figyelmen kívül a tartály hőkapacitását

12.- Egy cső csatlakozik egy tartályhoz, amelyben a víz atmoszférikus nyomáson forr, kaloriméterrel. A kaloriméter tömege 150 g, ekvivalense 15 g vízben, és kezdetben 340 g vizet tartalmaz 15 ° C-on. A gőz addig kondenzálódik a kaloriméterben, amíg hőmérséklete 71 ° C-ra nem emelkedik, ezután pedig a kaloriméter tömege és tartalma 525 g. Ezekkel az adatokkal számítsa ki a víz párolgási hőjét.

Válasz: 539 cal/g.

13.- A használati melegvíz-fűtési rendszerben a víz 60 ° C hőmérsékleten éri el a radiátorokat, és 38 ° C-on jön ki. A fűtési rendszert kívánják lecserélni egy olyan gőzrendszerre, amelyben a légköri nyomáson lévő gőz kondenzálódik a radiátorokon, így 82 ° C-on marad. їHány kilogramm gőz szolgáltatja ugyanazt a hőt, amely 1 kg forró vizet szolgáltat az első telepítéskor?

Válasz: 0,0396 kg. gőz.

14 .- Hány BTU veszett el egy óra alatt egy 114 hüvelykes üvegablakon keresztül. vastag és 24 hüvelykes. x 48 hüvelyk területre, ha a külső hőmérséklet 30 ° F és a belső hőmérséklet 72 ° F? Válasz: 9880 Btu

15.- Egy 0,01 m vastag bronzdarabot az egyik oldalon 40 ° C, a másikon 30 ° C hőmérsékletnek tesznek ki. Ha 5 perc alatt 3,75 kcal-t ad át 5 cm-es területen, akkor mekkora a bronz hővezető képessége? Válasz: 0,25 kcal/m $ s $ ° C

16. Az elektromos hűtőszekrény jól szigetelt, kivéve az ajtót, amely 5 hüvelyk vastag, 2 méter széles és 4,5 méter magas. Annak érdekében, hogy a hűtőszekrény belsejében az átlagos hőmérsékletet 38 ° F-on tartsa, amikor a szobahőmérséklet 85 ° F, a motor 10 percig jár és 15 percig áll le. Hány BTU-t távolít el óránként a hűtőszekrény belsejéből, miközben a motor jár? Az ajtó átlagos hővezetési együtthatója 0,2 Btu $ in/hr $ ft 2 $ ° F. Válasz: 53 Btu/h

17.- (a) ї Mennyi a hőveszteség W/m 2 -ben egy 3,0 mm vastag üvegablakon keresztül. ha a kültéri hőmérséklet –5 ° C és a beltéri hőmérséklet + 22 ° F. b) Ha az üveg vastagsága ugyanolyan, de a két ablak között 7,5 cm-es légréssel van ellátva, akkor mekkora lesz a hőveszteség?

18 .- 2 m hosszú rudat 1 cm átmérőjű szilárd acél mag alkotja, amelyet 2 cm külső átmérőjű rézhüvely vesz körül. A rúd külső felülete hőszigetelt: az egyik végét 100 ° C-on, a másikat 0 ° C-on tartják. a) Számítsa ki a sáv teljes hőáramát! b) Milyen frakciót szállítanak az egyes anyagok? Válasz: a) 1,13 cal/sec; b) acél esetében: 4%, réznél: 96%

19. Tegyük fel, hogy a réz hővezető képessége kétszer nagyobb, mint az alumíniumé, és négyszerese a sárgarézé. Három fém rúd, rézből, alumíniumból és sárgarézből, mindegyik 6,0 hüvelyk. hosszú és 1,0 hüvelyk. átmérőjű, Ezeket a rudakat egymástól a végéig helyezzük, az alumíniumot a másik kettő közé. A réz és a réz rudak szabad végeit 100, illetve 0 ° C-on tartják. Keresse meg a réz és az alumínium találkozási pontjának, valamint az alumínium és a sárgaréz közötti találkozás egyensúlyi hőmérsékletét. Válasz: Cu-Al, 86 ° C; Al-sárgaréz, 57 ° C.

20.- (a) Számítsa ki a következő adatokból azt a sebességet, amellyel a test hője kijön a síelő ruházatán keresztül. Testének felülete 1,8 m 2, a ruhák 1,0 cm vastagok; a bőr felületének hőmérséklete 33 ° C, a ruházat külső részének hőmérséklete -5 ° C; a ruházat hővezető képessége 0,04 W/m $ ° K. (b) Hogyan változna a válasz, ha egy esés után a síelő ruházatát átitatta a víz?

21.- A hő sugárirányban kifelé áramlik egy R2 külső sugarú henger alakú szigetelőn keresztül, amely körülveszi az R1 belső sugarú gőzcsövet, ahol meggyőződik arról, hogy H = 2 vagy Lk (t1-t2)/In (R2/R1). A szigetelő belső felületének hőmérséklete t, a külső felületé pedig t2. A cső közepétől milyen sugárirányú távolságon van a hőmérséklet, t1 és t2 számtani közepe?

22. - Egy szakács, miután egy nap felébredt, és rájött, hogy az átverése nem működik, úgy dönt, hogy forrázza fel a vizet a felesége kávéjához úgy, hogy egy termoszpalackba rázza. Tegyük fel, hogy fél liter vizet használ 28 ° C-on, a víz minden egyes rázásnál 1,0 lábra esik, és a szakács percenként 30 rázást végez. Figyelmen kívül hagyva a hőveszteséget, meddig kell rázni az üveget, hogy a víz forrjon?

23.- Határozza meg a J hőmechanikai egyenértékének értékét a következő adatok alapján: 2000 kal szolgáltatva. egy rendszerhez. Az ellátási idő alatt a rendszer 3350 J külső munkát végez; a belső energia növekedése a folyamat során 5030 J. Válasz: 4,190 J/cal).

24. a) Számítsa ki a Niagara-vízesésnél leeső víz hőmérsékletének lehetséges emelkedését, amely 162 láb magas. b) Milyen tényezők hajlamosak megakadályozni ezt a lehetséges növekedést? Válasz: (a) 0. 121 ° C.

25. Joule-kísérlet során 6,00 kg tömeg esik 50,0 m magasságból, és egy lapátkereket forgat, amely 0,600 kg vizet kever. A víz kezdetben 15,01 ° C-on van. їHány hőmérséklet emelkedik?

26. A sportoló elpusztítja a napi 4000 kcal-os étrend által nyújtott energiát. Ha egy ilyen energiát, mint hőt, egyenletes sebességgel szabadítana fel, hogyan lehet összehasonlítani a 100 W-os lámpa ezen energiatermelését? (Megjegyzés: A táplálkozási kalória valójában egy kilokalória, amint azt meghatároztuk.) Válasz: 1,9-szer magasabb.

27. Az áramellátás 0,40 LE sebességgel 2,0 percig történik, hogy lyukat fúrjon egy 1,0 lb-os rézblokkba. a) Mennyi hő keletkezik? (b) Mekkora a réz hőmérsékletének emelkedése, ha a hőnek csak az energia 75% -át használják fel? c) Mi történik a fennmaradó 25% -kal?

28. A 200 m/s sebességgel mozgó 2,0 g-os ólomgolyó egy 2,0 kg-os fatömbbe ágyazódik be, amely az inga lencséjéhez hasonlóan felfüggesztett (ballisztikai inga). Számítsa ki a golyó hőmérséklet-növekedését, feltételezve, hogy az összes elnyelt energia megnöveli a golyó hőmérsékletét.

Egy termodinamikai rendszert készítenek az A kezdeti állapotból egy másik B állapotba, majd vissza A-ba a C állapotba, amint azt az (A) ábra PV diagramjának A BCA útja mutatja. Töltse ki az (1) b) az egyes folyamatokhoz kapcsolódó termodinamikai mennyiségek előjelének megfelelő + vagy - jelekkel. (b) Számítsa ki a rendszer által az A-B-C-A teljes ciklusban elvégzett munka számértékét.

végső hőmérséklete



30.- Amikor egy rendszer az ábrán az iaf út mentén halad az i állapotból a fa állapotba, azt találjuk, hogy Q = 50 J és W = -20 J. Az ibf út mentén Q = 36 J a) W értéke az ibf útvonal mentén? b) Ha W = +13 J a visszafordított görbén, mennyi Q ezen az úton? c) Tekintsük, hogy Ui = 10 J. Mennyit ér Uf d) Ha Ub = 22 cal, їMennyit ér Q az ib folyamatban?, їy a bf folyamatban?


31. Az ábrán egy palack látható, amely gázt tartalmaz és mozgó dugattyúval van lezárva. A henger jég és víz keverékébe merül. A dugattyút gyorsan lenyomják az (1) helyzetből a (2) helyzetbe. A dugattyút addig tartjuk a (2) helyzetben, amíg a gáz ismét 0 "C-on van, majd lassan felemeljük, amíg vissza nem tér az (1) helyzetbe. Az ábra ennek a folyamatnak a PV-diagramja. Ha a ciklus során 100 g olvad jég, mennyi munkát végeztek a gázzal? Válasz: 8000 cal.


32. Egy vasgolyót 10 m magasságból betonpadlóra ejtünk. Az első ugráláskor 0,50 m magasra emelkedik. Tegyük fel, hogy a talajjal való ütközés során elvesztett makroszkopikus mechanikai energia a golyóban marad. A vas fajhője 0,12 cal/g ° C. Az ütközés során a) hőt adtak-e a labdához? b) Végeztek-e rajta munkát? (c) Megváltozott a belső energiád? Ha igen, mennyit? d) Mennyivel nőtt a labda hőmérséklete az első ütközés után? Válasz: (a) Nem. (b) Igen. c) Igen, + 93 J/kg-nál. d) 0,20 ° C.

33.- Egy kamrába zárt gáz megy keresztül az ábrán látható cikluson. Határozza meg a folyamat során a gázhoz adott hőt CA sн QAB = 20 J, QBC = 0 és WBCA = - 15 J.

34.- Egy gép 1,00 mol ideális monatomikus gázt szállít az ábrán látható ciklus körül. Az AB folyamat állandó térfogaton, a BC folyamat adiabatikus és a CA folyamat állandó nyomáson zajlik. (a) Számítsa ki a Q hőt, az AU belső energia változását és a W munkát mindhárom folyamatra, valamint az egész ciklusra. b) Ha a kezdeti nyomás az A pontban 1,00 atm, akkor keresse meg a nyomást és a térfogatot a B és C pontokban.