Zestaw 9 - Wydział Chemii UJ

Zadania z fizyki dla I roku chemii – zestaw 9
1. W brytyjskim układzie miar jednostką ciepła była tzw. Btu (British thermal unit),
zdefiniowana jako ilość ciepła niezbędna do podniesienia temperatury 1 funta (0.45359237
kg) wody o jeden stopień Fahrenheita (od temperatury 63˚F do 64˚F). Proszę oszacować, ilu
dżulom odpowiada 1 Btu. Przyjąć ciepło właściwe wody 4184,5 J/(kg K).
2. Obliczyć temperaturę końcową mieszaniny trzech cieczy o masach i ciepłach właściwych
wynoszących: m1=10g (c1=4000 J/kg·K), m2=20g (c2=1500 J/kg·K), m3=30g (c3=500 J/kg·K)
oraz temperaturach początkowych odpowiednio t1=10˚C, t2=20˚C, t3=30˚C. Oddziaływanie
układu z otoczeniem należy zaniedbać.
3. Jak długo należałoby pocierać o siebie dwa kawałki lodu o masach m=100 g każdy,
znajdujące się w temperaturze otoczenia równej 0˚C, aby uzyskać ich stopienie bez zmiany
temperatury? Zakładamy, że kawałki lodu dociskane są siłą F=10 N, średnia względna
prędkość ich ruchu wynosi v=10 cm/s, a współczynnik tarcia =0,01. Ciepło topnienia lodu
wynosi l=3,3·105 J/kg.
4. W cylindrze o średnicy d=20 cm i wysokości h=42 cm przykrytym ruchomym tłokiem
znajduje się pewna liczba moli gazu doskonałego pod ciśnieniem p1=12·105 Pa w
temperaturze 300˚C. Znaleźć pracę wykonywaną przez gaz przy obniżaniu jego temperatury
do 10˚C pod stałym ciśnieniem.
5. Mol gazu doskonałego przechodzi ze stanu A o parametrach p1, V1 do stanu E opisanego
parametrami p2, V2 na dwóch drogach – ABE lub ACE (rysunek). Proszę obliczyć dla każdej
z tych dróg wartość przekazywanego ciepła, pracę wykonaną przez gaz oraz zmianę energii
wewnętrznej gazu. Wartość ciepła właściwego przy stałej objętości wynosi CV.
6. W pewnym doświadczeniu zmieszano w starannie izolowanym naczyniu 200 g aluminium
(ciepło właściwe 900 J/kg·K) o temperaturze 100˚C z 50 g wody (ciepło właściwe 4190
J/kg·K) o temperaturze 20˚C. a) Ile wynosi temperatura mieszaniny w stanie równowagi? Ile
wynosi zmiana entropii b) aluminium, c) wody, d) układu woda-aluminium?