Fizica II
FIZICA II Seria 4
Probleme selectate de căldură și prima lege a termodinamicii
1.- Cât de mult carbon este necesar pentru a încălzi apa într-un rezervor de 40 galoane de la 40 ° F la 180 ° F. Dacă căldura de ardere a cărbunelui utilizat este de 6.000 kcal/kg? (Un galon de apă cântărește 8,34 lb.) Răspuns: 1,97 kg de cărbune.
2.- Dacă 0,04 kg de metal la 100 ° C este plasat în 0,15 kg de apă la 18 ° C, iar temperatura finală a amestecului este de 20 ° C, care este căldura specifică a metalului? Răspuns: 0,094 kcal/kg $ ° C
3.- Dacă 0,08 kg de aluminiu (cu căldură specifică 0,212) la 100 ° C este plasat în 0,1 kg de apă la 15 ° C, care este temperatura finală a amestecului? Răspuns: 27,3 ° C
4.- Sunt date două recipiente, unul la 80 ° F și celălalt la 205 ° F. Câtă apă trebuie luată din fiecare pentru a avea 200 lb de apă la 150 ° F? Răspuns: 88 lbs. De apă la 80 ° F și 112 lbs. La 205 ° F.
5.- owCâte kilocalorii se eliberează la schimbarea a 7,5 kg. de la abur la 100 ° C până la apă la 40 ° C? Răspuns: 4.500 kcal.
6.- Dacă 2 kg de metal cu căldură specifică 0,092 la o temperatură de 190 ° C sunt plasate în 0,4 kg de gheață la 0 ° C, care este temperatura finală a amestecului? Răspuns: 5,1 ° C.
7.- Dacă 0,1 kg de abur la 130 ° C condensează în 2,5 kg de apă la 30 ° C conținut într-un calorimetru din aluminiu care cântărește 0,5 kg, care este temperatura finală a amestecului? (Căldura specifică a aluminiului: 0,21 cal/g $ ° C; căldura specifică a vaporilor: 0,5 cal/g $ ° C)
Răspuns: 51,1 ° C.
8.- owCât timp poate funcționa un motor de 2.000 CV (147x10 4 J/s), activând energia eliberată de 1 km 3 de apă de mare când temperatura apei scade 1 ° C, dacă toată această căldură ar fi transformată în energie mecanică ? De ce nu se folosește acest imens rezervor de energie? Răspuns: 28.476 $ 10 5 sec = 90 de ani
9.- O casă arde 10 tone de cărbune într-o instalație de încălzire, cu pierderi totale de 15%. a) Câte kilocalorii au fost folosite pentru a încălzi casa? b) În unele localități, rezervoare mari de apă sunt încălzite în timpul verii de radiația solară, iar energia stocată este utilizată ca încălzire în timpul iernii. Calculați dimensiunile rezervorului de stocare, presupunerea cubică, pentru a stoca o cantitate de energie egală cu cea calculată în partea a). Să presupunem că apa este încălzită la 50 ° C vara și răcită la 25 ° C iarna. Răspuns: a) 5,525 $ 10 4 kcal; b) partea rezervorului: l3 m.
10.- O probă de 50 g dintr-o substanță la o temperatură de 100 ° C este aruncată într-un calorimetru conținând 200 g de apă la o temperatură inițială de 20 ° C. Calorimetrul este realizat din cupru și masa sa este de 100 g. Temperatura finală a calorimetrului este de 22 ° C. Calculați căldura specifică a eșantionului. Răspuns: 0,107 cal/g ° C
11.- Un pahar deschis conține 500 g de gheață la -20 ° C. Se livrează navei la o rată constantă de 1.000 cal/min timp de 100 min. Construiți o curbă luând timpul scurs pe abscisă și temperatura pe ordonată. Nu țineți cont de capacitatea de căldură a recipientului
12.- Un tub se alătură unui recipient în care apa fierbe la presiune atmosferică cu un calorimetru. Masa calorimetrului este de 150 g, echivalentul său în apă 15 g și conține inițial 340 g de apă la 15 ° C. Vaporii se condensează în calorimetru până când temperatura acestuia crește la 71 ° C, după care masa calorimetrului iar conținutul său este de 525 g. Calculați cu aceste date căldura de vaporizare a apei.
Răspuns: 539 cal/g.
13.- Într-un sistem de încălzire a apei calde menajere apa ajunge la radiatoare la o temperatură de 60 ° C și iese la 38 ° C. Se dorește înlocuirea sistemului de încălzire cu un sistem de abur în care aburul la presiune atmosferică se condensează pe radiatoare, lăsându-le la 82 ° C. їCâte kilograme de abur vor furniza aceeași căldură care furnizează 1 kg de apă fierbinte în prima instalație?
Răspuns: 0,0396 kg. aburi.
14 .- Câți Btu se pierd într-o oră printr-o fereastră de sticlă de 114 inci. gros și 24 in. x 48 in. de suprafață, dacă temperatura exterioară este de 30 ° F și temperatura interioară este de 72 ° F? Răspuns: 9880 Btu
15.- O bucată de bronz de 0,01 m grosime este expusă la o temperatură de 40 ° C pe o parte și 30 ° C pe cealaltă. Dacă transmite 3,75 kcal în 5 minute printr-o zonă de 5 cm, care este conductivitatea termică a bronzului? Răspuns: 0,25 kcal/m $ s $ ° C
16. Un frigider electric este bine izolat, cu excepția ușii, care are 5 cm grosime, 2 metri lățime și 4,5 metri înălțime. Pentru a menține temperatura medie în frigider la 38 ° F când temperatura camerei este de 85 ° F, motorul funcționează 10 minute și se oprește 15 min. Câți Btu pe oră scoateți din interiorul frigiderului în timp ce motorul funcționează? Coeficientul mediu de conductivitate termică a ușii este de 0,2 Btu $ in/hr $ 2 $ ° F. Răspuns: 53 Btu/h
17.- (a) ї Care este pierderea de căldură în W/m 2 printr-o fereastră de sticlă cu grosimea de 3,0 mm. dacă temperatura exterioară este –5 ° C și temperatura interioară este + 22 ° F.? (b) Dacă este instalat un ecran care are aceeași grosime a sticlei, dar este plasat cu un spațiu de aer de 7,5 cm între cele două ferestre, care va fi pierderea de căldură corespunzătoare?