Тема 5. Молекулярная физика и термодинамика

5.1. Азот массой m = 5 кг, нагретый на ΔТ = 150 К, сохранил неизменный объем. Найти: 1) количество теплоты Q, сообщенное газу; 2) изменение ΔU его внутренней энергии; 3) совершенную газом работу А.

5.2. Водород занимает объем 10 м³ при давлении 100 кПа. Газ нагрели при постоянном объеме до давления 300 кПа. Найти: 1) количество теплоты Q, сообщенное газу; 2) изменение ΔU его внутренней энергии; 3) совершенную газом работу А.

5.3. При изохорическом нагревании кислорода объемом 50 л давление газа изменилось на Δр = 0,5 МПа. Найти количество теплоты, сообщенное газу.

5.4. Баллон объемом 20 л содержит гелий при температуре 300 К под давлением 0,4 МПа. Каковы будут температура и давление, если газу сообщить количество теплоты 6 кДж?

5.5. Азот нагревался при постоянном давлении, причем ему было сообщено количество теплоты 21 кДж. Определите работу, которую при этом совершил газ, а также изменение его внутренней энергии.

5.6. Водород массой 4 г был нагрет на ΔТ = 10 К при постоянном давлении. Определить работу расширения газа.

5.7. Водяной пар расширяется при постоянном давлении. Найти работу расширения пара, если ему сообщено количество теплоты 4 кДж.

5.8. На нагревание кислорода массой 160 г на ΔТ = 12 К было затрачено количество теплоты 1,76 кДж. Как протекал процесс: при постоянном давлении или при постоянном объеме?

5.9. Какая работа совершается при изотермическом расширении водорода массой 5 г, взятого при температуре 290 К, если объем газа увеличивается в три раза?

5.10. Водород массой 10 г нагрели на ΔТ = 200 К, причем газу было передано количество теплоты 40 кДж. Найти изменение внутренней энергии газа и совершенную им работу.

5.11. Какое количество теплоты выделится, если азот массой 1 г, взятый при температуре 280 К под давлением 100 кПа, изотермически сжать до давления 1 МПа?

5.12. Расширяясь, водород совершил работу 6 кДж. Найти количество теплоты, подведенное к газу, если процесс протекал: 1) изобарически; 2) изотермически.

5.13. К некоторому количеству газа подвели 250 Дж тепла. Газ расширился при постоянном давлении 100 кПа на 1 л. На сколько джоулей изменилась его внутренняя энергия? Из скольких атомов состоит молекула этого газа?

5.14. При подведении к двум молям кислорода теплоты в количестве 500 Дж температура газа увеличилась на 10 К. Какую работу совершил при этом газ?

5.15. Сколько моль гелия можно нагреть на 5 К, если сообщить ему 41,5 Дж теплоты? Давление газа постоянно.

5.16. В процессе изобарного нагревания водяного пара к нему было подведено 400 Дж теплоты. Определить работу, совершенную этим газом.

5.17. На нагревание 0,1 моль водорода израсходовано 4,15 Дж теплоты. На сколько градусов возросла температура газа, если его объем при нагревании оставался постоянным?

5.18. В закрытом сосуде объемом 2 л находится гелий плотностью 2 кг/м³. Какое количество теплоты надо сообщить гелию, чтобы повысить его температуру на 10 К?

5.19. Найти массу гелия, если при адиабатическом сжатии его температура возросла на 2 К и была совершена работа 996 Дж.

5.20. При адиабатическом сжатии азота массой 1 кг совершена работа 100 кДж. Какова будет конечная температура Т₂ газа, если до сжатия азот находился при температуре Т₁ = 300 К?

Указание. Число степеней свободы молекул газа i определяется по количеству атомов в молекуле. Химические формулы и молярные массы μ газов даны в следующей таблице:

Газ	Химическая формула	μ, г/моль
водород	Н2	2
гелий	Не	4
азот	N2	28
кислород	O2	32
водяной пар	H2O	18