В цилиндре с подвижным поршнем находится кислород при разрежении вакууме (8 видео)

В баллоне вместимостью 0,9 м3 находится кислород при температуре 17 °С. Присоединенный к баллону вакуумметр показывает 600 мм вод. ст. Барометрическое давление Bо=740 мм рт.ст.

Определить массу газа в баллоне.

Абсолютное давление газа в баллоне определяется выражением

Приводим заданные давления к размерности в СИ (Па), используя соотношение 1 бар=750 мм рт. ст., плотность воды =1000 кг/м3, и рассчитываем абсолютное давление газа в баллоне:

Определяем газовую постоянную кислорода:

Рассчитываем массу газа в баллоне по уравнению состояния идеального газа:

2.2. Определить объем 1 киломоля идеального газа при нормальных физических условиях.

Нормальные физические условия: р=760 мм рт.ст., t=0 °С.

2.3. Определить удельный объем идеального газа кислорода О2 ( m =32 кг/кмоль) при давлении 1 бар и температуре 20 °С.

2.4. При нормальных физических условиях идеальный газ имеет объем 5 м3. Какой объем займет газ при давлении 5 бар и температуре 265 °С?

Видео:В цилиндрическом сосуде, закрытом подвижным поршнем, находится водяной пар и капля воды - №24092Скачать

Нормальные физические условия: р=760 мм рт.ст., t=0 °С.

2.5. Абсолютное давление азота (N2) в жестком сосуде при комнатной температуре t=20 оС составляет р=2,2 МПа. В сосуде азот нагревается, причем известно, что предельное избыточное давление, при котором возможна безопасная работа сосуда, ризб=6 МПа. Определить предельную допустимую температуру нагрева газа в сосуде. Газ считать идеальным, а атмосферное давлении В=0,1 МПа.

2.6. Начальное состояние азота (N2) задано параметрами: t=200 оC, v=1,9 м3/кг. Азот нагревается при постоянном давлении, при этом удельный объем его увеличивается в три раза. Определить конечную температуру азота, считая его идеальным газом.

2.7. В жесткий резервуар вместимостью 3 м3 компрессором нагнетается азот (N2), избыточное давление в резервуаре повышается от 0,2 до 2,5 бар, а температура от 25 до 75 оС. Барометрическое давление Bо=750 мм рт.ст. Определить массу азота, поступившего в резервуар. Считать азот идеальным газом.

2.8. В цилиндре с подвижным поршнем находится кислород при разрежении (вакууме), равном 42,7 кПа. Барометрическое давление составляет 745 мм рт. ст. При постоянной температуре кислород сжимается до достижения избыточного давления рм=1,2 МПа. Во сколько раз изменится объем кислорода?

2.9. Дирижабль с мягкой оболочкой, наполненной водородом, при атмосферном давлении В=600 мм рт.ст. и t=2 оС должен иметь подъемную силу, обеспечивающую его горизонтальный полет, при общей массе груза 5000 кг (включая массу оболочки дирижабля без водорода). Определить объем оболочки дирижабля, считая воздух (µ=28,96 кг/кмоль) и водород идеальными газами.

2.10. В состав газовой смеси входят: 3 кг азота (N2), 5 кг кислорода (O2) и 2 кг двуокиси углерода (CO2). Считая все газы идеальными, определить, какой объем займет газовая смесь при давлении 2 бар и температуре 127 оС.

Читайте также: Задача по физике газ в цилиндре

Определяются масса всей газовой смеси кг и

массовые доли компонентов смеси: .

Видео:В горизонтальном цилиндрическом сосуде - Задача ЕГЭ по физике Часть 2Скачать

Рассчитывается газовая постоянная смеси:

Объем, занимаемый газовой смесью,

2.11. В сосуде объемом 3 м3 находится смесь идеальных газов при давлении 3 бар и температуре 27 оС. Объемный состав газовой смеси соответствует: =13 %, =7 %, =80 %.

Определить массу газовой смеси в сосуде.

2.12. Смесь идеальных газов водорода (Н2) и метана (СН4) имеет газовую постоянную, равную 2520 Дж/(кг∙К). Определить состав газовой смеси по массе и объему.

2.13. Для смеси воздуха (µв=28,96 кг/кмоль) и светильного газа (µсг=11,6 кг/кмоль) задана массовая доля воздуха gв=6/7. Считая газы идеальными, определить: Rсм , µсм, плотность смеси r см при tсм=17 °С и рсм=1,2 бар и объемные доли газов, входящих в смесь ri.

Ответ: Rсм=348 Дж/(кг∙К), µсм=23,9 кг/кмоль, r см=1,2 кг/м3,

2.14. 4 кг газовой смеси, состоящей из азота (N2), светильного газа (µ=11,65 кг/кмоль) и двуокиси углерода (СО2) при температуре 20 оС занимают объем V=8 м3. Парциальные объемы газов, входящих в смесь, относятся между собой как VN2:Vсг:VCO2=5:1:2. Считая газы идеальными, определить Rсм, рсм и парциальные давления газов, входящих в смесь, рi.

Ответ: Rсм=277 Дж/(кг∙К), рсм=0,405 бар, =0,253 бар,

2.15. Газовая смесь состоит из азота (N2) и двуокиси углерода (СО2). При температуре 27 °С и манометрическом давлении 2 бара 4 кг смеси занимают объем 0,96 м3 . Ртутный барометр при 27 °С показывает давление атмосферного воздуха 730 мм. Считая газы идеальными, определить: Rсм , µсм и парциальные давления газов, входящих в смесь, , .

Видео:Теплоизолированный цилиндр разделён подвижным теплопроводящим поршнем на две части. В одной - №29369Скачать

Ответ: Rсм=237 Дж/(кг∙К), µсм=35 кг/кмоль,

1. Дайте определение идеального газа и укажите его отличия от реального газа.

2. Чем отличается газовая постоянная от универсальной газовой постоянной ?

3. Что называют парциальным давлением газа в смеси, существует ли оно физически и как определяется ?

4. Что называют парциальным объемом газа в смеси, существует ли оно физически и как определяется ?

5. Как определить объемную долю газа в смеси, если известна его массовая доля ?

Решение

Запишем уравнение состояния идеального газа для конечного состояния водорода после объединения баллонов

Объем и масса водорода после соединения баллонов равны соответственно

где начальные массы водорода в первом и втором баллоне М₁ и М₂ найдем из соответствующих уравнений состояния (1.4):

Видео:Гидростатическое давлениеСкачать

Подставив полученные выражения в формулу для p₃, получим

1.9. В цилиндре с подвижным поршнем находится кислород при температуре 80 о С и разрежении, равном 320 мм рт. ст. При постоянной температуре кислород сжимается до избыточного давления 12 бар. Барометрическое давление равно 745 мм рт. ст. Во сколько раз уменьшится объем кислорода?

Читайте также: Замена главного тормозного цилиндра лада приора

Ответ: раза.

1.10. В жестком резервуаре объемом 10 м 3 находится воздух при давлении 745 мм рт. ст. и 17 о С. После подкачивания воздуха компрессором давление в резервуаре повышается до 6 ат, а температура до 47 о С. Сколько килограммов воздуха было подкачано?

1.11.Два жестких баллона объемами V₁ = 100 л и V₂ = 5 л заполнены метаном CH₄ с давлениями соответственно p₁ = 25 бар и p₂ = 1 бар при температуре t = 20 о С. Какое давление p установится в баллонах после их соединения тонким шлангом? Какая масса метана ΔM перетечет из первого баллона во второй? Температура во время опыта поддерживается постоянной.

1.12.0,176 г газообразного органического соединения, химическая формула которого C_nH_2n+2 (предельный углеводород), обладая свойствами идеального газа, занимает объем 164 см 3 при температуре 200 о С и при абсолютном давлении 0,958 бар. Что это за вещество?

1.13. Определить плотность метана CH₄ при нормальных физических условиях.

1.14. Определить подъемную силу метеорологического шара-зонда на поверхности земли, наполненного водородом и имеющего объем 1 м 3 . Абсолютное давление атмосферного воздуха 1 бар, избыточное давление водорода в шаре 0,333 бар. Температура водорода равна температуре воздуха 15 о С.

1.15. При температуре t = 800 о С и давлении p = 1 бар плотность идеального одноатомного газа равна ρ = 0,4477 кг/м 3 . Что это за газ?

Видео:Урок 59 (осн). Жидкостный поршневой насосСкачать

1.16. Какой объем занимают 6,5 кг кислорода при абсолютном давлении 40 бар и температуре 20 о С?

1.17.Два баллона одинаковой емкости заполнены одинаковыми количествами различных газов при одинаковых температурах: метана CH₄ и кислорода О₂. Как соотносятся давления в этих баллонах?

1.18.Чему равна подъемная сила воздушного шара, заполненного 1,5 кг водорода в условиях термического равновесия с атмосферой при температуре –30 о С? Какой объем должен иметь воздушный шар, заполненный гелием, чтобы его подъемная сила при тех же условиях была такой же?

1.19.Из баллона емкостью 60 л выпустили часть содержащегося в нем метана, в результате чего давление газа в баллоне снизилось с 60 бар до 23 бар, а температура – с 30 о С до 10 о С. Определить массу выпущенного газа.

1.20.За какое время компрессор, всасывающий 3 м 3 /мин воздуха, заполняет резервуар емкостью 1,5 м 3 до избыточного давления 4 бар? Температура воздуха в резервуаре при этом повышается от 10 о С до 70 о С. Барометрическое давление 745 мм рт. ст.

Читайте также: Сколько весит цилиндр для весов

1.21. Найти число ходов поршня N, чтобы поршневым воздушным насосом откачать сосуд емкостью V от давления p₁ до давления p₂, если емкость хода поршня равна v. Вредным пространством цилиндра насоса пренебречь. Температура в процессе откачивания остается постоянной.

1.22. Стеклянная трубка с открытыми концами длиной l опущена вертикально в воду на половину своей длины. Затем верхний конец трубки закрывается, и трубка вытаскивается из воды. Определить высоту h столба воды, оставшейся в трубке. Атмосферное давление равно B. Капиллярными эффектами пренебречь.

1.23. Два баллона объемами V_a = 25 л и V_b = 3 л заполнены метаном CH₄ и соединены шлангом, снабженным вентилем. Начальные давления и температуры газа в баллонах одинаковы и равны, т. е. p_1a = p_1b = p₁ = 1 бар, t_1a = t_1b = t₁ = 17 о С. При открытом вентиле баллон (a)нагревается до температуры t_2a = 80 о С, после чего вентиль перекрывается. Температура баллона (b) поддерживается постоянной и равной его начальной температуре. Вычислить давления p_2a и p_2b в баллонах после того, как баллон (a) остынет до первоначальной температуры, а также количество ΔM перетекшего метана из одного баллона в другой.

Видео:В цилиндре под поршнем находится твёрдое вещество массой m. Цилиндр поместили в печь. На рисунке - №Скачать

1.24. Воздух в пустой кастрюле-скороварке имеет температуру t₁ = 20 о С и давление p₁ = 750 мм рт. ст., равное атмосферному. Отверстие клапана кастрюли диаметром d = 2,5 мм закрыто грузиком весом G = 40 гр. Кастрюля ставится на газовую плиту и воздух в ней нагревается до температуры t₂ = 450 о С. Какое давление p₃ установится в кастрюле-скороварке после того, как она остынет до начальной температуры? Клапан устроен так, что после опускания груза на гнездо атмосферный воздух не проникает в кастрюлю.

1.25. Подводная лодка находится на глубине H = 120 м. Заполненная водой шлюзовая камера подводной лодки имеет объем V = 2,5 м 3 . Для продувки шлюзовой камеры используется сжатый воздух в баллоне объемом v = 200 л. Давление атмосферы на поверхности океана . Температура воздуха в процессе продувки остается постоянной. Вычислить давление воздуха в баллоне p, необходимое для продувки шлюзовой камеры.

1.26. Каково давление газа в баллоне электрической лампочки объемом 1 л, если при отламывании кончика баллона под водой в лампочку вошло 998,7 г воды? Давлением столба воды пренебречь, температуру считать постоянной. Барометрическое давление 760 мм рт. ст.

1.27. Пузырьки воздуха, поднимающиеся со дна водоема, быстро увеличивают свой объем. Определить, на какой глубине пузырьки воздуха будут иметь объем вдвое меньший, чем у поверхности воды, если барометрическое давление на уровне воды равно 760 мм рт. ст.