高中 | 气体的等容变化 题目答案及解析

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选修3-3

第八章 气体

8.2 气体的等容变化和等压変化

气体的等容变化

家用高压锅是厨房中常用的烹饪工具,但使用不当易引发危险。高压锅通过电热盘加热,电热丝电阻为$44\;\rm \Omega$,工作电压为$220\;\rm V$。锅盖的安全阀质量为$0.7\;\rm kg$,排气孔横截面积为$1\;\rm cm^{2}$。正常工作时,锅内温度可达$120^\circ\rm C$。已知外界大气压为$1.0\times 10^{5}\;\rm Pa$,假设锅内气体体积不变且为理想气体,安全阀在锅内压强超过临界值时自动顶起泄压。临界压强为外界大气压与安全阀重力产生的压强之和。

求临界压强是多少?判断当锅内温度从$27^\circ\rm C$升高到$120^\circ\rm C$时,安全阀是否会被顶起,并说明高压锅是否安全?

[["

$1.686 \\times 10^{5}\\;\\rm Pa$;高压锅是安全的;

"]]

临界压强$p_{临}=p_{0}+ \dfrac{mg}{S}$$p_{临}=1.0 \times 10^{5}+\dfrac{0.7 \times 9.8}{1 \times 10^{- 4}}=1.686 \times 10^{5}\;\rm{Pa}$

根据查理定律$\dfrac{p_{1}}{T_{1}}=\dfrac{p_{2}}{T_{2}}$,其中$p_{1}=p_{0}$, $p_{2}=p_{临}$$p_{2}=1.31 \times 10^{5}\;\rm Pa$

因为$p_{2} \lt p_{临}$所以安全阀不会被顶起,高压锅是安全的;

已知电热盘的热效率为$80\%$,且气体内能增加了$7.92\times 10^{3}\;\rm J$,求气体吸收的热量及电热丝通电时间?

[["

$900\\;\\rm s$

"]]

根据热力学第一定律$\Delta U=W+Q$

因为气体体积$V$不变,所以$W=0$

则气体吸收的热量$Q=\Delta U=7.92 \times 10^{5}\;\rm J$

由于$Q=80\%\dfrac{U^{2}}{R}t$

解得电热丝通电时间$t=900\;\rm s$

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