Keresés


Toplista

Toplista
  • betöltés...

Magántanár kereső

Ha szívesen korrepetálnál, hozd létre magántanár profilodat itt.
Ha diák vagy és korrepetálásra van szükséged, akkor regisztrálj be és írd meg itt, hogy milyen tantárgyban!

Fizika- hőtan

1260
Moór Ágnes feladatgyűjtemény- 856.
Nagyon kellen a segítség, előre is köszönöm :)

Egy függőleges hengerben 50 dm^3, 0˙C hőmérsékletű He gázt 4dm^2 keresztmetszetű, 50 kg tömegű dugattyú zár le. A külső levegő nyomása 10^5 Pa. A dugattyú és a henger alját egy 2000 N/m rugóállandójú rugó köti össze; a rugó megnyúlása ebben az állapotban zérus. A He fajlagos hőkapacitása állandó térfogaton 3160 J/kgK, sűrűsége normál állapotban 0,1786 kg/m^3.

a)Mennyivel kell a gáz hőmérsékletét növelni ahhoz, hogy a dugattyú 40 cm-t emelkedjék?
b) Mennyivel növekedett a gáz belső energiája?
Jelenleg 1 felhasználó nézi ezt a kérdést.
0
Középiskola / Fizika

Válaszok

1
V=50 dm3=0,05 m3
T1=0 °C=273 K
A=4 dm2=0,04 m2
m=50 kg
p0=105 Pa
D=2000 N/m
c=3160 J/kgK
ρ=0,1786 kg/m³
Δx=40 cm=0,4 m

Kezdetben, mivel a rugó nyújtatlan, csak a gáz p₁ nyomása tart egyensúlyt a p₀ külső nyomással és az m tömegű dugattyúval. Az erre vonatkozó mozgásegyenlet tehát:
p₀A+mg=p₁A (a p₀ illetve p₁ nyomás p₀A illetve p₁A erőt fejt ki az A felületű dugattyúra)
Ebből az egyenletből kiszámolhatjuk p₁-et:
p₁=(p₀A+mg)/A=112500 Pa

Ha a dugattyú Δx-szel emelkedik, akkor a rugó is ennyivel nyúlik meg, így az D·Δx erőt fejt ki a dugattyúra, így a gáz (most már) p₂ nyomásának most már ezt is kompenzálnia kell. A mozgásegyenlet tehát:
p₀A+mg+D·Δx=p₂A
Ebből p₂=(p₀A+mg+D·Δx)/A=132500 Pa
A dugattyú emelkedésének hatására a gáz térfogata is megváltozott:
V₂=V₁+A·Δx=0,066 m³
Az egyesített gáztörvény:
p₁V₁/T₁=p₂V₂/T₂
Ebből kiszámolható T₂:
T₂=(p₂V₂/p₁V₁)·T₁=424,42 K
A hőmérsékletkülönbség tehát:
ΔT=T₂-T₁=151,42 K

A belső energia megváltozását a ΔE=cmΔT képlet segítségével számolhatjuk ki. Itt most m a gáz tömegét jelenti: m=ρV, ahol V a gáz térfogata normál állapotban (hiszen ρ is a normál állapotra van megadva). Normál állapotban p=101325 Pa, T=273 K. Ismét az egyesített gáztörvényt alkalmazzuk:
p₁V₁/T₁=pV/T
Ebből V=(p₁T/pT₁)·V₁=0,056 m³
A gáz tömege tehát: m=ρV=0,01 kg
Így a belső energia megváltozása: ΔE=cmΔT=4,77 kJ
1