МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ЗАПОРІЗЬКИЙ АВІАЦІЙНИЙ КОЛЕДЖ

ІМ. О.Г.ІВЧЕНКА

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ДИДАКТИЧНІ ЗАВДАННЯ

ДЛЯ САМОСТІЙНОЇ РОБОТИ

 

МолекулярнА фізикА І ТермодинамікА

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2020 р.

Завдання Для Самостійної Роботи здобувачів освіти. Молекулярна фізика і термодинаміка.  / Укл. О.В.Чепурна. – Запоріжжя - ЗАК, 2020.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

       

 

 

Перевірка знань .студентів дозволяє здійснити зворотній зв'язок між здобувачами освіти і викладачем, дає конкретний матеріал для аналізу повноти і» якості знань, допомагає своєчасно  побачити  проблеми, помилки і недоліки у знаннях здобувачів освіти. Перевіряючи і аналізуючи знання, викладач має можливість судити про завершення або не завершення учбового процесу по окремим розділам навчальної програми програми.

У дидактичних завданнях надані розрахункові задачі, які призначені для перевірки правильності розуміння здобувачами освіти фізичних законів і їх математичних виразів, які встановлюють функціональні залежності між фізичними величинами.

Дидактичні завдання складено за тематичним принципом, що дозволяє їх застосувати на заняттях, які безпосередньо слідують після вивчення відповідних учбових тем. Дидактичні завдання застосовуються для письмового контролю знань учнів на заняттях або як домашнє завдання Кожне завдання містить варіанти приблизно однакового ступеню складності.

Перед самостійним виконанням кожного завдання, на уроці з викладачем можна вирішити пропоновані перед роботою завдання.

ОСНОВИ МКТ

 

Завдання №1

 

1. Яка кількість речовини міститься у алюмінієвій деталі масою 5,4кг?
2. Визначити масу 50моль вуглекислого газу.
3. Який об'єм займають 100моль ртуті?
4. Визначити кількість атомів у алюмінієвому предметі масою 135г.
5. Знайти масу молекул кисню, вуглекислою газу.
6. Порівняти маси та об'єми двох тіл, виготовлених із олова і свинцю, якщо у них містяться однакові кількості речовини.
7. На виріб, поверхня якого 20см², нанесено шар срібла товщею 1мкм. Скільки атомів срібла міститься у покритті?
8. Порівняти кількість атомів, з яких складаються срібляна і алюмінієва ложки рівного об'єму.
9. Вважаючи, що діаметр молекул водню складає приблизно 2,3м, підрахувати, якої довжини отримаємо нитку, якщо усі молекули, які містяться у 1мг цього газу, буде розташовано у один ряд одна до одної.
10. Знайти середню кінетичну енергію поступового руху однієї молекули гелію, маючої при тискові 100кПа густину 0,12кг/м³.
11. Знайти середню квадратичну швидкість молекули газу, який має густину1,8кг/м³ при тискові 152кПа.
12. Визначити тиск, при якому 1м³ газу містить 2,4*10²⁶ молекул; температура газу дорівнює 60⁰С.
13. У скільки разів зміниться тиск газу при зменшенні його об'єму у 3 рази? Середня швидкість руху молекул залишається незмінною.
14. Визначити тиск азоту, якщо середня квадратична швидкість його молекул 500м/с, а його густина 1,35кг/м³?
15. У лабораторних умовах створено високий вакуум, т.б. дуже малий тиск, який дорівнює 1,33нПа. Скільки молекул залишається при цьому у 1м³ і 1см³? Температуру вважати рівною 293К.
16. Молекула гелію має імпульс . З якою швидкістю вона рухається? Яка її кінетична енергія?
17. Визначити імпульс молекули водню і температуру газу, якщо середня швидкість руху молекули 1700м/с.

 Самостійна робота №1

 

Варіант–1

1. Визначити масу однієї молекули кисню О_2.
2. Визначити середню кінетичну енергію поступового руху однієї молекули повітря при нормальних умовах. Концентрація молекул повітря при н.у. п₀=2,7*10²⁵м:³.
3. Скільки молекул повітря міститься у кімнаті об'ємом 60м³ при н.у.? Молярна маса М=29г/моль, густина р=1,29кг/м³.

 

Варіант–2

1. Визначити масу однієї молекули срібла.
2. Скільки молекул серністого газу SO₂, міститься в 1кг при н.у.?
3. Визначити середню квадратичну швидкість молекул азоту при нормальних умовах, т.б. при Р₀₌10⁵Па, і густині р₀=1,29кг/м³.

Варіант-3

1. Скільки молекул міститься у 5 кг кисню О₂?
2. У скільки разів маса однієї молекули вуглекислого газу СО, більша за масу молекул  NН₃?
3. Визначити середню квадратичну швидкість молекул водню при н.у., т.б. 10⁵Па і густині 0,09кг/м³.

 

Варіант-4

1. Визначити масу однієї молекули водню Н₂, кількість молекул і молей, які містяться у 0,6кг водню при нормальних умовах.
2. У 1м³ газу при тискові 1,2*10⁵Па міститься 2*10²⁵ молекул, середня квадратична швидкість яких 600м/с. Визначити масу однієї молекули
3. Визначити кількість атомів у алюмінієвому предметі масою 270г

 

Завдання №2

 

Рівняння стану ідеального газу. Температура - міра середньої кінетичної енергії молекул. Ізопроцеси та їх.

графіки

1. Об'єм газу зменшився у два рази, а температуру збільшили у півтора рази. У скільки разів збільшився тиск газу?
2. Яка кількість речовини міститься у газі, якщо при тискові 200кПа і температурі 240К його об'єм дорівнює 40л?
3. Визначити масу повітря у кімнаті розмірами 6x4x3 м при температурі 20°С і тискові 1000ГПа?
4. У однакових балонах при однаковій температурі знаходяться рівні маси водню (Н₂) і вуглекислого газу (СО₂). Який із газів і у скільки разів утворює більший тиск на стінки балону?
5. Газ при тискові 0,2МПа і температурі 15⁰С має об'єм 5л. Чому дорівнює об'єм цієї маси газу при н.у.?
6. Газ знаходиться у сосуді при тиску 2МПа і температурі 27°С. Після нагрівання на 50°С у сосуді залишилась половина газу (по масі). Визначити встановлений тиск. У балоні, ємкістю 25,6л знаходиться 1,04кг азоту при тискові 3,55МПа. Визначити температуру газу.

7. У балоні ємкістю 30л знаходиться кисень при тискові 7,3МПа і температурі 264К. Потім деяку частину газу було випущено і температура у ньому збільшилась до 290К, а тиск зменшився до 2,94МПа. Скільки кисню було випущено?
8. Газ який знаходився у зачиненому балоні було нагріто від 300 до 360К, при цьому тиск зріс на 0,81МПа. Визначити початковий тиск.
9. При 33°С манометр на балоні з газом показує 243,2кПа. При якій температурі він покаже 202,6кПа? Що покаже манометр при температурі -66°С? Масу газу вважати незмінною.
10.    Тиск повітря у автомобільній камері при температурі -13°С був 160кПа. Яким стане тиск, якщо у результаті довгого руху автомобілю повітря нагрілось до 37°С?
11.    Газ, який займав об'єм 12,32л, охолодили при постійному тискові на 45К, після чого його об'єм став дорівнювати 10,52л. Якою була початкова температура?
12. Знайти об'єм 200г вуглекислого газу, який знаходиться при температурі -3°С і нормальному атмосферному тискові.
13. Сосуд, який містить газ під тиском 0,14МПа, з'єднали з порожнім сосудом ємкістю 6л. Після цього у обох сосудах встановився тиск0,1МПа. Знайти ємкість першого сосуду. Процес ізотермічний.
14. У сосуді знаходиться газ під тиском 0,6МПа. Який тиск встановиться якщо із сосуду випустили 3/8 газу, який там міститься? Температуру вважати незмінною.
15. Визначити температуру ідеального газу, якщо середня кінетична енергія поступового руху його молекули дорівнює 7,87*10^-21Дж.

І

Самостійна робота №2

 

 Варіант-1

1. Визначити середню кінетичну енергію поступового руху молекули ідеального газу при н.у
2. Визначити масу окиси азоту NО₃ у балоні об'ємом 6*м³ при температурі 7°С і тискові 1,2*10⁵Па.
3. При ізохоричному нагріванні ідеального газу, узятого при температурі 320К, його тиск збільшився від 1,4*10⁵ до 2,1*10⁵Па. Як змінилась температура газу?

1. Визначити середню квадратичну швидкість молекул водню при температурі 300К.
2. Визначити кількість молей повітря у кімнаті об'ємом (5x6x3) м³ при температурі 27°С і тискові 10⁵Па.
3. При температурі 52°С тиск газу у балоні дорівнює 2*10⁵Па. При якій температурі його тиск дорівнюватиме 2,5*10⁵Па?

1. При якій температурі середня квадратична швидкість молекул вуглекис­лого газу С0₂ дорівнює 400м/с?
2. Визначити густину кисню при температурі 320К і тискові 4*10⁵Па.
3. При температурі 27°С газ займає об'єм 8л і створює тиск 200кПа на стінки сосуду. При якому тискові цей газ при температурі -23°С буде займати об'єм 160л?

1. Який тиск утворюють пари ртуті у балоні ртутної лампи об’ємом 3*10^-5м³ при 300К, якщо у ній міститься 10¹⁸ молекул?
2. Скільки молекул газу знаходиться у об'ємі 0,5м³, якщо він при температурі 300К знаходиться під тиском 7,48*10⁵ Па?
3. При ізохоричному охолодженні ідеального газу, узятого при температурі 480К, його тиск зменшився у півтора рази. Якою стала кінцева температура газу?

1. Визначити внутрішню енергію гелію, який заповнює аеростат об'ємом60м³ при тискові 100кПа.
2. Визначити внутрішню енергію 10моль одноатомного газу при 27°С.
3. На скільки зміниться внутрішня енергія 200г гелію при збільшені температури на 20°С?
4. На скільки змінилась внутрішня енергія двоатомного газу, кількість речовини якого 10моль, при його ізобарному нагріванні на 100К? Яку роботу виконав при цьому газ і яку кількість теплоти йому було надано?
5. Об'єм 160г кисню, температура якого 27°С, при ізобарному нагріванні збільшився вдвічі. Знайти роботу газу при розширенні, змінення внутрішньої енергії, кількість теплоти , яка пішла на нагрів кисню.
6. Для ізобарного нагрівання 800моль багатоатомного газу на 500К, йому надали 9,4МДж теплоти. Визначити роїсту газу і приріст його внутрішньої енергії.
7. Обчислити збільшення внутрішньої енергії 2кг водню при збільшенні його температури на 10К.
8. Температура повітря у кімнаті об'єм 70м³ була 280К. Після того, як протопили піч, температура піднялась до 296К. Знайти роботу повітря при розширенні, якщо тиск постійний і дорівнює 100кПа.
9. При ізобарному розширенні 20г водню його об'єм збільшився вдвічі. Початкова температура газу 300К. Визначити роботу розширення газу, змінення внутрішньої енергії і кількість теплоти, наданої цьому газу.
10. Визначити внутрішню енергію 5кг аміаку NН₃, при 340К.
11. Кисень масою 160г було нагріто на 100К ізобарично. Визначити роботу, виконану над газом при збільшенні його об'єму, і змінення внутрішньої енергії цього газу.
12. У балоні об'ємом 0,1м³ знаходиться повітря при температурі 250К і тискові 5*10⁵Па. Визначити об'єм цього повітря при нормальних умовах.
13. Як зміниться внутрішня енергія 240г кисню при охолодженні на 100К?
14. При температурі 280К і тискові 400кПа газ займає об'єм 0,1м³. Яка робота виконана над газом по збільшенню його об'єму, якщо його нагріто до 420К при постійному тискові.
15. При ізохоричному процесі двоатомному газові надано 4*10'°Дж теплоти. Розрахувати змінення внутрішньої енергії і роботу по розширенню газу.
16. Визначити тиск одноатомного газу, який має об'єм 2л, якщо його внутрішня енергія 300Дж?
17. Теплова машина має ККД 45%. Визначити температуру холодильника, якщо температура нагрівача 820К.
18. Ідеальна теплова машина, що працює за циклом Карно, отримує за кожний цикл від нагрівача 600кДж енергії. Температура нагрівача 400ºК, температура холодильника 300ºК. Знайти роботу, здійснену машиною за один цикл, і кількість теплоти, відданої холодильнику за один цикл.
19. Ідеальна теплова машина, що працює за циклом Карно, здійснює за оди цикл роботу 7,35·10⁴Дж. Температура нагрівача 100ºС, температура холодильника 0ºС. Знайти: 1) ККД машини, 2) кількість теплоти, що отримано машиною за один цикл від нагрівача, 3) кількість теплоти, що віддано за один цикл холодильнику.
20. Ідеальна теплова машина працює за циклом Карно. При цьому 80% теплоти, що  отримує  машина від нагрівача, дорівнює 6,5кДж. Знайти: 1)ККД циклу, 2)роботу, що виконано при повному циклі.

 

Самостійна робота №3

Варіант-1

1. Один кілограм вуглекислого газу СО, ізобарно нагріто від 268 до 400К. Визначити роботу, виконану над газом при збільшенні його об'єму, змінення внутрішньої енергії цього газу.
2. Двоатомному газові надано 14кДж теплоти, при цьому газ розширився при постійному тискові. Визначити роботу розширення газу і змінення його внутрішньої енергії.

Варіант-2

1. При надаванні газові 80кДж теплоти він виконав роботу 200кДж. Чому дорівнює змінення внутрішньої енергії газу? Що буде з газом (охолодження чи нагрівання).
2. При ізобаричному розширенні одноатомного газу виконана робота на збільшення його об'єму у 50кДж. Визначити збільшення внутрішньої енергії газу і кількість теплоти, наданої цьому газу.
3. Ідеальна теплова машина, працююча за циклом Карно, отримує від нагрівача за кожен цикл 2,5кДж теплоти. Температура нагрівача 400К, холодильника 300К. Визначити роботу машини за один цикл і кількість теплоти, відданої холодильнику.

Варіант-З

1. Визначити початкову температуру 560г азоту К₂, якщо при ізобаричному нагріванні до 370К виконана робота 16,62кДж на збільшення його об'єму.
2. Вуглекислому газу СО₂ надано 40кДж теплоти. Визначити при ізобарному розширенні витрату енергії на збільшення об'єму газу і змінення внутрішньої енергії.
3. Ідеальна теплова машина працює за циклом Карно. Визначити ККД машини, якщо відомо, що за один цикл машина виконує роботу в 1кДж і віддає холодильнику 4кДж теплоти.

 

Варіант-4

1. При ізобаричному розширенні (Р=600кПа) газ виконав роботу і збільшився у об'ємі на 2м³. У процесі розширення газові надано 40МДж теплоти. Розрахувати змінення внутрішньої енергії цього газу і визначити охолоджувався він чи нагрівався.
2. При ізобаричному розширенні двоатомного газу при тискові 10⁵Па його об'єм збільшився на 5м³. Визначити роботу розширення газу, змінення його внутрішньої енергії і кількість теплоти , наданої цьому газові.
3. Визначити ККД теплової машини, якщо за деякий час її робоче тіло отримує від нагрівача 11МДж і віддає холодильнику 9500кДж теплоти.

Завдання №4

 

1. Визначити температуру води, яка встановиться після змішування 39л води при 20°С і 21л при 60°С.
2. Скільки літрів води при 95°С потрібно додати до З0 л води при 25°С,щоб отримати воду з температурою 67°С?
3. У сосуд, який містить 2,35кг води при 20°С опускають шматок олова, нагрітого до 507К; температура води у сосуді збільшилась на15К. Обчислити масу олова. Випаровуванням води знехтувати.

4. Чавунну, попередньо нагріту, деталь масою 200г опускають у сосуд, який містить 800г керосину при 15°С. Кінцева температура стала 20°С. Визначити початкову температуру деталі.
5. Для визначення температури печі, нагрітий у ній сталевий бовт масою 300г опустили у мідний посуд масою 200г, який містить 1,27кг води при 15°С. Температура води збільшилась до 32°С. Обчислити температуру печі.

6. На скільки нагріється при штамповці сталевий шматок масою 1,5кг від удару молоту масою 400кг, якщо швидкість молоту у момент удару дорівнює 7м/с, а на нагрівання сталі витрачається 60% енергії молоту?
7. Сталевий молот масою 12кг падає на лежачу на наковальні залізну пластину масою 200г. Висота падіння молоту дорівнює 1,5м. Вважаючи, що на нагрівання пластинки витрачається 40% кінетичної енергії молоту, обчислити, на скільки нагріється пластинка після 50 ударів молоту.

8. Вода падає з висоти 1200м. На скільки збільшиться температура води, якщо на її нагрівання витрачається 60% роботи сили тяжіння?
9. Дві кулі рівної маси, мідяна і алюмінієва, падають з висоти 1км. Яка з них нагріється більше і на скільки? Витрати тепла не враховувати.

10. Скільки керосину необхідно спалити, щоб 50л води нагріти від 20°С до кипіння. ККД нагрівника 35%.
11. Визначити ККД нагрівача, який витрачає 80г керосину на нагрівання 3л води на 90К.
12. Скільки часу потрібно, щоб нагріти 1,55л води від 293 до 373К, якщо горілка потребує 300г спирту за годину, а її ККД дорівнює 24%?
13. Скільки сталі, узятої при 20°С, можна розплавити у печі з ККД 50%, якщо спалити 2т кам'яного вугілля?
14. У ідеальній тепловій машині за рахунок кожного кілоджоуля енергії, отримуємо! від нагрівача, виконується робота 300Дж. Визначити ККД машини і температуру нагрівача, якщо температура холодильника 280 К.
15. У скляну колбу масою 50г, де знаходилось 185г води при 20°С, вилили деяку кількість ртуті при 100°С, і температура води у колбі збільшилась до 22°С. Визначити масу ртуті.
16. Скільки гарячої води має пройти крізь радіатори водяного опалення, щоб повітря у кімнаті розмірами (10x6x3,5)м³ нагрілось від 10 до 22°С? Температура води у радіаторах зменшилась на 25К. Витрати тепла крізь стіни, вікна, підлогу складають 60%.

Завдання №5

 

а) Пароутворення і конденсація

1. Маємо по 200г спирту та ефіру при температурі 293К. Яку кількість теплоти необхідно витратити, щоб перетворити ці рідини на пару?
2. Яка кількість теплоти виділиться при конденсації 200г водяної пари з температурою 100°С і при охолодженні отриманої води до 20°С?
3. До сосуду, який містить 400г води при температурі 17°С, вводять 10г

б) Насичена і ненасичена пара

водою? Дати пояснення.

6.   Насичену водяну пару з початковою температурою 20°С відділили від рідини і нагріли до 30°С при постійному об'ємі. Визначити тиск пари. Як називається така пара?
7.   Водяну пару при температурі 40°С і тискові 1,117кПа охолодили присталому об'ємі до 7°С. Визначити тиск пари. Якою буде ця пара?
8. Визначити густину водяної пари при 10; 29; 70°С, якщо тиск насиченої пари при цих температурах відповідно 1,2; 4 і 31,4кПа.
9.   Визначити тиск насиченої водяної пари при 18°С, якщо густина пари дорівнює відповідно 15,4г/м³.
10. У якому агрегатному стані знаходиться речовина, якщо: а) Е_к«Е_п; б)Е_к»Е_п; в)Е_к»Е_п, де Е_к- кінетична енергія теплового руху молекул; Е_п - потенційна енергія взаємодії молекул?
11. Тиск насиченої пари ефіру при 0°С дорівнює 24,7кПа, при 40°С - 123кПа. Порівняйте значення густини пари при цих температурах.

в) Вологість повітря

 

12.  У 6м³ повітря, температура якого 19°С міститься 51,3г водяної пари. Визначити абсолютну і відносну вологості.
13. Парціальний тиск водяної пари у повітрі при 19°С був 1,1кПа. Знайти відносну вологість.
14. У кімнаті об'ємом 150м³ при температурі 25°С міститься 2,07кг водяної пари. Визначити абсолютну і відносну вологості повітря.

 

г) кипіння

 

15.  Яку кількість теплоти необхідно надати 2кг води, узятої при 293К,щоб нагріти її до кипіння при нормальному тискові і повністю перетворити на пару?
16. На нагрівання 5кг води від 303К до кипіння і на перетворення на пару при температурі кипіння і нормальному тискові деякої її маси витрачено 2,81МДж теплоти. Визначити масу пари, яка утворилась при цьому.
17. Яку кількість теплоти необхідно надати 0,2кг етилового спирту, щоб нагріти його від 301К до кипіння при нормальному тискові і повністю перетворити на пару?
18. У ємкість, яка містить 10кг води при 293К, введено 0,2кг водяної пари при температурі 373К, яка охолоджуючись, сконденсувалась у воду. Визначити кінцеву температуру води. Витрати теплоти не враховувати.

 

Завдання №6

 

Властивості рідини. Капілярні явища

а) Поверхневий натяг

 

1. Визначити гідростатичний тиск води на глибині 1км.
2. Яку роботу потрібно виконати проти сил поверхневого натягу, щоб збільшити площу поверхні мильної бульбашки на 20см²?
3. Поверхневий натяг керосину 0,024Н/м. Яку роботу виконають сили поверхневого натягу, якщо площа поверхневого шару керосину змен­шиться на 50см²?
4. На якій глибині моря гідростатичний тиск дорівнює 4,9МПа?
5. Чому краплі жиру, які плавають на поверхні гарячого супу, мають при спостереженні зверху вигляд кругів?
6. При вимірюванні поверхневого натягу спирту скористались бюреткою з діаметром отвору 1,6мм, закріпленою у вертикальному положенні. Було відраховано 100 крапель масою 1,02г. Обрахувати поверхневий натяг спирту. Діаметр шійки краплі d_ш прийняти рівним 0,9 діаметра каналу трубки.

б) Капілярні явища

 

8.       Знайти масу води, яка піднялась по капілярній трубці діаметром 0,5мм.
9.       Визначити тиск повітря у мильній бульбашці радіусом 3см, якщо атмосферний тиск Па.
10.    Визначити лапласівський тиск, який виникає під вгнутим  меніском спирту у капілярній трубці діаметром 1мм і кутом змочування 60^{0 .}.
11.    У капілярні трубці, яка знаходиться на поверхні Землі, вода піднялась на 24мм. На яку висоту піднялась би вода у цій же трубці на Місяці, якщо прискорення вільного падіння на Місяці у 6 разів менше, ніжна поверхні Землі?
12.    Обчислити діаметр каналів трьох капілярних трубок, якщо відомо, що вода при 293К підіймається у них відповідно на висоту 2,5; 5 і 8м.
13.    Діаметр каналу капілярної трубки дорівнює 0,2мм. Обчислити наскільки підіймуться у ній вода і керосин, і на скільки опуститься ртуть. Температура кімнатна.
14.    Обчислити висоту підняття води у скляному капілярі діаметром 0,2мм і роботу виконану при цьому силами поверхневого натягу. Кут змочування дорівнює 30°, температура води 20°С.

»

Самостійна робота №4

 

Варіант-1

1. При збільшенні площі поверхні гліцерину на 50см² виконана зовнішніми силами робота 2,95*10^-4Дж. Визначити поверхневий натяг гліцерину.
2. Визначити поверхневий натяг спирту, якщо у капілярній трубці діаметром 1мм він піднявся на 11мм.

 

Варіант-2

1. На скільки збільшиться енергія поверхневого слою мильної плівки при збільшенні площі її поверхні на 40см²?
2. Визначити внутрішній діаметр капілярної трубки, якщо вода в ній піднялась над відкритою поверхнею на 12мм.

 

Варіант-З

Варіант-4

2. Визначити діаметр краплі води, у якій з'являється лапласівський тиск 1,44кПа.

 

Завдання №7

 

Властивості твердих тіл. Деформація. Закон Гука

а) Просторова решітка кристалу

 

1. Визначити масу 3,01* 10²⁵ атомів алюмінію.
2. Визначити кількість молекул, які містяться у 1г сульфату міді (CuSO₄);в 1см³ сульфіду цинку (ZnS, р=3,98*10³кг/м³).
3. Визначити кількість атомів, які містяться у 1г олова; 1г заліза; 1см³ заліза при кімнатній температурі.
4. Який об'єм має пластинка із сульфіду цинку (ZnS), яка містить 5*10²⁴молекул? Брусок кам'яної солі, який містить 1,75*10²⁴ молекул?
5. Який тиск відтворює кам'яна стіна висотою 30м на фундамент, якщо густина каменю 1,8*10³кг/м³?

 

б). Деформація. Закон Гука

 

7. Під дією якої сили, спрямованої вздовж осі стержня, у ньому з'являється напруга 150МПа? Діаметр стержня 0,4см.
8. Яким має бути діаметр стержня крюка підйомного крану, щоб при рівномірному підійманні вантажу, вага якого 25кН, напруга у стержні не перебільшувала 60МПа?
9. Яка механічна напруга у основі цеглової стіни висотою 29м?
10. Під дією сили розтягу довжина стержня змінилась від 80 до 80,2см. Визначити абсолютне і відносне видовження.
11. Чому дорівнює абсолютне видовження мідної дротини довжиною50м і площею перерізу 20мм² при повздовжньому навантаженні 600Н? Модуль Юнга міді Е=130ГПа.
12. На дві дротини, діаметри яких відрізняються у 3 рази, діють однакові сили розтягу. Порівняти напруги, які з'являються у них.
13. У скільки разів абсолютне видовження мідної дротини більше, ніж сталевої (такої ж довжини і перерізу), при дії на них однакових сил розтягу?
14. Визначити нормальну механічну напругу у основі вільно стоячої мраморної колони висотою 10м. Густина мрамору 2700кг/м³?
15. При якому найбільшому діаметрі перерізу сталева дротина під дією сили 7,85кН розірветься? Межа міцності сталі 400МПа.

в)Теплове розширення

 

16. На скільки зміниться довжина цеглового будинку при підвищенні температури на 80К, якщо його початкова довжина 100м і середній коефіцієнт лінійного розширення цеглової кладки у наданому інтервалі температур дорівнює ?
17. З якою силою давить на стіну жорстко закріплена сталева балка площею перерізу 50см² при підвищенні температури на 40К? Модуль Юнга сталі 2,2* 10¹¹Па, середній коефіцієнт лінійного розширення сталі у наданому інтервалі температур дорівнює 1,2*10⁵К^-1.
18. Як зміниться внутрішній (зовнішній) діаметр металевого кола при нагріванні і охолодженні?
19. Знайти силу, яку потрібно прикласти до мідяної дротини, щоб розтягнути її на стільки ж, на скільки вона видовжиться ари нагріванні на 20К? Площа перерізу дротини дорівнює 10мм².
20. На скільки збільшиться об'єм суцільного залізного кубу, якщо надати йому 296,4кДж енергії у вигляді теплоти?
21. При 0°С скляна трубка має довжину 2000мм. Знайти її довжину при 100⁰С..
22. При 0°С відміряно 500м алюмінієвої і стільки ж сталевої дротини. Якою буде різниця довжини дротів при 100°С?
23. На скільки потрібно нагріти алюмінієву дротину, площа перерізу якої 6мм², щоб вона прийняла ту ж довжину, щоб і під дією сили розтягу 508H.
24. При температурі 0°С ємкість латунного баку дорівнює 12л. Якою буде ємність баку при 30⁰С?

Самостійна робота №5

 

Варіант-1

1. При усебічному стисканні об'єм кулі зменшився від 60 до 54см³. Визначити абсолютне і відносне змінення об'єму при стисканні.
2. Металевий стержень довжиною 7м, який має площу перерізу 50мм²,при розтягу силою 1кН видовжився на 0,2см. Визначити модуль Юнга речовини і рід металу.
3. Всередині бронзового відливку є порожнеча, об'єм якої при 273К дорівнює 400см³. Визначити об'єм цієї порожнини при температурі 313К.

Варіант-2

1. Визначити відносне стискання бетону при нормальній механічній напрузі 8*10⁶Па. Модуль Юнга бетону 40ГПа.
2. Яку розтягуючу механічну напругу потрібно прикласти до сталевого стержню, щоб його відносна деформація була такою ж, як при нагріванні на 80К, якщо середній коефіцієнт лінійного розширення сталі 1,2*10^-5 К^-1 і модуль Юнга сталі 2,2*Па?
3. Довжина мідяної дротини при 273К дорівнює 8м. До якої температури її потрібно нагріти, щоб абсолютне видовження дорівнювало 5см?

Варіант-З

1. Визначити нормальну механічну напругу у основі вільно стоячої мраморної колони висотою 10м. Густина мрамору 2700кг/м³.
2. Сталева балка жорстко закріплена між двома стінами. Визначити механічну напругу, яка з'являється при підвищенні температури на 60К. Модуль Юнга сталі 2,2*10"Па, середній коефіцієнт лінійного розширення сталі у наданому інтервалі температур 1,2*10^-5 К^-1.
3. При температурі 50°С ємкість скляної банки дорівнює 3500см³. На скільки зменшиться її ємкість при охолодженні до 10°С?

Варіант - 4

1. Яким має бути найменший переріз сталевої дротини довжиною 4,2м, щоб при дії сили розтягу 10кН її абсолютне видовження не перебільшу­вало 0,6см? Модуль Юнга сталі 220ГПа.
2. Яку силу потрібно прикласти до латунного стержню площею перерізу 2см², щоб стиснути його вздовж продольної осі на стільки ж, на скільки він скорочується при охолодженні на 20К? Модуль Юнга латуні  1,1*10Па, середній коефіцієнт лінійного розширення латуні 1,9*10К^-1.
   3.    При 0°С сталева труба має довжину 10м. Знайти довжину труби при 110°С.

Контрольна робота №1

 

Молекулярна фізика та термодинаміка

 

Варіант-1

1. Знайти середню квадратичну швидкість молекули азоту при 273К.
2. Обчислити густину повітря при температурі 31°С і нормальному тискові.
3. Сталеву деталь масою 300г потрібно охолодити від 80°С до 20°С. Для цього деталь опустили у воду, температура якої 12°С, налиту у алюмінієву ємкість масою 100г. Скільки води у сосуді?
4. Ідеальна теплова машина працює за циклом Карно. За один цикл робоче тіло машини отримує від нагрівача 1200Дж теплоти, і створює механічну роботу 500Дж і віддає холодильнику 800Дж теплоти. Чи може реально існувати така машина? Чому?
5. Mідна та сталева лінійки при 0°С має довжину 1м. Яка різниця їх довжин при 30°С?
6. При ізобаричному розширенні двоатомного газу виконана робота на збільшення його об'єму у 50кДж. Визначити збільшення внутрішньої енергії газу і кількість наданої теплоти.

Варіант-2

1. При ізобаричному нагріванні на 230°С об'єм газу збільшився вдвічі. Визначити початкову температуру газу.
2. Яку кількість теплоти потрібно витрати, щоб 10кг криги, узятої при -20°С, розплавити і отриману воду нагріти до 15°С?
3. Скільки потрібно спалити кам'яного вугілля, щоб перетворити на пару 50кг криги, узятої при температурі -10°С? ККД топки 65%.
4. Об'єм мідяної кулі масою 8,8кг, узятої при 0°С, збільшився на 5,1см³. Скільки теплоти витрачено на його нагрівання? Густина міді при 0°С дорівнює 8,8*10³кг/м³.
5. При температурі 0°С ємкість латунного баку дорівнює 12л. Якою буде ємність баку при 50⁰С?
6.  Вуглекислому газу СО₂ надано 60кДж теплоти. Визначити при ізобарич­ному розширенні витрати енергії на збільшення об’єму газу і змінення внутрішньої енергії.

Варіант-З

1. Знайти середню квадратичну швидкість молекули водню при 273К.
2. При ізохоричному нагріванні газу до температури 492К його тиск збільшився втричі. Визначити початкову температуру газу.
3. У сосуд, який містить воду при 14°С, впускають 125г водяної пари при 100°С. Пара перетворилася на воду, і температура суміші стала 54°С. Знайти, скільки води було у сосуді до конденсації пари.
4. Ідеальна теплова машина працює за циклом Карно. Визначити ККД машини, якщо відомо, що за один цикл машина виконує роботу у 1кДж і передає холодильнику 4кДж теплоти.
5. Під дією якої сили алюмінієва дротина перерізом 1мм² розтягнеться настільки ж, на скільки вона видовжиться при нагріванні на 30 К?
6. У бомбі ємкістю 0,08м³ міститься 2кг вуглекислого газу. При температурі 180°С з'являється безпека вибуху. Який тиск газу у цей момент?

 

1. При якій температурі середня квадратична швидкість молекули повітря дорівнює 500м/с? Молярна маса повітря 29г/моль.
2. Повітря, маса якого 16г, займає об'єм 8л при температурі 17°С. Газ нагріли при постійному об'ємі і його тиск став 5*10⁵Па. Знайти початковий тиск і кінцеву температуру.
3. У алюмінієвий сосуд масою 600г, який містить 2л води при 10⁰С, вилито розплавлене олово при температурі плавлення 232°С. Вода нагрілась до 100°С, і 100г води випарилось. Визначити масу олова.
4. Скільки алюмінію можна нагріти від 283К до температури плавлення у плавильній печі з ККД 26%, якщо спалити 25кг нафти?
5. При 20°С маса шматка свинцю 342г. При якій температурі його об’єм буде 30,5см³? Густина свинцю 1140кг/м³.
6.  Визначити тиск кисню у балоні ємкістю 7,4л при 273К.

Варіант-5

1. Скільки молекул кисню міститься в 1м³ при тискові 2*10⁵Па, якщо середня квадратична швидкість молекул при наданих умовах 1400м/с?
2.  Скільки молекул повітря міститься у приміщенні розміром (12x10x5)м³ при температурі 27°С і тискові 0,9*10⁵Па.
3. До 40г водяної пари при 100°С пущено 1л води. Пара перетворилась на воду  і температура суміші стала 35°С. Знайти початкову температуру води.
4. Пуля масою 2г вилітає із стволу гвинтівки із швидкістю 800м/с, маса порохового заряду 5г. Який ККД пострілу?
5. По сталевій дротині довжиною 10м пропущено електричний струм. Дротина нагрілась і збільшилась на 54мм. На скільки градусів збільшилась, температура?
6. У зачиненому сосуді об’ємом 3,5л знаходиться 8г кисню. Який тиск газу у сосуді при температурі 77°С?

 

НАЙВАЖЛИВІШІ ФІЗИКО-ХІМІЧНІ КОНСТАНТИ

 

 

Атомна одиниця маси	1а.о.м=1,66057 . 10-27кг 6,022169 . 1023а.о.м.=1г
Заряд електрона	e–=1,6022 . 10-19Кл
Маса спокою нейтрона	mn=1,00866а.о.м.=1,67495 . 10-24г
Маса спокою протона	mр=1,00728а.о.м.=1,67265 . 10-24г
Маса спокою електрона	mе=5,48580 . 10-4а.о.м.=9,10953 . 10-28г
Универсальна газовая стала	R=8,3144=0,082057
Стала Больцмана	k=1,38066 . 10-23Дж/К
Стала Планка	h=6,6262 . 10-34 Дж . с
Стала Фарадея	F=Ne=9,6485 . 104 =26,8
Число Авогадро	NА=6,022045 . 1023 моль-1
Число  (пі)	=3,1415926536

 

Шпаргалка

 

Кількість речовини. .

Молярна маса .

Основне рівняння МКТ

 Наслідки основного рівняння МКТ

 ,  температура є мірою середньої кінетичної енергії руху молекул.

, отже - середня швидкість.

— рівняння Клапейрона-Менделєєва

, (але різна для різних газів) — рівняння Клапейрона.

При T=соnst  або

При p=const або або - закон Гей-Люссака

При V=сопst ,або або - Закон Шарля.

 плавленні і твердненні речовин:

 пароутворенні і конденсації:

або ,або

 

 

Термічний ККД ( для будь-якого циклу)

 

 , де (механічна напруга),

(відносне видовження), Е — модуль пружності або модуль

 

 

 

ЗМІСТ

 ОСНОВИ МКТ

 

1. Завдання №1.Кількість речовини. Стала Aвогадро .Маса і

2. Самостійна робота №1…………………………………………………………………..………..5
3. Завдання №2. Рівняння стану ідеального газу. Температура – міра

 середньої кінетичної енергії молекул. Ізопроцеси та їх графіки……………….6

4. Самостійна робота №2……………………………………………………….………..8
5. Завдання №3 Внутрішня енергія ідеального газу. Робота газу при ізопроцесах. Перший закон термодинаміки…………………………………………………...……..9
6. Самостійна робота №3……………………………………………………………….11
7. Завдання №4. Зміна внутрішньої енергії тіл у процесі теплопередачі.

Теплота згорання палива……………………………………………………..….12

8. Завдання №5. Властивості реального газу і пари. Водяна пара у

 атмосфері. Кипіння…………………………………………………………………..14

9. Завдання №6. Властивості рідини. Капілярні явища……………………...…..15
10. Самостійна робота №4………………………………………………………………………….17
11. Завдання №7. Властивості твердих тіл .Деформація.

Закон Гука…………………………………………………………….….18

12. Самостійна робота №5………………………………………………………………20

Контрольна робота №1. Молекулярна фізика та термодинаміка………………..21