Задача 3
Содержание ↑
В вертикальном теплоизолированном цилиндре под тяжёлым подвижным поршнем находится одноатомный идеальный газ, занимающий объём V. На поршень ставят груз, имеющий массу вдвое большую, чем масса поршня. Найдите объём газа в новом положении равновесия. Давлением над поршнем и трением поршня о стенки цилиндра можно пренебречь.
Возможное решение
Содержание ↑
Запишем для начального состояния n молей газа уравнение Клапейрона‒ Менделеева:
(mg/S)·V = νRT1
Здесь m – масса поршня, S – площадь его сечения, T1 – начальная температура газа. Для конечного состояния, в котором газ занимает объём V2:
(3mg/S)·V2 = νRT2
Из закона сохранения энергии, применённого для системы «газ + поршень + груз», следует:
3/2·νR(T2 – T1) = 3mg·(V – V2)/S
Решая систему уравнений, получаем:
V2 = 3/5 · V
дано
1-лед
2-вода
3-пар
m1=5 кг
m2=15 кг
Т12 =0 С
Т =80 С
Т3 = 100 С
с2 =4200 Дж/кг*С
λ1=3.4*10^5 Дж/кг
L3=2.3*10^6 Дж/кг
найти
m3 - ?
решение
ПОГЛОЩЕНИЕ ТЕПЛА
лед плавится Q1=m1λ1
вода из льда нагревается Q2=m1c2(T-T12)
вода не из льда нагревается Q3=m2c2(T-T12)
ОТДАЧА ТЕПЛА
пар конденсируется Q4 = - m3L3
вода из пара остывает Q5 = - m3c2(T3-T)
уравнение теплового баланса
Q1+Q2+Q3+Q4+Q5 = 0
m1λ1+m1c2(T-T12)+m2c2(T-T12) - m3L3 - m3c2(T3-T) =0
m1(λ1+c2(T-T12))+m2c2(T-T12) - m3(L3 + c2(T3-T)) =0
m1(λ1+c2(T-T12))+m2c2(T-T12) = m3(L3 + c2(T3-T))
m3 = ( m1(λ1+c2(T-T12))+m2c2(T-T12) ) / (L3 + c2(T3-T))
m3 = ( 5(3.4*10^5+4200(80 -0))+15*4200(80 -0) ) / (2.3*10^6 + 4200(100-80))=
= 3.53 кг
ОТВЕТ 3.53 кг
Подробнее - на -
