III. ГАЗОВЫЕ ЗАКОНЫ
(расчетная задача)
1) Баллон объемом 20 литров заполнен азотом при температуре 400К. Когда часть газа израсходовали, давление в баллоне понизилось на 200кПа. Определить массу израсходованного азота. Процесс считать изотермическим.
2) В баллоне объемом 15 литров находится аргон под давлением 600кПа и температуре 300К. Когда из баллона было взято некоторое количество газа, давление в баллоне понизилось до 400кПа, а температура установилась 260К. Определить массу аргона, взятого из баллона.
3) Два сосуда одинакового объема содержат кислород. В одном сосуде давление 2МПа и температура 800К, в другом давление 2,5МПа и температура 200К. Сосуды соединили трубкой и охладили находящийся в них кислород до температуры 200К. Определить установившееся в сосудах давление.
4) Вычислить плотность азота, находящегося в баллоне под давлением 2МПа и имеющего температуру 400К.
5) В сосуде объемом 40 литров находится кислород при температуре 300К. Когда часть газа израсходовали, давление в баллоне понизилось на 100кПа. Определить массу израсходованного кислорода. Процесс считать изотермическим.
6) Один баллон объемом 10л содержит кислород под давлением 1,5МПа, а другой баллон объемом 22л содержит азот под давлением 0,6МПа. Когда баллоны соединили, оба газа смешались, образовав однородную смесь. Найти парциальные давления обоих газов в смеси и полное давление смеси.
7) Смесь водорода и азота общей массой 290г при температуре 600К и давлении 2,46МПа занимает объем 30л. Определить массу водорода и массу азота.
8) В баллоне объемом 22,4л находится водород при нормальных условиях. После того как в баллон было дополнительно введено некоторое количество гелия, давление в баллоне возросло до 0,25МПа, а температура не изменилась. Определить массу гелия, введенного в баллон.
9) Смесь состоит из водорода с массовой долей 1/9 и кислорода с массовой долей 8/9. Найти плотность такой смеси газов при температуре 300К и давлении 0,2МПа.
10) Смесь кислорода и азота находится в сосуде под давлением 1,2МПа. Определить парциальные давления газов, если массовая доля кислорода в смеси равна 20%.
11) Смесь азота с массовой долей 87,5% и водорода с массовой долей 12,5% находится в сосуде объемом 20л при температуре 560К. Определить давление смеси, если масса смеси равна 8г.
12) В запаянной с одного конца стеклянной трубке, длина которой 70см, находится столбик воздуха, запертый сверху столбиком ртути высотой 20см, доходящим до верхнего края трубки. Трубку осторожно переворачивают, причем часть ртути выливается. Какова при нормальных условиях высота столбика ртути, который останется в трубке?
13) Манометр на баллоне со сжатым газом при температуре 291К показывает давление 8,4МПа. Какое давление он будет показывать, если температура понизится до 250К? Изменением емкости баллона вследствие охлаждения пренебречь.
14) Газ при давлении 99кПа и при температуре 293К имеет объем 164см3. Каков объем той же массы газа при нормальных условиях?
15) Компрессор захватывает при каждом качании 4л воздуха при нормальном атмосферном давлении и температуре 270К и нагнетает его в резервуар емкостью 1,5м3, причем температура воздуха в резервуаре держится около 318К. Сколько качаний должен сделать компрессор, чтобы давление в резервуаре увеличилось на 200кПа?
16) Баллон емкостью 20л наполнен сжатым воздухом. При температуре 293К манометр показывает давление 12МПа. Какой объем воды можно вытеснить из цистерны подводной лодки воздухом этого баллона, если вытеснение производится на глубине 30м и температура равна 278К? Принять, что давление столба воды высотой 10м равно 100кПа, давление атмосферы- 100кПа.
17) Определить удельный объем азота при температуре 300К и давлении 49кПа.
18) Из баллона со сжатым водородом емкостью 10л вследствие неисправности вентиля утекает газ. При температуре 280К манометр показывал 490кПа. Через некоторое время при температуре 290К манометр показал такое же давление. Сколько утекло газа?
19) По газопроводной трубе идет углекислый газ при давлении 390кПа и температуре 280К. Какова скорость движения газа в трубе, если за 10мин. протекает 2кг углекислого газа и если площадь сечения канала трубы 5см2?
20) Предположим, что температура воздуха в атмосфере зависит от высоты таким образом, что плотность воздуха по всей толще атмосферы одинакова. На каком расстоянии по вертикали разность температур равна 1К?
21) В вертикальном закрытом сверху и снизу цилиндре находится движущийся с ничтожным трением поршень. Над и под поршнем находятся одинаковые массы одного и того же газа при температуре 300К. Вес поршня уравновешивается разностью сил давлений газа, если объем нижней части цилиндра в 3 раза меньше объема верхней части. Каково будет соотношение объемов, если температура повысится до 400К?
22) Три баллона емкостью 3, 7 и 5 л наполнены соответственно кислородом (200кПа), азотом (300кПа) и углекислым газом (60кПа) при одной и той же температуре. Баллоны соединяют между собой, причем образуется смесь той же температуры. Каково давление смеси?
23) Определить молярную массу газа, свойства которого соответствуют свойствам смеси 160г кислорода и 120г азота.
24) Определить плотность смеси 4г водорода и 32г кислорода при температуре 280К и давлении 89кПа.
25) Топочный газ имеет следующий состав: СО2- 21,4%, Н2О- 6,8%, N2- 71,8%. Определить удельный объем такого газа при давлении 100кПа и температуре 500К.
26) Предположим, что внутри вертикальной трубы высотой 100м находится воздух при температуре 500К. Снаружи труба окружена воздухом при температуре 250К. Труба сверху открыта, а внизу отделена от наружного воздуха заслонкой площадью 300см2. Какая сила действует на заслонку, если давление воздуха у верхнего конца трубы равно 95кПа?