Szkolenia zawodowe sposobem na podwyższenie umiejętności i
advertisement
Projekt „Inżynier mechanik – zawód z przyszłością” współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego Zajęcia wyrównawcze z fizyki -Zestaw 14 dr M.Gzik-Szumiata Termodynamika. Równanie stanu gazu doskonałego. Izoprzemiany gazowe. Energia wewnętrzna gazu doskonałego. Praca i ciepło w przemianach gazowych. Silniki cieplne. Przemiana adiabatyczna gazów. Ciepło właściwe, ciepło parowania i ciepło topnienia. Bilans cieplny. Przewodnictwo cieplne. Zadanie 1. W zamkniętym pojemniku o objętości 2,24 litra znajduje się powietrze pod ciśnieniem atmosferycznym 1013,25 hPa. Temperatura powietrza wynosi 0oC. Liczba moli powietrza zawartego w naczyniu wynosi: a) 0,001 mola b) 1 mol c) 0,1 mola d) 100 moli. Zadanie 2. W zamkniętym cylindrze sprężano gaz doskonały. Proces sprężania ilustruje wykres p(V). Czy gaz sprężano izotermicznie? Odpowiedź uzasadnij. Zadanie 3. Przemiana izochoryczna. W dniu, w którym panowała temperatura powietrza 27oC kierowca zmierzył ciśnienie w oponach samochodu i wynosiło ono 2200 hPa. Powietrze w oponach potraktuj jak gaz doskonały. Załóż, że opona samochodu ma stałą objętość wynoszącą 1 m3. a)Oblicz liczbę moli gazu znajdującego się w oponie. b)Oblicz ciśnienie gazu w oponach następnego dnia rano, gdy temperatura wynosiła tylko 7oC. Zadanie 4. Gaz doskonały poddano kolejnym następującym po sobie przemianom. Na wykresie przedstawiono zależność ciśnienia od objętości dla każdej z przemian tego gazu. Jaką pracę użyteczną wykonuje gaz w ciągu jednego cyklu? Jaką ilość ciepła pobiera w ciągu jednego cyklu? Przyjmijmy, że jest to gaz dwuatomowy i że ilość gazu w cylindrze wynosi 50 moli. Zadanie 5. Silnik o sprawności 25% wykonuje pracę 200 kJ. Oznacza to, że a) b) c) d) Pobiera 800 kJ ciepła, a oddaje 200 kJ, Pobiera 800 kJ ciepła, a oddaje 600 kJ, Pobiera 1000 kJ ciepła, a oddaje 200 kJ, Pobiera 1000 kJ ciepła, a oddaje 800 kJ, Ile wynosi temperatura źródła ciepła, jeżeli temperatura chłodnicy wynosi 300 K? Zadanie 6. Na rysunku przedstawiono schemat działania idealnego silnika cieplnego. 1. Oblicz sprawność tego silnika. 2. Oblicz stosunek ciepła oddanego do chłodnicy do ciepła dostarczonego do silnika przez źródła ciepła. Projekt „Inżynier mechanik – zawód z przyszłością” współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego Zadanie 7. W cylindrze z ruchomym tłokiem ogrzewano hel. Podczas tego procesu gaz rozprężał się izobarycznie wykonując pracę 160 J. Współczynnik Poissona jest równy 1,4. Oblicz zmianę energii wewnętrznej helu. Zadanie 8. Silnik pracuje w pewnym cyklu termodynamicznym, parametry substancji roboczej w silniku i opis zachodzących przemian gazowych przedstawiono w tabeli: a)Przedstaw opisany cykl na wykresie w układzie współrzędnych p(V). b)Oszacuj wartość pracy użytecznej wykonanej w tym cyklu. c)Oblicz ciepło pobrane w tym cyklu. Zadanie 9. Bilans cieplny. Do wody o masie 1 kg i temperaturze 30oC wrzucono kulę wykonaną ze stali nierdzewnej o masie 0,5 kg. Po pewnym czasie w wyniku wymiany ciepła ustaliła się temperatura wody i stali wynosząca 50 oC. Przyjmij, że ciepło właściwe stali nierdzewnej jest równe 480 J(kg·K), a ciepło właściwe wody wynosi 4200 J(kg·K). Oblicz temperaturę początkową kuli stalowej. Zadanie 10. Element materiału budowlanego ma pole przekroju poprzecznego S i długość d, a różnica temperatur między końcami wynosi ΔT. Strumień ciepła (ilość energii przechodząca w jednej sekundzie przez dany element) wynosi: Q T , gdzie to współczynnik przewodnictwa cieplnego dla danego materiału. S t d Używany w budownictwie beton komórkowy ma współczynnik przewodnictwa cieplnego = 0,25 W/(m·K), a zwykła cegła = 0,75 W/(m·K). Różnica temperatur między wnętrzem budynku a otoczeniem wynosi 30oC. 1.Porównaj ilości ciepła traconego przez ścianę o powierzchni 10 m2 i grubości 25 cm, jeżeli jest ona wykonana z pełnej cegły z ilością ciepła traconego w tym samym czasie przez ścianę z betonu komórkowego. 2.Oblicz, jaka by musiała być grubość ściany wykonanej z pełnej cegły, aby straty ciepła były takie same jak dla ściany z betonu komórkowego.