«ТермоЗадачи»

Предлагаем Вашему вниманию небольшую подборку задач, косвенно относящихся к представлению «Низкотемпературные чудеса», но, несомненно, полезных и интересных для тех, кому интересна физика, ведь как сказал Э. Ферми: «Знать физику – означает уметь решать задачи».

Желаем Вам получить удовольствие от интеллектуальной работы.

  1. Газообразование. Во сколько раз увеличивается в объёме азот, превращаясь из кипящей жидкости в газ при нормальных условиях (760мм.рт.ст. и 0°С)?
  2. Больной, а работает. Рассчитайте как можно точнее (насколько сможете) энергию, которую больной затрачивает для перемещения ртутного столбика медицинского термометра от отметки 35,0°С до отметки 38,5°С в процессе изменения своей температуры. Нужные Вам для этого свойства ртути, сведения о конструкции термометра и другие необходимые данные найдите в интернете.
  3. Столбик ртути. Два одинаковых сосуда, наполненных водородом, соединены трубкой, в которой находится столбик ртути (жидкая пробка). В одном сосуде газ находится при температуре 0°С, а в другом – при температуре +20°С. Сместится ли столбик ртути, если оба сосуда нагреть на 10 градусов?


  4. Охлаждение льдом. В калориметр налито 2кг воды, имеющей температуру +5°С, и положен кусок льда массой 5кг, имеющий температуру -40°С. Определите температуру и объём содержимого калориметра после установления теплового равновесия. Теплоёмкостью калориметра и теплообменом с внешней средой пренебречь. /Ответ: 0°С; 7,5•10-3м3/
  5. Неидеальный сосуд. В сосуде Дьюара хранится жидкий азот массой 1,26кг при температуре минус 195°С. Он испаряется за 48ч. За сколько часов в том же сосуде растает лёд массой 188г при температуре 0°С? Температура окружающего воздуха 30°С. Скорость подвода теплоты внутрь сосуда пропорциональна разности температур снаружи и изнутри.
  6. Заморозка азотом. В прямоугольную кювету длиной 24см и шириной 20см, в которой находилась вода при температуре 25°С, налили жидкий азот, взятый при температуре его кипения – минус 196°С. После испарения азота вода охладилась до температуры 0°С и покрылась корочкой льда при той же температуре. Определите толщину ледяной корочки, если считать, что пары азота уходили от поверхности льда, нагревшись до его температуры и взяв от воды половину всего полученного им тепла. Объём воды в кювете был 1л, масса азота 0,8кг. /Ответ: 4•10-3м/
  7. Кипение при пониженном давлении. Под колоколом воздушного насоса находится вода, масса которой 40г, а температура 0°С. Воздух из-под колокола быстро откачивают. Благодаря интенсивному испарению части воды вся остальная вода замерзает. Определите массу образовавшегося льда, если его температура также 0°С. /Ответ: 3,5•10-2кг/
  8. Охлаждение эфиром. Определите массу воды, которая может быть превращена в лёд при 0°С испарением эфира, масса которого 0,1кг, а температура 20°С. Теплообмен происходит только между эфиром и водой. Начальная температура воды также 20°С. /Ответ: 8,2•10-2кг/
  9. Переохлаждённая вода. Вода при соблюдении некоторых предосторожностей может быть переохлаждена до температуры минус 10°С. Такое состояние воды неустойчиво, и при любом возмущении вода превращается в лёд с температурой 0°С. Какова масса льда, образовавшегося из переохлаждённой воды, масса которой 1кг? /Ответ: 1,24•10-3кг/
  10. Холодильник. За время 1ч в холодильнике превращается в лёд при температуре 0°С вода массой 3,6кг, имеющая начальную температуру 20°С. Какая мощность потребляется холодильником от электросети, если он отдаёт в окружающее пространство энергию со скоростью 840Дж/с. /Ответ: 416Вт/
  11. По обратному циклу Карно. Идеальная холодильная машина, работающая по обратному циклу Карно, передаёт тепло от холодильника с водой при температуре 0°С кипятильнику с водой при 100°С. Какое количество воды нужно заморозить в холодильнике, чтобы превратить в пар 1кг воды в кипятильнике? /Ответ: 4,94кг/

Справочные данные:

Молярная масса газообразного азота – 28г/моль.

Плотность воды – 103кг/м3.

Плотность льда – 900кг/м3.

Плотность азота при температуре кипения – 804кг/м3.

Удельная теплоёмкость воды – 4,2кДж/(кг•°С).

Удельная теплоёмкость эфира – 2,1кДж/(кг•°С).

Удельная теплоёмкость газообразного азота – 1,05кДж/(кг•°С).

Удельная теплота парообразования воды – 2,3МДж/кг.

Удельная теплота парообразования эфира – 0,38МДж/кг.

Удельная теплота парообразования азота – 188кДж/кг.

Сохранить для печати