Электротехника Законы Ома и Кирхгофа Постоянный электрический ток Молекулярная физика Колебания Термодинамика

Почему от горящих сухих поленьев время от времени с треском отлетают искры?

  Решение

 1. Древесина, как известно, структура рыхлая, например, бальза имеет минимальную плотность из всех пород дерева r = 110 ­ 140 кг/м3, берёза ­ r = 500 ­ 800 кг/м3, дуб ­ r = 600 ­ 800 кг/м3, что говорит о содержании в структуре дерева пор. В большинстве своём, поры представляют собой закрытые объёмы, заполненные воздухом.

 2. При горении древесины повышается температура газа в порах, объём газа, при этом увеличивается. Процесс на начальной стадии прогрева можно описать уравнением Клапейрона ­ Менделеева

 . (1)

 3. Предположим, что температура при горении древесины изменяется с 17 0С до 400 0С, т.е., примерно в 24 раза, причём наиболее быстро температура растет, когда область горения расположена в непосредственной близости от замкнутого объёма газа. Взрывообразное увеличение объёма газа приводит к мгновенному взрывообразному разрушению горящей поверхности, частицы которой в виде догорающих частиц разлетаются в сторону горящей поверхности.

 4. Сырая древесина горит менее интенсивно. Пары воды, содержащиеся в полостях, замедляют нагревание, ограничивающая поверхность, деформируясь, растрескивается. Через образовавшиеся щели нагретый газ исходит наружу, не вызывая видимых эффектов.

  1.2.34. Сколько электронов заключается в объёме V = 1 м3азота при нормальном атмосферном давлении p0 = 0,1 МПа при температуре t = 27 0С?

 Решение

 1. Определим количество молей азота N2 в заданном объёме, воспользовавшись уравнением состояния

   . (1)

 2. Количество атомов азота определится с помощью постоянной Авогадро с учётом того, что молекула азота состоит из двух атомов

 . (2)

 3. Количество электронов в атоме равно порядковому номеру элемента в периодической таблице Д.И. Менделеева. Атом азота имеет z = 7 электронов, поэтому уравнение (2) примет вид

 . (3)

 1.2.35. На поверхность воды выливают каплю масла массой 0,08 мг, которая, растекаясь, образует масляную плёнку в виде круга площадью s = 200 см2. Полагая, что толщина плёнки примерно равна диаметру молекулы масла, определить его величину. Плотность масла равна r = 9,2 102 кг/м3.

 Решение

 1. Определим объём масла разлитого на поверхности воды , где d0 ­ диаметр молекулы масла.

 2. Выразим массу масла через его плотность и объём

 . (1)

 1.2.36. Электрическая лампа накаливания наполнена азотом (N2) при давлении p = 79,8 кПа. Объём колбы лампы равен V = 500 см3 . Какое количество воды войдёт в лампу, если у неё отломить кончик на глубине 1 м от поверхности воды? Атмосферное давление принять равным p0 = 100 кПа.

 Решение

  1.Поскольку процесс протекает при постоянной температуре, то его можно описать уравнением изотермического процесса pV = p1V1, где р1, V1 ­ давление и объём газа после заполнения лампы водой.

 2. Давление в погруженном состоянии определится в виде суммы атмосферного давления и давления столба жидкости

 . (1)

 3. Подставим значение давления из уравнения (1) в соотношение изотермического процесса и решим его относительно объёма V1

 . (2)

  4. Определим далее объём вошедшей в лампу воды

 . (3)

  1.2.37. Приведен график изменения состояния идеального газа в координатах P – V. Представить этот процесс в координатах V-T

 Решение

  1. Переход 1 ­ 2 происходит при постоянном давлении, переход 2 ­ 3 ­ при постоянном давлении, процесс 3 ­ 4 ­ при постоянной температуре, переход 1 ­ 4 происходит по изотермической схеме.

 2. Изобара (переход 1 ­ 2) в координатах V ­ T будет проходить через начало координат под углом 450 к одной из осей. Изохоры (переходы 2 ­3 и 4 ­ 1 будут в данных осях параллельны горизонтальной оси, а изотерма (переход 3 ­ 4) будет перпендикулярен оси температур.

 1.2.38. Где наиболее вероятны утренние заморозки ­ на возвышенностях или в низинах?

 Решение

  1. Для атмосферного воздуха справедливо уравнение состояния идеального газа

  , (1)

откуда плотность газа определяется как

 , (2)

откуда следует, что с уменьшением температуры плотность газа растёт.

 2. Изменение плотности газа с температурой будет приводить к тому, что вблизи земной поверхности за счёт конвекции будет скапливаться наиболее холодный воздух, что, собственно и приведёт к увеличению заморозков в низких местах.

  1.2.39. На блюдце с горячей водой опрокинули вверх дном стакан. Будет ли меняться уровень воды в стакане по мере остывания воды?

 1. Между жидкостью и внутренней поверхностью стакана заключён некоторый объём воздуха, поэтому для него справедливо уравнение (1) предыдущей задачи. В правой части уравнения величины m, m, R являются постоянными, а температура по мере остывания воды в стакане будет уменьшаться.

 2. Уменьшение температуры по мере остывания воды приведёт к уменьшению давления в стакане. Разность внутреннего и внешнего давлений при наличии зазоров между дном блюдца и кромкой стакана приведёт к прониканию воды внутрь, уровень воды в стакане будет повышаться до момента выравнивания давлений.

  1.2 40. Почему нагретая медицинская банка «присасывается к телу человека?

  Решение

 1. Перед тем как ставить медицинскую банку в неё на несколько секунд помещают горящий ватный тампон, смоченный спиртом, что приводит к нагреванию воздуха внутри банки. При опрокидывании банки к телу, находящийся в ней воздух начинает охлаждаться, сокращая свой объём.

 2. Оценим изменение объёма воздуха при изменении температуры. Будем считать, что медицинская банка представляет собой сферу диаметром d = 5 см. Таким образом, объём воздуха, заключённого в банке равен

 . (1)

 3. Найдём количество вещества, заключённого в медицинской банке

 . (2)

 3. Определим изменение объёма, считая что начальная температура воздуха в банке составляет 400 0С, а конечная ­ 40 0С, т.е. DТ @ 360 К

 . (3)

Таким образом, объём уменьшается на 1,3 см3, что и повлечёт за собой вспучивание некоторой части тела человека внутрь банки, т.е. явление «присасывания».


Физика примеры решения задач