设有一以理想气体为工作物质的热机循环
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65. 如图所示,几种载流导线在平面内分布,电流均为I ,求:它们在O 点的磁感应强度。
1 RIB 80μ=方向 垂直纸面向外2 R I R I B πμμ2200-= 方向 垂直纸面向里 3 RI R I B 4200μπμ+= 方向 垂直纸面向外 66. 一半径为R 的均匀带电无限长直圆筒,电荷面密度为σ,该筒以角速度ω绕其轴线匀速旋转。
试求圆筒内部的磁感应强度。
解:如图所示,圆筒旋转时相当于圆筒上具有同向的面电流密度i , σωσωR R i =ππ=)2/(2作矩形有向闭合环路如图中所示.从电流分布的对称性分析可知,在ab 上各点B的大小和方向均相同,而且B 的方向平行于ab ,在bc 和fa 上各点B的方向与线元垂直,在de , cd fe ,上各点0=B.应用安培环路定理∑⎰⋅=I l B 0d μ 可得 ab i ab B 0μ= σωμμR i B 00==圆筒内部为均匀磁场,磁感强度的大小为σωμR B 0=,方向平行于轴线朝右.i ω σc deab f67.在半径为R 的长直金属圆柱体内部挖去一个半径为r 的长直圆柱体,两柱体轴线平行,其间距为a (如图)。
今在此导体内通以电流I ,电流在截面上均匀分布,求:空心部分轴线上O ' 点的磁感应强度的大小。
解:)(22r R IJ -=π10121r k J B ⨯=μ 20221r k J B ⨯-=μj Ja O O k J r r k J B B B 021********21)(21μμμ=⨯=-⨯=+=j r R IaB )(2220-=πμ68.一无限长圆柱形铜导体,半径为R ,通以均匀分布的I 今取一矩形平面S (长为L ,宽为2R ),位置如图,求:通过该矩形平面的磁通量。
解:在圆柱体内部与导体中心轴线相距为r 处的磁感强度的大小,由安培环路定律可得:)(220R r r R IB ≤π=μ因而,穿过导体内画斜线部分平面的磁通Φ1为⎰⎰⋅==S B S B d d 1 Φr rL R I Rd 2020⎰π=μπ=40LIμ在圆形导体外,与导体中心轴线相距r 处的磁感强度大小为 )(20R r rIB >π=μ因而,穿过导体外画斜线部分平面的磁通Φ2为⎰⋅=S B d 2Φr r IL R Rd 220⎰π=μ2ln 20π=ILμ穿过整个矩形平面的磁通量 21ΦΦΦ+=π=40LIμ2ln 20π+ILμ69.如图所示,载有电流I 1和I 2的无限长直导线相互平行,相距3r ,今有载有电流I 3的导线MN = r 水平放置,其两端M 、N 分别与I 1、I 2距离均为r ,三导线共面,求:导线MN 所受的磁场力的大小与方向。
第五章 热力学基础5-1 在水面下50.0 m 深的湖底处(温度为4.0℃),有一个体积为1.0×10-5 m 3的空气泡升到湖面上来,若湖面的温度为17.0℃,求气泡到达湖面的体积。
(大气压P 0 = 1.013×105 Pa ) 分析:将气泡看成是一定量的理想气体,它位于湖底和上升至湖面代表两个不同的平衡状态。
利用理想气体物态方程即可求解本题。
位于湖底时,气泡内的压强可用公式gh p p ρ+=0求出,其中ρ为水的密度(常取ρ = 1.0⨯103 kg·m -3)。
解:设气泡在湖底和湖面的状态参量分别为(p 1,V 1,T 1)和(p 2,V 2,T 2)。
由分析知湖底处压强为ghp gh p p ρρ+=+=021。
利用理想气体的物态方程可得空气泡到达湖面的体积为()3510120121212m 1011.6-⨯=+==T p V T gh p T p V T p V ρ5-2 氧气瓶的容积为3.2×10-2 m 3,其中氧气的压强为1.30×107 Pa ,氧气厂规定压强降到1.00×106 Pa 时,就应重新充气,以免经常洗瓶。
某小型吹玻璃车间,平均每天用去0.40 m 3 压强为1.01×105 Pa 的氧气,问一瓶氧气能用多少天?(设使用过程中温度不变) 分析:由于使用条件的限制,瓶中氧气不可能完全被使用。
从氧气质量的角度来分析。
利用理想气体物态方程pV = mRT /M 可以分别计算出每天使用氧气的质量m 3和可供使用的氧气总质量(即原瓶中氧气的总质量m 1和需充气时瓶中剩余氧气的质量m 2之差),从而可求得使用天数321/)(m m m n -=。
解:根据分析有RT V Mp m RT V Mp m RT V Mp m 333122111===;;则一瓶氧气可用天数()()5.933121321=-=-=V p V p p m m m n5-3 一抽气机转速ω=400r ּmin -1,抽气机每分钟能抽出气体20升。
以实际气体为工作物质的卡诺循环卡诺循环是一种热力学循环,用于描述理想的热机工作原理。
该循环是由19世纪法国物理学家尼古拉·卡诺提出的,通过理论上的推导说明了热机的最大效率与热机内部参数之间的关系。
卡诺循环的一个关键要素是工作物质,它需要是可逆的理想气体。
本文将介绍使用实际气体作为工作物质的卡诺循环。
实际气体的特性:实际气体通常具有非理想气体的特性,这意味着它们的行为不能完全符合理想气体定律。
实际气体的特性包括:1. 对压缩和膨胀的数据不敏感。
也就是说,在相同压力水平下,实际气体的体积变化比理想气体小。
2. 具有摩擦和黏合力,从而导致能量损失。
3. 在高压和低温下,实际气体不一定保持气态状态。
在卡诺循环中,使用理想气体和实际气体的最大区别是可逆过程和不可逆过程之间的关系。
理论上,只有可逆过程才存在于理想气体中。
而实际气体不完全符合这一点,因为存在着一些不可逆过程,导致热能的损失。
卡诺循环的理论原理:卡诺循环是一种理想的热力学循环,其目的在于说明热机最大化工作所达到的效率。
卡诺循环由四个过程组成:等温膨胀、绝热膨胀、等温压缩和绝热压缩。
这些过程描述了热机如何从热源吸收热能和向热源放热。
在卡诺循环中,使用的工作物质通常是理想气体,因为它是一种可逆热机。
但如果使用实际气体作为工作物质,卡诺循环的效率就会降低,因为实际气体通常包含不可逆过程。
卡诺循环的性能参数:卡诺循环的性能参数包括效率和热机内部温度。
1. 效率:卡诺循环的效率是指热机工作过程中所利用的热能与热源提供的总能量之比。
效率公式为:η = (T1 - T2) / T1其中,T1为热机工作时的高温热源温度,T2为热机工作时的低温热源温度。
2. 温度:在卡诺循环中,热机内部有两种温度。
一个是热源的温度,另一个是热机的内部温度。
热机内部的温度高于低温热源,但低于高温热源。
温度公式为:T1 - T2 = Q1 / C1= Q2 / C2其中,Q1为高温热源提供的能量,Q2为低温热源提供的能量,C1和C2分别为热机工作过程中的两个热容。
第1章 温度习题答案一、 选择题 1. D 2. B二、填空题1. Pa 31008.9⨯ K 4.90 C 08.182-三、计算题1. 解:漏掉的氢气的质量kg T Vp T V p R M m m m 32.0)(22211121=-=-=∆第2章 气体分子动理论答案一、选择题1. B解:两种气体开始时p 、V 、T 均相同,所以摩尔数也相同。
现在等容加热 V C MQ μ=△T ,R C R C V V 25,232H He ==由题意 μM Q =HeR 23⋅△T = 6 J 所以 R M Q 252H ⋅=μ△T =(J)1063535H =⨯=e Q 。
2. C 解:由,)(,)(,He 222O 1112R MT V p R M T V p R MT pV ⋅=⋅==μμμ,,2121T T p p ==又 所以,21)()21He O 2==V V MM μμ( 根据内能公式,2RT i M E ⋅=μ得二者内能之比为65352121=⋅=E E 3. B解:一个分子的平均平动动能为,23kT w =容器中气体分子的平均平动动能总和为3210410523232323-⨯⨯⨯⨯===⋅==pV RT M kT N Mw N W A μμ =3(J)。
4. C解:由RpVC E RT MpV T C ME VV ===得 ,μμ, 可见只有当V 不变时,E ~ p 才成正比。
5. D解:因为)(d v f NN =d v ,所以)(21212v f N mv v v ⋅⋅⎰d ⎰=21221v v mv v d N 表示在1v ~2v 速率间隔内的分子平动动能之和。
6. D 解:由,2,2122v n d z nd ππλ==体积不变时n 不变,而v ∝T , 所以, 当T 增大时,λ不变而z 增大。
二、填空题1. 27.8×10-3 kg ⋅mol -1 解:由RT MpV μ=可得摩尔质量为523mol10013.1100.130031.8103.11⨯⨯⨯⨯⨯⨯====--p RT pV MRT M ρμ )m o l (k g 108.2713--⋅⨯=2. 1.28×10-7K 。
2019级电子信息工程学院物理学(师范)专业核心课程热学期末复习题解析1.定体温度计的测温泡浸在水的三相点槽内时,其中气体的压强为:pa 3106.7⨯。
(1)用温度计测量300K 得温度时,气体的压强是多少? (2)当气体的压强为:Pa 3109.1⨯,待测温度是多少? 解:(1)K p pp T tr16.273)(⨯=,pa p tr 3107.6⨯=,当K T 300=时带入解得: pa p 32.7358=;(2)当pa p 3101.9⨯=时,带入公式得:K T 371=。
2. 图示的两条曲线分别表示在相同温度下氧气和氢气分子的速率分布曲线。
请问哪一条曲线表示氧气分子的速率分布曲线? 解:M RTmkTv p 22==,22H O M M >a 为氧气。
3.麦克斯韦速度分布函数是)(x f ,则s m v /100>的气体分子的平均速率v 为(⎰∞=100)(dv v f vv )。
4.半径为r 密度为ρ的小球在黏度系数为η,密度为σ的液体中自由下沉,求稳定后小球的速度是(g r v )(922σρη-=)。
解析:稳定后受力平衡则:.)(92,346623g r v mg g r vr mg gV vr σρηπσπηρπη-=⇒=+⇒=+排液体 5. 如果理想气体按照C pV =3(C 为正数常量)的规律从1V 膨胀到2V ,则做功为()11(22221V V C A -=)。
解析:).11(2222132121V V C A dV V C pdV A V V V V -=−−−→−==⎰⎰解出方程得:OEA B6. 某理想气体状态变化时,内能随体积的变化关系如图中AB 直线所示.A →B 表示的过程是(等压)过程。
解析:ννpVi U RT pV RT i U ⨯=⇒==2,2,从图中得出:aV U =,故为等压。
7. 有23molH (可视为理想气体),由423K 298K 加热到则此过程中U ∆为(7790.625J )。