Просто об электротехнике, электронике, математике, физике
Просто об электротехнике, электронике, математике, физике
Категория: Тепловой баланс

Внутренняя энергия, теплоемкость и количество теплоты.


1. Имеются два кубика одинаковой массы, сделанные из разных материалов, причем удельная теплоемкость вещества первого кубика больше удельной теплоемкости вещества второго кубика. Первоначальная температура кубиков одинаковая. Если сообщить кубикам одинаковое количество теплоты, то можно утверждать:

1) кубики нагреются до одинаковой температуры

2) первый кубик нагреется до более высокой температуры

3) второй кубик нагреется до более высокой температуры

4) сравнить температуры кубиков можно, только зная их массы.

Удельная теплоемкость – физическая величина, численно равная количеству теплоты, которое необходимо передать единичной массе данного вещества для того, чтобы его температура изменилась на единицу. Поэтому, если массы кубиков равны, то первому, чтобы нагреть его на 1 градус, нужно передать большее количество тепла. При раных количествах тепла, передаваемых кубикам, первый нагреется меньше, чем второй.

Ответ: 3.

2. Имеются два кубика одинаковой массы, сделанные из разных материалов, причем удельная теплоемкость вещества первого кубика больше удельной теплоемкости вещества второго кубика. Первоначальная температура кубиков одинаковая. Если сообщать кубикам одинаковое количество теплоты в единицу времени, нагревая их до одинаковой температуры, то можно утверждать:

1) кубики нагреются одинаково быстро

2) первый кубик нагреется быстрее

3) второй кубик нагреется быстрее

4) сравнить времена нагрева кубиков нельзя.

Второму кубику нужно меньше тепла, чтобы нагреться на 1 градус, поэтому он нагреется быстрее.

Ответ: 3.

3. Че­ты­ре ша­ри­ка 1, 2, 3 и 4 оди­на­ко­вой массы, сде­лан­ные из раз­лич­ных ма­те­ри­а­лов, на­хо­дят­ся в твёрдом со­сто­я­нии. Ша­ри­ки на­гре­ва­ют в одной и той же печи. На ри­сун­ке при­ве­де­ны гра­фи­ки за­ви­си­мо­стей тем­пе­ра­ту­ры t ша­ри­ков от вре­ме­ни τ. Наи­боль­шей удель­ной теплоёмко­стью об­ла­да­ет шарик

1) 1
2) 2
3) 3
4) 4
Наибольшая теплоемкость у того шарика, которому понадобится большее количество теплоты, чтобы нагреться на 1 градус, или большее время. Поэтому наибольшей теплоемкостью обладает шарик с самой пологой характеристикой, а это шарик 1.
Ответ: 1.

4. Твёрдое тело осты­ва­ет. На ри­сун­ке пред­став­лен гра­фик за­ви­си­мо­сти тем­пе­ра­ту­ры тела от от­дан­но­го им ко­ли­че­ства теп­ло­ты. Удель­ная теплоёмкость тела 500 Дж/(кг*К). Чему равна масса тела?

1) 1 кг
2) 2 кг
3) 3 кг
4) 4 кг
Тело остыло на 60 градусов, при этом отдало 60 килоджоулей теплоты, тогда при остывании на 1 градус оно отдает 1 килоджоуль, или 1000 Дж. Так как удельная теплоемкость – это количество теплоты, которое отдает тело массой 1 кг при остывании на 1 градус, и  1 кг отдает 500 Дж, то масса тела 2 кг.
Ответ: 2.

5. На ри­сун­ке по­ка­зан гра­фик цик­ли­че­ско­го про­цес­са, про­ведённого с од­но­атом­ным иде­аль­ным газом. На каком из участ­ков внут­рен­няя энер­гия газа уве­ли­чи­ва­лась? Ко­ли­че­ство ве­ще­ства газа по­сто­ян­но.

1) CD
2) DA
3) АВ
4) ВС

Внутренняя энергия зависит от температуры, и зависит прямо пропорционально. Поэтому она увеличивается с увеличением температуры. Единственный участок, где температура увеличивается – это ВС.

Ответ: 4.

6. При изо­тер­ми­че­ском уве­ли­че­нии дав­ле­ния од­но­го моля иде­аль­но­го од­но­атом­но­го газа, его внут­рен­няя энер­гия

1) уве­ли­чи­ва­ет­ся
2) умень­ша­ет­ся
3) уве­ли­чи­ва­ет­ся или умень­ша­ет­ся в за­ви­си­мо­сти от ис­ход­но­го объ­е­ма
4) не из­ме­ня­ет­ся

 Внутренняя энергия зависит только от температуры, поэтому, поскольку при изотермическом процессе температура не меняется, то изменения внутренней энергии не происходит.

Ответ: 4.

7. На ри­сун­ке при­ве­ден гра­фик за­ви­си­мо­сти тем­пе­ра­ту­ры твер­до­го тела от от­дан­но­го им ко­ли­че­ства теп­ло­ты. Масса тела 4 кг. Ка­ко­ва удель­ная теп­ло­ем­кость ве­ще­ства этого тела?

1) 0,125 Дж/кг*К
2) 0,25 Дж/кг*К
3) 500 Дж/кг*К
4) 4000 Дж/кг*К
 Итак, тело охладилось на 100 градусов, и при этом отдало 200 кДж теплоты. Тогда при охлаждении на 1 градус оно отдаст 2 кДж. Тело весит 4 кг, тогда каждый килограмм отдаст 2/4=0,5 кДж, или 500 Дж.
Ответ: 3.

8. Тем­пе­ра­ту­ра мед­но­го об­раз­ца мас­сой 100 г по­вы­си­лась с 20 градусов цельсия  до 60 градусов. Какое ко­ли­че­ство теп­ло­ты по­лу­чил об­ра­зец?

1) 760 Дж
2) 1 520 Дж
3) 3 040 Дж
4) 2 280 Дж

9. При каком про­цес­се оста­ет­ся не­из­мен­ной внут­рен­няя энер­гия 1 моль иде­аль­но­го газа?

1) при изо­бар­ном сжа­тии
2) при изо­хор­ном охла­жде­нии
3) при адиа­бат­ном рас­ши­ре­нии
4) при изо­тер­ми­че­ском рас­ши­ре­нии

Внутренняя энергия неизменна при неизменной температуре, так как зависит только от нее. Поэтому при любом изотермическом процессе, когда температура неизменна, внутренняя энергия не меняется.
Ответ: 4.

10. Иде­аль­ный газ по­лу­чил ко­ли­че­ство теп­ло­ты 300 Дж и со­вер­шил ра­бо­ту 100 Дж. При этом внут­рен­няя энер­гия газа

1) уве­ли­чи­лась на 400 Дж
2) уве­ли­чи­лась на 200 Дж
3) умень­ши­лась на 200 Дж
4) умень­ши­лась на 400 Дж
По первому началу термодинамики полученное количество теплоты расходуется на совершение работы и увеличение внутренней энергии. Поскольку газ получил 300 Дж, а “отработал” только 100, значит, 200 “положил в карман” – то есть на 200 Дж его внутренняя энергия увеличилась.
Ответ: 2.

11. Какое ко­ли­че­ство теп­ло­ты не­об­хо­ди­мо для на­гре­ва­ния 100 г свин­ца от 300 К до 320 К?

1) 390 Дж
2) 26 кДж
3) 260 Дж
4) 390 кДж

Будем нагревать свинец на 320-300=20K. Массу свинца переведем в килограммы: 0,1 кг. Удельную теплоемкость свинца  определим по таблице: с=130 Дж/(кг*К). Осталось определить количество теплоты: Q=cm{Delta}t=130*0,1*20=260 Дж.

Ответ: 3.

12. При переходе из состояния 1 в состояние 3 внутренняя энергия идеального одноатомного газа изменяется на

1) 3 кДж
2) 4 кДж
3) 6 кДж
4) 9 кДж

Чтобы узнать изменение внутренней энергии, нужно рассмотреть процессы, происходящие с газом. На участке 1-2 происходит изобарное нагревание газа, в этом процессе происходит и изменение внутренней энергии газа, и вдобавок газ совершает работу против внешних сил:

Q_1={Delta}U_1+A_1

{Delta}U_1={3/2}{nu}R{Delta}T_1A_1=p_1(V_2-V_1) и p_1(V_2-V_1)={nu}R{Delta}T_1. Тогда:

{3/2}{nu}R{Delta}T_1={3/2}p_1(V_2-V_1)={Delta}U_1.

Нас интересует внутренняя энергия, поэтому работу можем и не считать.

Теперь участок 2-3 – это изохора. Значит, работа газом здесь не совершается, и все переданное ему тепло идет на увеличение внутренней энергии:

{Delta}U_2={3/2}{nu}R{Delta}T_2={3/2}V_2(p_2-p_1).

Складываем изменения внутренней энергии: {Delta}U_1+{Delta}U_2={3/2}p_1(V_2-V_1)+{3/2}V_2(p_2-p_1).

Считаем, что у нас получится в цифрах:

{Delta}U_1+{Delta}U_2={3/2}10^5(0,04-0,02)+{3/2}*0,04(2*10^5-10^5)=3*10^3+6*10^3=9*10^3 Дж

Переходим к килоджоуэлям: 9 кДж

Ответ: 4.

13. При переходе из состояния 1 в состояние 2 внутренняя энергия  газа изменяется на: 1) 3 кДж

2) 4 кДж

3) 6 кДж

4) 0 кДж

Здесь мы имеем изотермический процесс. В этом, однако, необходимо убедиться: p_1V_1=0,02*2=p_2V_2=0,04*1. А при отсутствии изменения температуры внутренняя энергия неизменна.

Ответ:4.

Обсуждение закрыто.