Спортивная бутылка
После тренировки на улице в жаркий день спортсмен пришёл в прохладную комнату со своей бутылкой, сделанной из нетвёрдой пластмассы, и заметил, что бутылка начала тихонько «трещать». При детальном изучении выяснилось, что если давление внутри бутылки отличается от наружного на \(\Delta p\), то возникает вмятина на бутылке (при этом и звучит хлопок), и на мгновение выравниваются внутреннее и внешнее давление. Спортсмен измерил промежуток времени между двумя хлопками \(t\). Найдите мощность тепловых потерь бутылки непосредственно после того, как её принесли в комнату. Теплоёмкость пустой бутылки (в том числе с находящимся в ней воздухом) \(c\), молярный объём воздуха \(V_m\) и универсальная газовая постоянная \(R\). Можно предполагать, что за время \(t\) мощность тепловых потерь не меняется. (6 баллов)
▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаСвязь между ростом давления и охлаждением даёт уравнение состояния газа при неизменном объёме, а охлаждение за время \(t\) — теплоёмкость и мощность потерь.
▶ОтветСкрыть: ответ
Ответ\(P=\dfrac{\Delta p\,c\,V_m}{R\,t}\).
▶РешениеСкрыть: решение
РешениеБолее прохладный воздух в комнате охлаждает бутылку с мощностью \(P\), отбирая у бутылки за время \(t\) энергию \(\Delta Q=Pt\). Температура бутылки за это время изменяется на \(\Delta T=\Delta Q/c\). Из уравнения состояния идеального газа \(PV=nRT\) по изменению температуры находим изменение давления \[\Delta p=\frac{R\,\Delta T}{V_m}.\] Объединяя соотношения, получаем \[P=\frac{\Delta p\,c\,V_m}{R\,t}.\]
Прочитали решение — спросите себя, как можно было до этого додуматься. А через день-два решите задачу заново, не подглядывая.
Похожие задачи
- Простое уравнение состояния Савченко, №5.5.1
- Объём сыпучего материала Савченко, №5.5.2
- Почему лампочка не полна Савченко, №5.5.9
- Масса водорода в баллоне Ведомственная 2016/17, отборочный этап, 11 кл.
- Груз на поршне Савченко, №5.5.3
- Баллон подводной лодки Савченко, №5.5.5