17.1. в закрытом медном колориметре массой m1 = 0,2 кг находится лед массой m2 = 1 кг при температуре −10 °с. в колориметр впускают пар массой m3 = 0,2 кг, имеющий температуру 110 °с. какая температура установится в колориметре? удельную теплоемкость паров воды в интервале от 100 до 110 °с считать равной 1,7 кдж/(кг•к). удельная теплота парообразования воды равна 2,1 мдж/кг, удельная теплота плавления льда 0,34 мдж/кг. [37 °с]
17.2. при соблюдении необходимых предосторожностей вода может быть переохлаждена до температуры −10 °с. сколько льда образуется из такой воды массой 1 кг, если в нее бросить кусочек льда и этим вызвать замерзание воды? какую температуру должна иметь переохлажденная вода, чтобы она целиком превратилась в лед? удельная теплоемкость переохлажденной воды 4,19 кдж/(кг•к), льда 2,1 кдж/(кг•к). удельная теплота плавления льда 0,33 мдж/кг. [0,12 кг; −160 °с]
17.3. в колбе находилась вода при 0 °с. выкачиванием из колбы воздуха заморозили всю воду в сосуде. какая часть воды при этом испарилась, если колба была теплоизолирована? удельная теплота испарения воды 2,5 мдж/кг. удельная теплота плавления льда 0,33 мдж/кг. [11,7 %]
17.4. в дьюаровском сосуде, содержащем жидкий азот при температуре −195 °с, за время 24 ч испаряется азот объемом 10−3м3 при температуре окружающего воздуха 20 °с. определите удельную теплоту парообразования азота, если известно, что при температуре 0 °с в том же сосуде за время 22,5 ч тает лед массой 4•10−3 кг. считать, что количество теплоты, подводимое ежесекундно к сосуду, пропорционально разности температур снаружи и внутри сосуда. плотность жидкого азота 800 кг/м3, удельная теплота плавления льда 0,33 мдж/кг. [0,019 мдж/кг]
17.5. лед массой 1 кг при температуре 0 °с заключен в теплонепроницаемый сосуд и подвергнут давлению 6,9•107 па. сколько льда расплавится, если при увеличении давления на δp = 3,8•107 па температура плавления льда понижается на 1 °с? понижение температуры плавления от 0 °с считать пропорциональным увеличению давления сверх атмосферного. [11,3 г]
17.6. некоторая установка, развивающая мощность 30 квт, охлаждается проточной водой, текущей по спиральной трубке сечением 1 см2. при установившемся режиме проточная вода нагревается на 15 °с. определите скорость воды, предполагая, что на нагревание воды идет η = 0,3 мощности, развиваемой установкой. [1,44 м/с]
17.7. санки массой 5 кг скатываются с горы, которая образует с горизонтом 30°. пройдя расстояние 50 м, санки развивают скорость 4,1 м/с. вычислите количество теплоты, выделенное при трении полозьев о снег. [1,19 кдж]
17.8. свинцовая пуля, летящая со скоростью 400 м/с, попадает в стальную плиту и отскакивает от нее со скоростью 300 м/с. какая часть пули расплавится, если ее температура в момент удара была равна 107 °с и на нагревание пули пошло η = 0,8 всей работы, совершаемой при ударе? удельная теплоемкость и удельная теплота плавления свинца равны соответственно 126 дж/(кг•к), 25 кдж/кг. [0,05]
Рассмотрим подробнее, что представляет собой один из основных параметров состояния – давление P. Ещё в XVIII веке Даниил Бернулли предположил, что давление газа есть следствие столкновения газовых молекул со стенками сосуда. Именно давление чаще всего является единственным сигналом присутствия газа.
Итак, находящиеся под давлением газ или жидкость действуют с некоторой силой на любую поверхность, ограничивающую их объем. В этом случае сила действует по нормали к ограничивающей объем поверхности. Давление на поверхность равно:
,
где ΔF – сила, действующая на поверхность площадью ΔS.
Можно также говорить о давлении внутри газа или жидкости. Его можно измерить, помещая в газ или жидкость небольшой куб с тонкими стенками, наполненный той же средой (рис. 1.1).
Рис. 1.1
Поскольку среда покоится, на каждую грань куба со стороны среды действует одна и та же сила ΔF. В окрестности куба давление равно ΔF/ΔS, где ΔS – площадь грани куба. Из этого следует, что внутреннее давление является одним и тем же во всех направлениях и во всем объеме независимо от формы сосуда. Этот результат называется законом Паскаля: если к некоторой части поверхности, ограничивающей газ или жидкость, приложено давление P0, то оно одинаково передается любой части этой поверхности.
Допустим, автомобиль поднимается гидравлическим домкратом, состоящим, как показано на рисунке 1.2, из двух соединенных трубкой цилиндров с поршнями. Диаметр большого цилиндра равен 1 м, а диаметр малого – 10 см. Автомобиль имеет вес F2. Найдем силу давления на поршень малого цилиндра, необходимую для подъема автомобиля.
Рис. 1.2
Поскольку оба поршня являются стенками одного и того же сосуда, то в соответствии с законом Паскаля они испытывают одинаковое давление. Пусть – давление на малый поршень, а – давление на большой поршень. Тогда, т.к. P1 = P2, имеем:
,
Отсюда F1=F2(S1/S2)=0,01F2
Таким образом, для подъема автомобиля достаточно давить на малый поршень с силой, составляющей лишь 1 % веса автомобиля.
Объяснение:
