Задача 2.Обруч (куля, циліндр), що має масу m і радіус R котиться без прослизання зі швидкість υ. Визначити його кінетичну енергію. Тертям катання зневажити.
Рішення.Кінетична енергія тіла в даному випадку визначається по теоремі Кьоніга:
,
де - момент інерції тіла щодо осі, що проходить через центр інерції, коефіцієнт k залежить від форми тіла. У даному випадку: k =1 – для обруча, k = - для кулі, k = – для циліндра.
.
Кутова і лінійна швидкості зв'язані співвідношенням: , отже: для обруча
, для кулі , для циліндра .
Задача 3.У судині обсягом V знаходиться суміш m1 газу з молярною масою M 1 і m2гази з молярною масою M2 при температурі T . Визначити тиск p і молярну масу суміші газів M . Універсальна газова постійна R = 8,31 Дж/(моль·К).
Рішення.Запишемо рівняння Менделєєва – Клапейрона для кожного з газів:
, ,
де - парціальний тиск першого газу, - другого. За законом Дальтона тиск суміші дорівнює сумі парціальних тисків складову суміш газів: ,
;
.
Молярна маса суміші: , де - число молів першого газу, - другого. Молярна маса суміші:
.
Задача 4.Обсяг газу, що знаходиться при тиску p1, збільшився від значення V1 до значення V2. Знайти зміна внутрішньої енергії газу, якщо розширення відбулося:
1) изобарически; 2) адиабатически.
Рішення.По першому початку термодинаміки кількість теплоти Q , передане системі, витрачається на збільшення її внутрішньої енергії ΔU і роботу A, чинену газом проти зовнішніх тіл:
,
,
.
Число ступенів волі молекули i дорівнює i =3 для одноатомних молекул, i=5 для двохатомних молекул, i=6 для більш складних молекул.
1) Ізобаричний процес.У цьому випадку тиск постійний const = . Запишемо рівняння Менделєєва – Клапейрона для початкового і кінцевого стану:
, .
Звідси випливає: ,
.
2) Адіабатичний процес.У цьому випадку теплообмін з навколишнім середовищем відсутня Робота відбувається газом за рахунок убули ег внутрішньої енергії
Робота в адіабатичному процесі:
де - показник адіабати, дорівнює відношенню молярних (або питомих) теплоємкостей газу при постійному тиску і постійному обсязі .