Giáo án môn Vật lý 10 - Khí động học

KHÍ ĐỘNG HỌC Bài 1: Có 40g khí Oxy chiếm thể tích 3 lít ở nhiệt độ T = 292,5K. a.Tính áp suất của khối khí. b. Cho khối khí dãn nở đẳng áp đến thể tích 4 lít. Hỏi nhiệt độ của khối khí sau khi dãn nở. (Đáp số : a) 1012.103 Pa=10atm b) T2 = 390K ) Bài: 2 Có 10kg khí đựng trong một bình có áp suất 107N/m2. Người ta lấy ở bình ra một lượng khí cho tới khi áp suất của khí còn lại trong bình bằng 2,5.106N/m2. Coi nhiệt độ của khối khí là không thay đổi. Tìm lượng khí đã lấy ra. (Đáp số : m = 7,5kg ) Bài: 3 Bình chứa một hỗn hợp m1 = 7g nitơ và m2 = 11g CO2 ở nhiệt độ T = 290K và áp suất po = 1atm. Tìm khối lượng riêng của hỗn hợp, giả sử khí là khí lý tưởng. (Đáp số : = 1,5kg/m3 ) Bài 4: Giả sử áp suất của không khí trong bình được tạo chân không là một hàm của thời gian t trong lúc tạo chân không. Thể tích của bình là V, áp suất ban đầu là po. Quá trình được xem là đẳng nhiệt và tốc độ tạo chân không bằng C (tức là thể tích khí hút được trong một đơn vị thời gian) và độc lập với áp suất. Thiết lập biểu thức của áp suất theo thời gian. Bài 5: Một bình kín chứa 14g nitơ ở áp suất 1atm và nhiệt độ 27oC. Sau khi hơ nóng a) Thể tích của bình. b) Độ tăng nội năng của khí. ( Đáp số : a) V = 11,5 lb) U = 12673 J =3028 calo.) Bài VIII.6 Hãy xác định quãng đường tự do trung bình và khoảng thời gian trung bình giữa hai lần va chạm của các phân tử không khí ở điều kiện chuẩn (t = 27oC và p = 1atm). Cho bán kính của phân tử r = 2.10-10m và vận tốc quân phương của nó là 484 m/s. ( Đáp số : = 5,8.10-8m và = 1,2.10-10s ) Bài VIII.7 160g khí ôxy được nung nóng từ nhiệt độ 0oC đến 60oC. Tìm nhiệt lượng mà khối khí nhận được và độ biến thiên của nội năng của khối khí trong hai quá trình nhiệt động : a) Đẳng tích. b) Đẳng áp. ( Đáp số :a) = U = 6,24 kJ = 1491 calo b) Qp = 8,763 kJ = 2088 calo ∆ U = 6,24 kJ = 1491 calo ) Bài VIII.8 Nén đoạn nhiệt một khối khí có khối lượng M = 2 kg cho tới khi thể tích của nó bằng thể tích ban đầu thì nhiệt độ của khối khí đã tăng lên từ 300K lên đến 753,5K. Cho biết công tiêu thụ khi nén khí là 673kJ. Hỏi chất khí đó là khí gì ? ( Đáp số :Nitơ.) Bài VIII.9 Nén đoạn nhiệt một khối khí CO2 có M = 3kg ở nhiệt độ T1 = 300oK cho tới khi thể tích của nó bằng thể tích ban đầu. Hãy xác định công tiêu tốn cho quá trình nén đó. Giả thiết CO2 là khí lý tưởng. (Đáp số : 588,63 kJ) Bài VIII.10 Nén đẳng nhiệt 3 lít không khí ở áp suất 1atm. Nhiệt lượng tỏa ra là 676 J. Tìm thể tích cuối cùng của khối khí. ( Đáp số :V2 = 0,3l ) Bài VIII.11 Một chất khí lưỡng nguyên tử có thể tích V1 = 0,5 l và áp suất p1 = 0,5atm. Nó bị nén đoạn nhiệt tới thể tích V2 và áp suất p2. Sau đó người ta giữ nguyên thể tích V2 và làm lạnh nó đến nhiệt độ ban đầu. Khi đó áp suất của khí là po =1atm. a) Vẽ đồ thị của quá trình. b) Tính V2 và p2. ( Đáp số :b)V2 = 0,25 l;p2 = 1,32 atm. ) Bài VIII.12 Một động cơ hoạt động theo chu trình Carnot giữa hai nguồn nhiệt có nhiệt độ là t1 = 400oC và t2 = 20oC. Thời gian để thực hiện một chu trình là 1 giây. Tính công suất của động cơ nếu biết tác nhân là 2kg không khí. Áp suất ở đầu quá trình dãn nở đẳng nhiệt bằng áp suất ở đầu quá trình nén đoạn nhiệt. Cho của không khí là 29kg/kmol. ( Đáp số : W = A = 633,847 kw. ) Bài VIII.13 Nén đẳng nhiệt 3 lít không khí ở áp suất ban đầu 1atm. Nhiệt lượng tỏa ra là 676J. Tìm thể tích cuối cùng của khối khí. ( Đáp số :V2 = 0,3lít. ) Bài VIII.14 Một chất khí chứa trong một xy lanh mà một đầu được đóng kín bằng một pít tông có tiết diện S = 10cm2. Giả sử ban đầu chất khí ở áp suất po = 1atm và khoảng cách từ pít tông đến xy lanh là ho = 15cm. Cho chất khí dãn nở đẳng nhiệt và khi đó pít tông dịch chuyển lên phía trên một đoạn là h1= 10cm. Hãy tính lượng nhiệt mà ta phải cung cấp cho khối khí. ( Đáp số :Q = 7,74J = 7,74 0,239 = 1,85 calo ) Bài VIII.15 Một động cơ nhiệt mà tác nhân là một chất khí lưỡng nguyên tử thực hiện một chu trình Carnot như ở hình bên. Cho biết V1 = 2 lít, p1= 7atm, T1 = 400K, V2 = 5 lít, V3 = 8 lít. a) Hãy xác định p2, p3, p4, V4, và T2. b) Nhiệt lượng mà khối khí nhận vào hoặc nhả ra trong từng quá trình đẳng nhiệt. c) Tổng công mà khối khí thực hiện trong cả chu trình. (ĐS: b) 1295,635 J và -1073,526 J c) 222,109 J) Bài VIII.16 Một lượng khí SO2 chiếm một thể tích 5.10-3 m3 ở áp suất 1,10.105Pa. Chất khí dãn nở đoạn nhiệt đến thể tích 1.10-2 m3. Giả sử có thể xem khí là khí lý tưởng. Cho biết = 1,29. a) Tìm áp suất của khí sau khi dãn nở. b) Tỉ số nhiệt độ cuối so với nhiệt độ ban đầu là bao nhiêu ? ( Đáp số :a) 4,5.104Pa b) 0,818. ) Bài VIII.17 Một động cơ đốt trong nhận một lượng nhiệt 16100 J và sản ra một công là 3700 J trong một chu trình. Nhiệt lượng mà động cơ nhận được bằng cách đốt cháy nhiên liệu. Cứ 1g nhiên liệu khi đốt cháy cho một nhiệt lượng là 4,60.104 J. a) Hỏi hiệu suất của động cơ là bao nhiêu ? b) Hỏi nhiệt lượng mà động cơ thải ra trong mỗi chu trình. c) Lượng nhiên liệu bị đốt cháy trong mỗi chu trình. d) Nếu động cơ thực hiện 60 chu trình sau mỗi giây. Hỏi công suất của động cơ ? ( Đáp số : a) 23%; ; b) 12400 J ; c) 0,35g ; d) 222kw. ) Bài VIII.18 Đối với một chu trình Oâtt với = 1,4 và r = 9,50, nhiệt độ của hỗn hợp không khí và nhiên liệu khi đi vào xy lanh là 22oC. a) Hỏi nhiệt độ tại thời điểm cuối của quá trình nén. b) Áp suất ban đầu của hỗn hợp không khí và nhiên liệu là 8,5.104Pa hơi nhỏ hơn áp suất khí quyển. Hỏi áp suất cuối của quá trình nén. ( Đáp số :a) 453,2oCb) 1,99.106Pa ) Bài VIII.19 Tỷ số nén trong một động cơ diesel là 15/1, điều đó có nhghĩa là không khí ở trong xy lanh được nén cho tới khi thể tích của nó bằng 1/15 thể tích ban đầu. Nếu áp suất ban đầu là 1,01.105Pa và nhiệt độ ban đầu là 27oC (300oK), hãy xác định áp suất và nhiệt độ sau khi nén. Không khí là hỗn hợp của hai chất khí là ôxy và nitơ và được xem như là khí lý tưởng có = 1,4. ( Đáp số :T2 = 613oC (886K); p2 = 44,8.105Pa 44atm. ) Bài VIII.20 Một động cơ nhiệt hoạt động theo một chu trình Stilin gồm hai quá trình đẳng nhiệt và hai quá trình đẳng tích như ở hình bên. Cho biết hệ số dãn nở a = , nhiệt độ ban đầu T1 và nhiệt độ cuối T2, nhiệt dung phân tử đẳng tích của tác nhân. Hãy tính hiệu suất của động cơ và so sánh với hiệu suất của động cơ hoạt động theo chu trình Carnot. Bài VIII.21 Một kg nước ở 0oC được đun nóng lên 100oC. Hãy tính sự thay đổi của entropy trong quá trình trên. Cho biết nhiệt dung đẳng tích của nước Cv = 4190J/kg. ( Đáp số : S = 1,31.103 J/K ) Bài VIII.22 Hai mol khí lý tưởng chiếm một thể tích là V. Chất khí dãn nở đẳng nhiệt và thuận nghịch đến thể tích 3V. a) Sử dụng công thức Boltzmann (VIII.38) để tính sự thay đổi của entropy của khí. b) Sử dụng công thức (VIII.35) để tính sự thay đổi của entropy. So sánh hai kết quả tính theo hai cách khác nhau ở trên. ( Đáp số :a) 18,3 J/K;b) 18,3 J/K.)