1611143572-9d260122e1f7b937cc263fb9b1cd060d (825035), страница 33
Текст из файла (страница 33)
Найдите КПД циклов, изображенных на рисунке, если рабочим телом тепловой машины является одноатомный идеальный газ.5.9.11. Существует ли циклический процесс, при котором все переданноетелу от нагревателя тепло превращается в работу?5.9.12. Можно ли практически всю внутреннюю энергию газа превратить вмеханическую работу?5.9.13. Паровая машина мощности 14,7 кВт потребляет за 1 ч работы 8,1 кгугля с удельной теплотой сгорания 3, 3 · 107 Дж/кг. Температура котла 200 ◦ C,холодильника 58 ◦ C. Найдите КПД этой машины и сравните его с КПД идеальнойтепловой машины.5.9.14. Покажите, что КПД тепловой машины в циклическом процессе максимален, когда энтропия системы не меняется.5.9.15.
Почему КПД двигателя внутреннего сгорания резко падает при детонации (взрывном сгорании горючей смеси)?5.9.16. В океане находится лодка с куском льда массы 1 кг при 0 ◦ C на борту.Определите максимальную работу, которую можно получить, используя процесстаяния льда.
Температура воды 27 ◦ C.5.9.17. Какую работу можно совершить, имея айсберг объема 1 км3 в качестве холодильника и океан в качестве нагревателя? Какое время понадобитсяКрасноярской ГЭС, чтобы выработать такое же количество энергии? МощностьКрасноярской ГЭС 6 ГВт.5.9.18∗ . Нагретое тело с начальной температурой T используется в качественагревателя в тепловой машине. Теплоемкость тела не зависит от температурыи равна C. Холодильником служит неограниченная среда, температура которойпостоянна и равна T0 . Найдите максимальную работу, которую можно получитьза счет охлаждения тела.1445.9.19∗ . Имеются два тела с начальной температурой T1 и T2 . Теплоемкостьэтих тел равна C1 и C2 и не зависит от температуры.
Одно тело используетсякак нагреватель, другое — как холодильник в тепловой машине. Найдите максимальную работу, которую можно получить таким образом. Провести расчет,когда первое тело — 1 кг кипящей воды, второе — 1 кг воды при температуре 0 ◦ C.5.9.20. Как изменится температура в комнате, если дверцу работающегохолодильника оставить открытой?5.9.21. Идеальная тепловая машина с КПД η работает по обратному циклу. Какое максимальное количество теплоты можно забрать из холодильника,совершив механическую работу A?5.9.22. Абсолютная теплоизоляция невозможна.
На первый взгляд, тепловая мощность 0,1 Вт, поступающая в холодильную камеру из-за несовершенстватеплоизоляции, кажется незначительной. Рассчитайте минимальную мощность,которую в этом случае нужно затратить, чтобы поддерживать в камере температуру 10−4 K при температуре окружающей среды 20 ◦ C.
Проведите аналогичный расчет для бытового холодильника, в камере которого нужно поддерживатьтемпературу −13 ◦ C. (В установках для получения рекордно низких температурмощность такого «паразитного» притока тепла удается снизить до 0,01 Вт иниже.)5.9.23.
Идеальная тепловая машина, работающая по обратному циклу, передает тепло от холодильника с водой при температуре 0 ◦ C кипятильнику с водойпри температуре 100 ◦ C. Сколько воды нужно заморозить в холодильнике, чтобыпревратить в пар 1 кг воды в кипятильнике?5.9.24∗ . С помощью электрической плитки мощностью 1 кВт в комнате поддерживается температура 17 ◦ C при температуре наружного воздуха −23 ◦ C. Какая мощность потребовалась бы для поддержания в комнате той же температурыс помощью идеальной тепловой машины?5.9.25∗ .
Какую минимальную работу нужно затратить для того, чтобы заморозить 1 кг воды, находящейся при температуре окружающей среды 300 K?5.9.26. Известно, что при растворении в воде некоторых веществ (например,гипосульфита) температура раствора понижается. Используя этот раствор в качестве холодильника, а окружающую среду в качестве нагревателя, мы можемполучить некоторую работу.
Затем, дождавшись высыхания раствора, повторяемцикл. Получим ли мы таким образом вечный двигатель второго рода?§ 5.10. Фазовые переходы5.10.1. В кастрюлю налили холодной воды (температура 10 ◦ C) и поставилина плиту. Через 10 мин вода закипела. Через какое время она полностью испарится?5.10.2. Смогли бы солнечные лучи на экваторе растопить за один солнечныйдень снежный покров толщиной 1 м? Максимальная плотность потока солнечнойэнергии близка к 1 кВт/м2 , а коэффициент отражения — к 0,9.5.10.3.
Почему вода в сосуде, закрытом крышкой, закипает быстрее, чем воткрытом?5.10.4. В цилиндрическом стакане при подводе к нему тепловой мощности1 кВт тает лед. Диаметр стакана 10 см. Определите, как изменится давлениесмеси воды и льда на дно стакана из-за таяния льда.5.10.5. В колбе находилась вода при 0 ◦ C.
Откачиванием пара всю воду вколбе заморозили. Какая часть воды испарилась?5.10.6. В 100 г воды при температуре 10 ◦ C опущено 40 г льда, имеющеготемпературу −10 ◦ C. При каком соотношении воды и льда возникнет состояние10145теплового равновесия в этой системе, если она теплоизолирована? Удельная теплоемкость льда 2,5 кДж/кг.♦ 5.10.7. Теплообменник состоит из двухдлинных коаксиальных труб.
По внутреннейтрубе медленно пропускается водяной пар,имеющий начальную температуру 200 ◦ C. Вовнешнюю трубу противотоком поступает вединицу времени 0, 1 кг воды при температуре20 ◦ C. Вода выходит с противоположной стороны в виде пара с температурой 150 ◦ C. Какая масса пара поступает во внутреннюю трубу теплообменника в единицу времени? Давление пара в трубах атмосферное.5.10.8∗ . Оцените толщину льда, образующегося за сутки на поверхностиозера при температуре воздуха −10 ◦ C. Теплопроводность льда 2,2 Вт/(м · K),его плотность 0,9 · 103 кг/м3 .5.10.9.
а. Почему кастрюля прогорает лишь после того, как вода выкипит?б. Можно ли вскипятить воду в бумажном стаканчике?5.10.10. «Твердая углекислота, несмотря на свою очень низкую температуру, может быть безопасно положена на кожу . . . но если кусок снегообразнойкислоты сжать между пальцами, то происходит сильное обмораживание» (Менделеев Д. И. Основы химии. Л.: Гостехиздат, 1949. Т. 1). Объясните это явление.5.10.11.
Капли воды на раскаленной плите часто «живут» дольше, чем напросто горячей. Почему?5.10.12. Почему сохраняется очень низкой температура жидкого воздуха(81 K) в сосуде Дьюара и низкая температура твердой углекислоты в ящикепродавщицы мороженого в жаркий летний день? Почему твердая углекислота нетает, как растаял бы лед?5.10.13. Иней на деревьях иногда исчезает без ветра и оттепели. Объясните,как это происходит.5.10.14.
На электрической плитке мощности 1 кВт кипит вода в чайнике.Найдите скорость истечения пара из носика чайника, если пар считать идеальным газом. Давление пара на конце носика 1 атм, сечение носика 1 см2 . Считать,что вся энергия плитки передается воде.5.10.15∗ . В стакан налиты две несмешивающиеся жидкости: четыреххлористый углерод (CCl4 ) и вода. При нормальном атмосферном давлении CCl4 кипитпри 76,7 ◦ C, вода — при 100 ◦ C. При равномерном нагревании стакана со смесью вводяной бане кипение на границе раздела жидкостей начинается при температуре65,5 ◦ C. Определите, какая из жидкостей быстрее (по массе) выкипает при таком«пограничном» кипении и во сколько раз.
Давление насыщенного пара воды при65,5 ◦ C составляет 25,6 кПа.5.10.16. Почему в паровых котлах перегревают пар?5.10.17. Можно ли всасывающим водяным насосом поднять кипящую воду?5.10.18. При критической температуре теплота парообразования любойжидкости равна нулю. Почему?5.10.19. На улице моросит холодный осенний дождь.В кухне развесили много выстиранного белья. Быстреели высохнет белье, если открыть форточку?♦ 5.10.20.
Цилиндр сечения 20 см2 разделен поршнеммассы 5 кг на две части. В нижней его части вначаленаходится вода, а верхняя часть откачана. Поршень соединен с цилиндром пружиной жесткости 15 Н/м. Вна146чале пружина не деформирована. Определите массу образовавшегося пара принагревании воды от 0 до 100 ◦ C. Трением можно пренебречь.5.10.21. В цилиндре, закрытом поршнем, при температуре 20 ◦ С находитсявоздух, на дне цилиндра — капелька воды. Чему будет равно давление в цилиндре после изотермического уменьшения объема под поршнем в два раза? Какуюдля этого нужно совершить работу? Первоначальный объем 0,5 м3 , давлениенасыщенного пара при температуре 20 ◦ C равно 1,73 кПа. Начальное давление101,3 кПа.5.10.22.
В прочном закрытом сосуде находится азот при температуре 300 Kи давлении P0 . В сосуд впрыскивается некоторое количество распыленного жидкого азота при температуре кипения 77,3 K, который быстро испаряется. Спустяпродолжительное время, когда температура станет равна начальной, в сосудеустанавливается давление 2P0 .
Определите, каким было минимальное давлениеазота в сосуде после впрыскивания. Молярная теплоемкость азота c = (5/2)R,его молярная теплота парообразования 5,53 кДж/моль.5.10.23. В достаточно большой откачанный цилиндр, закрытый поршнем,помещено немного воды со льдом. Масса льда m, температура 0 ◦ C, давлениенасыщенного пара воды при 0 ◦ C равно P0 .
На сколько нужно изменить с помощью поршня перекрытый объем, чтобы весь лед растаял? Какую при этом нужносовершить работу? Удельная теплота парообразования q, удельная теплота плавления льда λ, молекулярная масса воды µ.♦ 5.10.24∗ . Цилиндр сечения 100 см2 поставлен вертикально в сосуд, из которого откачан воздух. Цилиндр перекрывает подвижный поршень, под которым находится100 см3 воды. Цилиндр с поршнем и вода имеют температуру 100 ◦ C. Поршень отпускают.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
