Внутренняя энергия воздуха в цилиндре

Сплошной кубик ставят на стол сначала гранью, имеющей наименьшую площадь поверхности, затем – гранью с наибольшей площадью поверхности (см. рисунок).

Как при этом меняются давление и сила давления кубика на стол, а также потенциальная энергия кубика относительно поверхности стола?

Для каждой величины определите соответствующий характер её изменения:

Давление

Сила давления

Потенциальная энергия

Давление тела на стол возникает за счет наличия силы тяжести. Так как масса тела не изменяется, то не изменяется и сила давления. Само же давление уменьшается так как увеличивается площадь соприкосновения тела и стола. Потенциальная энергия тела определяется его положением. После переворота, высота тела над поверхностью стола уменьшилась, а значит, уменьшилась и потенциальная энергия.

Алюминиевый шар на нити опускают в сосуд, полностью заполненный водой, до полного погружения, но не опускают на дно.

Как по мере погружения шара в воду меняются сила натяжения нити, а также давление и сила давления воды на дно сосуда? Для каждой величины определите соответствующий характер её изменения:

Сила натяжения нити

Давление

Сила давления

При погружениии шара в воду на него будет действовать выталкивающая сила, которая будет увеливаться по мере увеличения погруженной части тела. Таким образом, вес тела будет уменьшаться и сила натяжения нити также уменьшится. На дно сосуда действует гидростатическое давление, которое зависит от высоты столба жидкости. Стакан доверху наполнен водой, значит, давление на дно стакана не изменится. При этом сила давления останется той же.

Цилиндр, в котором под подвижным поршнем находится воздух, начинают нагревать (см. рисунок). Как будет изменяться концентрация молекул воздуха, а также давление и объём воздуха в цилиндре по мере нагревания?

Для каждой величины определите соответствующий характер её изменения:

Концентрация молекул

Давление воздуха

Объём воздуха

При нагревании цилиндра увеличится тепловая энергия молекул воздуха под поршнем. За счет этого поршень пойдет вверх и объем газа увеличится. Система замкнутая и количество газа под поршнем постоянно. При увеличении объема, концентрация молекул воздуха уменьшится. Давление газа под поршнем численно равно сумме атмосферного давления и давления, создаваемого поршнем. В таком процессе давление газа не изменится.

Цилиндр, в котором под неподвижным поршнем находится воздух, начинают нагревать (см. рисунок). Как будет изменяться концентрация молекул воздуха, а также внутренняя энергия и давление воздуха в цилиндре по мере нагревания?

Для каждой величины определите соответствующий характер её изменения:

Концентрация молекул воздуха

Внутренняя энергия воздуха

Давление воздуха

Система замкнутая и количество газа под поршнем постоянно. В описанном процессе, объем газа не изменяется, следовательно, концентрация молекул воздуха не изменяется. При нагревании цилиндра увеличится тепловая энергия молекул воздуха под поршнем. За счет этого давление в цилиндре также увеличится.

Пуля, летящая в горизонтальном направлении, прошла сквозь вертикально расположенную фанерную мишень и продолжила движение в горизонтальном направлении. Как при этом изменилась кинетическая, потенциальная и внутренняя энергия пули?

Для каждой величины определите соответствующий характер её изменения:

Читайте также: Цилиндр начала 20 века

Кинетическая энергия

Потенциальная энергия

Внутренняя энергия

После прохождения пули через деревянную мишень её скорость уменьшится, следовательно, уменьшится её кинетическая энергия. Потенциальная энергия тела в поле тяжести Земли определяется высотой тела над выбранным уровнем. Пуля продолжила движение в горизонтальном направлении, значит, её потенциальная энергия не изменилась. Внутренняя энергия тела прямопропорционально зависит от его температуры. В ходе неупругого столкновения пули с фанерой, часть кинетической энергии пули выделится в виде тепла, что приведет к нагреванию пули и увеличению её внутренней энергии.

§ 75. Примеры решения задач по теме «Внутренняя энергия. Работа

Для решения задач нужно уметь вычислять внутреннюю энергию и работу, пользуясь формулами (13.1) и (13.4). Надо ещё иметь в виду, что величины A, Q, ΔU могут быть как положительными, так и отрицательными.

Задача 1. Аэростат объёмом V = 500 м 3 наполнен гелием под давлением р = 10 5 Па. В результате солнечного нагрева температура газа в аэростате поднялась от t₁ = 10 °С до t₂ = 25 °С. На сколько увеличилась внутренняя энергия газа?

Р е ш е н и е. Гелий является одноатомным газом, поэтому его внутренняя энергия определяется формулой (13.1). При температуре Т₁ эта энергия равна а при температуре Т₂ равна Изменение энергии равно:

Масса гелия неизвестна, но её можно выразить с помощью уравнения Менделеева—Клапейрона через начальную температуру, давление и объём газа: Подставляя значение в уравнение для изменения энергии, получаем

Задача 2. В цилиндре под тяжёлым поршнем находится углекислый газ (М = 0,044 кг/моль) массой m = 0,20 кг. Газ нагревается на ΔТ = 88 К. Какую работу он при этом совершает?

Р е ш е н и е. Газ расширяется при некотором постоянном давлении р, которое создаётся атмосферой и поршнем. В этом случае работа газа А’ = p(V₂ — V₁), где V₁ и V₂ — начальный и конечный объёмы газа. Используя уравнение Менделеева—Клапейрона, выразим произведения pV₂ и pV₁ через Тогда

Задача 3. Чему равна работа, совершённая газом в количестве 3 моль при сжатии, если температура увеличилась на 100 К? Потери тепла не учитывайте.

Р е ш е н и е. При сжатии внешняя сила совершает положительную работу, за счёт которой происходит изменение внутренней энергии и соответственно температуры газа, т. е. А = ΔU. Изменение внутренней энергии

Работа, совершённая силой давления газа:

Задача 4. На рисунке 13.4 показана зависимость давления газа от объёма при его переходе из состояния 1 в состояние 4. Определите работу газа.

Р е ш е н и е. Работа газа численно равна площади заштрихованной фигуры. Процессы 1—2 и 3—4 изобарные, поэтому работа газа в этих процессах

В процессе 2—3 изменяются все три параметра газа. Работа газа в этом процессе

Задачи для самостоятельного решения

1. Как изменится внутренняя энергия одноатомного идеального газа, если его давление увеличится в 3 раза, а объём уменьшится в 2 раза?

2. Стержень отбойного молотка приводится в движение сжатым воздухом. Масса воздуха в цилиндре за время хода поршня меняется от 0,1 до 0,5 г. Считая давление воздуха в цилиндре и температуру (27 °С) постоянными, определите работу газа за один ход поршня (М_возд = 0,029 кг/моль).

Читайте также: Полная поверхность цилиндра равна 192

3. При изобарном расширении одноатомного газа, взятого в количестве 4 моль, его температура увеличилась на 100 °С. Определите изменение внутренней энергии и работу, совершённую силой давления газа.

C1. Объём идеального одноатомного газа, масса которого постоянна, увеличился при постоянном давлении 500 кПа на 0,03 м 3 . На сколько увеличилась внутренняя энергия газа?

C2. Идеальный одноатомный газ находится в сосуде с жёсткими стенками объёмом 0,5 м 3 . При нагревании его давление возросло на 4 кПа. На сколько увеличилась внутренняя энергия газа?

C3. Во время опыта объём воздуха в цилиндре, закрытом подвижным поршнем, и его абсолютную температуру увеличили в 2 раза. Оказалось, однако, что воздух мог просачиваться сквозь зазор вокруг поршня, и за время опыта его давление в цилиндре не изменилось. Во сколько раз изменилась внутренняя энергия воздуха в цилиндре? (Воздух считайте идеальным газом.)

C4. В сосуде с небольшой трещиной находится газ, который может просачиваться сквозь трещину. Во время опыта давление газа уменьшилось в 8 раз, а его абсолютная температура уменьшилась в 4 раза при неизменном объёме. Во сколько раз изменилась внутренняя энергия газа в сосуде? (Газ считайте идеальным.)

Внутренняя энергия воздуха в цилиндре

Учебник Физика 7 класс Кривченко И.В., размещённый в этой рубрике, включён в федеральный перечень учебников в соответствии с ФГОС. Учебник в цветном полиграфическом исполнении с твёрдым переплетом объёмом 150 страниц вышел из печати в июле 2015 г. в пятом издании. Учебник физики 7 класса рассчитан на 2 урока в неделю и содержит 6 тем курса физики, которые перечислены ниже.

Учебник Физика 8 класс Кривченко И.В., размещённый в этой рубрике, включён в федеральный перечень учебников в соответствии с ФГОС. Учебник в цветном полиграфическом исполнении с твёрдым переплетом объёмом 150 стр. вышел из печати в июле 2015 г. в четвёртом издании. Учебник физики 8 класса рассчитан на 2 урока в неделю и содержит 5 тем курса физики, которые перечислены ниже.

Читайте также: Гдз по геометрии диагональ осевого сечения цилиндра равна 48

Учебник Физика 9 класс Кривченко И.В., размещённый в этой рубрике, включён в федеральный перечень учебников в соответствии с ФГОС. Учебник в цветном полиграфическом исполнении с твёрдым переплетом объёмом 150 стр. вышел из печати в июле 2015 г. в третьем издании. Учебник физики 9 класса рассчитан на 2 урока в неделю и содержит 4 темы курса физики, которые перечислены ниже.

Физика 9 класс, тема 12. Введение в кинематику (16+2 ч)
Что такое кинематика. Относительность движения. Путь и перемещение.
Сложение и вычитание векторов. Проекции векторов на координатные оси.
Равномерное движение. Мгновенная скорость. Равноускоренное движение.
Графическое описание движений. Равномерное движение по окружности.Физика 9 класс, тема 13. Введение в динамику (13+2 ч)
Что такое динамика. Первый, второй и третий законы Ньютона.
Законы Гука и Кулона-Амонтона. Закон всемирного тяготения.
Закон сохранения импульса. Реактивное движение.
Кинетическая энергия. Потенциальная энергия.Физика 9 класс, тема 14. Введение в оптику (11+1 ч)
Источники света. Прямолинейное распространение света. Отражение света.
Зеркала. Преломление света. Линзы. Оптические приборы.
Дисперсия света и цвета тел. Фотография и полиграфия.
Корпускулярно-волновой дуализм.Физика 9 класс, тема 15. Введение в квантовую физику (7+1 ч)
Физика XX века. Явление радиоактивности. Регистрация частиц.
Строение атома. Характеристики атомного ядра. Ядерные реакции.
Природа и свойства радиоактивных излучений. Энергия связи ядра.
Энергия ядерных реакций. Ядерная энергетика. Физика XXI века.

Физика.ru • Клуб для учителей физики, учащихся 7-9 классов и их родителей

💡 Видео