בעיות פתורות בפיזיקה בסיסית

1. Iעסקו בגזים ב- מיכל סגור בתחילה יש נפח V ו לחץ P. אם הלחץ הסופי הוא 4P והנפח נשמר קבוע, מהו ה-ratio של האנרגיה הקינטית ההתחלתית עם הסופית אנרגיה קינטית.

ידוע:

לחץ ראשוני (P₁) = פ

לחץ סופי (P₂) = 4P

נפח התחלתי (V₁) = V

נפח סופי (V₂) = V

מבוקש: היחס בין האנרגיה הקינטית ההתחלתית לאנרגיה הקינטית הסופית (KE₁ : קE₂)

פתרון:

הקשר בין לחץ (P), נפח (V) ואנרגיה קינטית (KE) של גזים אידיאליים :

היחס בין האנרגיה הקינטית ההתחלתית לאנרגיה הקינטית הסופית:

2. מהי האנרגיה הקינטית הממוצעת של מולקולות בגז אידיאלי ב-57^oC.

ידוע:

טמפרטורת הגז (T) = 57^oC + 273 = 330 קלווין

בולצמןקבוע של (k) = 1.38 x 10^-23 ג'אול/קלווין

מבוקש: אנרגיית הקינטית הממוצעת של התרגום

פתרון:

הקשר בין אנרגיה קינטית (KE) לבין טמפרטורה של הגז (T):

אנרגיית הקינטית הממוצעת של התרגום:

3. גז ב 27^oC במיכל סגור. אם האנרגיה הקינטית של הגז עולה פי 2 מהאנרגיה הקינטית ההתחלתית, הטמפרטורה הסופית של הגז היא...

ידוע:

טמפרטורה התחלתית (T₁) = 27^oC + 273 = 300 קלווין

אנרגיה קינטית ראשונית = קE

אנרגיה קינטית סופית = 4 קילו-ג'וליןE

מבוקש: הטמפרטורה הסופית (T₂)

פתרון:

4. גז אידיאלי נמצא במיכל סגור, הוא מחומם כך ש... מהירות ממוצעת מספר חלקיקי הגז עולה פי 3 מהמהירות הממוצעת ההתחלתית. אם טמפרטורת הגז ההתחלתית היא 27^oC, אז הטמפרטורה הסופית של הגז האידיאלי היא...

ידוע:

טמפרטורה התחלתית = 27^oC + 273 = 300 קלווין

מהירות התחלתית v v

מהירות סופית = 2 וולט

רצה : Tהטמפרטורה הסופית של גז אידיאלי

פתרון:

המהירות הממוצעת הסופית = 2 כפול המהירות הממוצעת ההתחלתית

5. שלושה מולים של גז נמצאים בחלל בנפח של 36 ליטר. לכל מולקולת גז יש אנרגיה קינטית של 5 x 10^-21 ג'אוּל. קבוע גז אוניברסלי = 8.315 ג'ול/מול.ק"ג וקבוע בולצמן = 1.38 x 10^-23 J/K. מהו לחץ הגז במיכל.

ידוע:

מספר מולים (n) = 3 מולים

נפח = 36 ליטר = 36 דצימטר³ = 36 x 10^-3 m³

קבוע בולצמן (k) = 1.38 x 10^-23 J/K

אנרגיה קינטית (KE) = 5 x 10^-21 ג'אוּל

קבוע גז אוניברסלי (R) = 8.315 ג'ול/מול.K

רצה לחץ גז (P)

פתרון:

חשב את הטמפרטורה באמצעות משוואת האנרגיה הקינטית של גז.

חשב את לחץ הגז באמצעות משוואת חוק הגזים האידיאליים (במספר מולים, n):

PV = n RT

פ (36 x 10^-3) = (3)(8.315)(241.5)

פ (36 x 10^-3) = 6024.22

לחץ הגז הוא 1.67 x 10⁵ פסקל או 1.67 אטמוספרות.

קראו עוד

1. אניעסקו בגזים ב- מיכל סגור בתחילה יש נפח V ו טמפרטורה ש. הטמפרטורה הסופית היא 5/4T והטמפרטורה הסופית לחץ הוא 2P. מהו הנפח הסופי של הגז?

ידוע:

נפח התחלתי (V₁) = V

טמפרטורה התחלתית (T₁) = ת

טמפרטורה סופית (טמפרטורת₂) = 5/4 טון

לחץ התחלתי (P₁) = פ

לחץ סופי (P₂) = 2P

מבוקש: נפח סופי (V₂)

פתרון:

2. קבע את הנפח של 2.00 מולes של גזים (גז אידיאלי) ב-STP. STP = טמפרטורה ולחץ סטנדרטיים.

ידוע:

מולים של גז (n) = 2 מולes

טמפרטורה סטנדרטית (T) = 0 ^oC = 0 + 273 = 273 קלווין

לחץ סטנדרטי (P) = 1 אטמוספרה = 1.013 x 10⁵ Pa

קבוע גז אוניברסלי (R) = 8.315 ג'אול/מולeקלווין

רצה נפח גזים (V)

פתרון:

משוואה של חוק הגז האידיאלי (במספר מולים, n)

נפחם של 2 מולים של גז הוא 44.8 ליטר.

נפחו של מול אחד של גז הוא 45.4 ליטר / 2 = 22.4 ליטר.

נפחו של מול אחד של כל גז הוא 22.4 ליטר.

3. ל-4 ליטר של גז חמצן יש טמפרטורה של 27 מעלות צלזיוס ולחץ של 2 אטמוספרות (אטמוספרה אחת = 10⁵ פאסאלאט) במיכל סגור. קבוע גז אוניברסלי (R) = 8.314 ג'ול מולe^-1.K^-1 ומספר אבוגדרו (N_A) = 6.02 x 10²³ מולקולות/מולeמהן מולקולות גזי החמצן במיכל?

ידוע:

נפח גזים (V) = 4 ליטר = 4 דימטר³ = 4 x 10^-3 m³

טמפרטורת הגזים (T) = 27^oC = 27 + 273 = 300 קלווין

לחץ גזים (P) = 2 אטמוספרות = 2 x 10⁵ Pa

קבוע גז אוניברסלי (R) = 8.314 ג'ול מולe^-1.K^-1

מספר אבוגדרו (N_A) = 6.02 × 10²³

רצה מהן מולקולות גזי החמצן במיכל (N)

פתרון:

במול אחד של גז חמצן, יש 1.93 x 10²³ מולקולות חמצן.

4. מיכל המכיל גז ניאון (Ne, מסה אטומית = 20 u) בטמפרטורה ולחץ סטנדרטיים (STP) בעל נפח של 2 מ"ר³קבע את המסה של גז ניאון!

ידוע:

המסה האטומית של ניאון = 20 גרם/מולe = 0,02 ק"ג/מולe

טמפרטורה סטנדרטית (T) = 0^oC = 273 קלווין

לחץ סטנדרטי (P) = 1 אטמוספרה = 1.013 x 10⁵ פסקל

נפח (V) = 2 מ"ר³

רצה : מסה (מ ') של גז ניאון

פתרון:

בטמפרטורה ולחץ סטנדרטיים (STP), 1 מולe של כל גזים, כולל גז ניאון, יש נפח 22.4 ליטרs = 22.4 דצימטר³ = 0.0448 מ '³.

בנפח של 2 מ"ר³, ישנם 44.6 מולים של גז ניאון.

המסה האטומית היחסית של גז ניאון היא 20 גרם/מול.

משמעות הדבר היא שבמול אחד יש 20 גרם או 0.02 ק"ג של גז ניאון. מכיוון שבמול אחד יש 0.02 ק"ג של גז ניאון, אז ב-44.6 מול יש 44.6 מולים x 0.02 ק"ג/מול = 0.892 ק"ג = 892 גרם של גז ניאון.

קראו עוד

1. Iעסקת גזים בתחילה לחץ פ' ו- טמפרטורה ט. הגז עובר את תהליך איזוכורי כך שהלחץ הסופי יהיה גדול פי 4 מהלחץ ההתחלתי. מהי הטמפרטורה הסופית של הגז?

ידוע:

לחץ התחלתי (P₁) = פ

לחץ סופי (P₂) = 4P

טמפרטורה התחלתית (T₁) = ת

מבוקש: טמפרטורה סופית (טמפרטורת₂)

פתרון:

הנוסחה של חוק גיי-לוסאק :

הטמפרטורה הסופית הופכת פי 4 מהטמפרטורה ההתחלתית.

2. במיכל סגור, גזים אידיאליים הם בטמפרטורה התחלתית של 27 מעלות צלזיוס^oג. אם הלחץ הסופי הופך להיות פי 2 מהלחץ ההתחלתי, מהי הטמפרטורה הסופית?

ידוע:

לחץ התחלתי (P₁) = פ

לחץ סופי (P₂) = 2P

טמפרטורה התחלתית (T₁) = 27^oC + 273 = 300 קלווין

מבוקש: טמפרטורה סופית (טמפרטורת₂)

פתרון:

3. צמיג מתמלא ללחץ מד של 2 אטמוספרות בטמפרטורה של 27 מעלות צלזיוס. לאחר נסיעה, הטמפרטורה בתוך הצמיג עולה ל-47 מעלות צלזיוס. מהו הלחץ בתוך הצמיג כעת?

ידוע:

לחץ אטמוספרי = 1 אטמוספרה = 1 x 10⁵ Pa

לחץ המדידה ההתחלתי = 2 אטמוספרות = 2 x 10⁵ Pa

הלחץ המוחלט ההתחלתי (P₁) = 1 אטמוספרה + 2 אטמוספרות = 3 אטמוספרות = 3 x 10⁵ Pa

הטמפרטורה ההתחלתית (T₁) = 27^oC + 273 = 300 קלווין

הטמפרטורה הסופית (T₁) = 47^oC + 273 = 320 קלווין

מבוקש: טמפרטורת המדידה הסופית

פתרון:

לחץ המדידה הסופי = לחץ מוחלט סופי - לחץ אטמוספרי

לחץ המדידה הסופי = 3.2 אטמוספרות - 1 אטמוספרה

לחץ המדידה הסופי = 2.2 אטמוספרות

קראו עוד

1. במיכל סגור, הגז מתפשט כך שהנפח הסופי הופך פי 3 מהנפח ההתחלתי (V = נפח התחלתי, T = נפח התחלתי). טמפרטורהמהי הטמפרטורה הסופית?

ידוע:

נפח התחלתי (V₁) = V

נפח סופי (V₂) = 3 וולט

טמפרטורה התחלתית (T₁) = ת

מבוקש: טמפרטורה סופית (טמפרטורת₂)

פתרון:

הנוסחה של חוק צ'ארלס :

הטמפרטורה הסופית של הגזים הופכת פי 3 מהטמפרטורה ההתחלתית.

2. אנילגזים עסקיים יש בתחילה נפח V וטמפרטורה T. אם הגז עובר את תהליך איזוברי כך שהטמפרטורה תהיה פי 2 מהטמפרטורה ההתחלתית, אז הנפח הסופי של הגזים הוא...

ידוע:

נפח התחלתי (V₁) = V

טמפרטורה התחלתית (T₁) = ת

טמפרטורה סופית (טמפרטורת₂) = 2T

מבוקש: נפח סופי (V₂)

פתרון:

הנפח הסופי של הגזים הופך להיות פי 2 מהנפח ההתחלתי.

3. במיכל סגור, לגזים אידיאליים יש בתחילה נפח של 2 ליטר וטמפרטורה של 27^oג. אם הנפח הסופי של הגזים הופך ל-3 ליטר, אז הטמפרטורה הסופית היא...

ידוע:

נפח התחלתי (V₁) = 2 ליטר = 2 דצימטר³ = 2 x 10^-3 m³

נפח סופי (V₂) = 3 ליטר = 3 דצימטר³ = 3 x 10^-3 m³

טמפרטורה התחלתית (T₁) = 27^oC + 273 = 300 קלווין

מבוקש: טמפרטורה סופית (טמפרטורת₂)

פתרון:

הטמפרטורה הסופית היא 177^oג או 177 + 273 = 450 קלווין.

קראו עוד

1. לחלק מהגזים האידיאליים יש בתחילה לחץ P ונפח V. אם הגז עובר תהליך איזותרמי כך שהלחץ הסופי יהיה גדול פי 4 מהלחץ ההתחלתי, אז נפח הגז הסופי הוא...

ידוע:

לחץ ראשוני (P₁) = פ

לחץ סופי (P₂) = 4P

נפח התחלתי (V₁) = V

מבוקש: נפח סופי (V₂)

פתרון:

הנוסחה של חוק בויל :

PV = קבוע

P₁ V₁ = P₂ V₂

(P)(V) = (4P)(V₂)

V = 4 V₂

V₂ = וולט / 4 = ¼ וולט

הנפח הסופי של הגזים הוא ¼ כפול הנפח ההתחלתי.

2. במיכל סגור, הגז מתפשט כך ש... סופי כֶּרֶך הופך להיות פי 2 מהנפח ההתחלתי (V = נפח התחלתי, P = לחץ התחלתי). הלחץ הסופי של הגזים הוא...

ידוע:

לחץ ראשוני (P₁) = פ

נפח התחלתי (V₁) = V

נפח סופי (V₂) = 2 וולט

רצה : לחץ סופי (P₂)

פתרון:

P₁ V₁ = P₂ V₂

PV = P₂ (2V)

P = P₂ (2)

P₂ = P / 2 = ½ P

לחץ הגז הופך פי חצי מהלחץ ההתחלתי.

3. במיכל סגור, גזים בעלי לחץ של 2 אטמוספרות ונפח של ליטר אחד. אם לחץ הגז הופך ל-4 אטמוספרות אז נפח הגז הופך...

ידוע:

לחץ ראשוני (P₁) = 2 אטמוספרות = 2 x 10⁵ Pa

לחץ סופי (P₂) = 4 אטמוספרות = 4 x 10⁵ Pa

נפח התחלתי (V₁) = 1 ליטר = 1 דיצמ'ר³ = 1 x 10^-3 m³

רצה : נפח סופי (V₂)

פתרון:

P₁ V₁ = P₂ V₂

(X 2 10⁵)(1 x 10^-3) = (4 x 10⁵) V₂

(1)(1 x 10^-3) = (2) V₂

X 1 10^-3 = (2) V₂

V₂ = ½ x 10^-3

V₂ = 0.5 x 10^-3 m³ = 0.5 דצימטר³ = 0.5 ליטרs

קראו עוד

1. שלושה קבלים, C₁ = 2 מיקרופרנהייט, ג₂ = 4 מיקרופרנהייט, ג₃ = 4 מיקרופרנהייט, הם מחוברים בטור ובמקבילקבע את הקיבול של קבל בודד שיהיה לו את אותה ההשפעה כמו השילוב.

ידוע:

קבל C₁ = 2 μF

קבל C₂ = 4 μF

קבל C₃ = 4 μF

מבוקש: הקיבול המקביל (C)

פתרון:

קבל C₂ ו- C₃ מחובר במקביל. הקיבול המקביל:

C_P = C₂ + ג₃ = 4 + 4 = 8 μF

קבל C₁ ו- C_p מחוברים בטור. הקיבול המקביל:

1/C = 1/C₁ + 1 /C_P = 1/2 + 1/8 = 4/8 + 1/8 = 5/8

ג = 8/5 μF

2. חמש קבלים, C₁ = 2 מיקרופרנהייט, ג₂ = 4 מיקרופרנהייט, ג₃ = 6 מיקרופרנהייט, ג₄ = 5 מיקרופרנהייט, ג₅ = 10 μF, מחוברים בטור ובמקביל. קבע את הקיבול של קבל בודד שיהיה לו את אותה ההשפעה כמו השילוב.

ידוע:

קבל C₁ = 2 μF

קבל C₂ = 4 μF

קבל C₃ = 6 μF

קבל C₄ = 5 μF

קבל C₅ = 10 μF

מבוקש: הקיבול המקביל (C)

פתרון:

קבל C₂ ו- C₃ מחוברים במקביל. הקיבול המקביל:

C_P = C₂ + ג₃

C_P = 4 + 6

C_P = 10 μF

קבל C₁C_PC₄ ו- C₅ מחוברים בטור. הקיבול המקביל:

1/C = 1/C₁ + 1 /C_P + 1/C₄ + 1/C₅

1/C = 1/2 + 1/10 + 1/5 + 1/10

1/C = 5/10 + 1/10 + 2/10 + 1/10

1/C = 9/10

ג = 10/9 μF

3 ג₁ = 3 μFC₂ = 4 μו C₃ = 3 μF, מחוברים בטור ובמקביל. קבע את אנרגיה חשמלית על מעגלים.

ידוע:

קבל C₁ = 3 μF

קבל C₂ = 4 μF

קבל C₃ = 3 μF

מבוקש: הקיבול המקביל (C)

פתרון:

קבל C₂ ו- C₃ מחוברים במקביל. הקיבול המקביל:

C_P = C₂ + ג₃

C_P = 4 + 3

C_P = 7 μF

קבל C₁ ו C_P מחוברים בטור. הקיבול המקביל:

1/C = 1/C₁ + 1 /C_P

1/C = 1/3 + 1/7

1/C = 7/21 + 3/21

1/C = 10/21

ג = 21/10

C = 2.1 μF

ג = 2.1 x 10^-6 F

האנרגיה החשמלית במעגלים:

E = ½ CV²

E = ½ (X 2.1 10^-6)(12²)

E = ½ (2.1 x 10^-6)(144)

E = (2.1 x 10^-6)(72)

E = 151.2 x 10^-6 ג'אוּל

E = 1.5 x 10^-4 ג'אוּל

קראו עוד

1. ארבעה קבלים, C₁ = 2 מיקרופרנהייט, ג₂ = 1 מיקרופרנהייט, ג₃ = 3 מיקרופרנהייט, ג₄ = 4 מיקרופרנהייט, מחוברים ב סדרהקבע את הקיבול של יחיד קבל שתהיה לה אותה השפעה כמו השילוב.

ידוע:

קבל C₁ = 2 μF

קבל C₂ = 1 μF

קבל C₃ = 3 μF

קבל C₃ = 4 μF

מבוקש: הקיבול המקביל

פתרון:

הקיבול המקביל:

1/C = 1/C₁ + 1/C₂ + 1/C₃ + 1/C₄

1 / C = 1/2 + 1/1 + 1/3 + 1/4

1 / C = 6/12 + 12/12 + 4/12 + 3/12

1 / C = 25 / 12

C = 12 / 25

C = 0.48

הקיבול המקביל של כל השילוב is 0.48 μF.

2. קבע את המטען על קבל C₁ אם הפרש פוטנציאלים בֵּין P ו Q is 12 ווֹלט…

ידוע:

קבל C₁ = 10 μF= 1X 0 10^-6 F

קבל C₂ = 20 μF= 2X 0 10^-6 F

הפרש פוטנציאלים (V) = 12 וולט

מבוקש: המטען על קבל C₁ (Q₁)

פתרון:

הקיבול המקביל:

1/C = 1/C₁ + 1 /C₂

1/C = 1/10 + 1/20 = 2/20 + 1/20 = 3/20

ג = 20/3 μו = (20/3) x 10^-6 F

מטען חשמלי על הקבל המקביל:

Q = (C)(V) = (20/3)(12)(10^-6) = 80 × 10^-6 C

ש = 80 μC

קבלים מחוברים בטור כך שמטען חשמלי על הקבלים המקבילים = מטען חשמלי על הקבלים C₁ = מטען חשמלי על קבל C₂.

המטען החשמלי על הקבל C₁ הוא 80 μC.

3. שני קבלים, C₁ = 2 μו' ו' ג'₂ = 4 מיקרופרנהייט, מחוברים בטור. הקבלים טעונים. הפרש הפוטנציאלים על קבל C₁ הוא 2 וולט. המטען החשמלי על קבל C₂ ...

ידוע:

Cמיםcאיטור ג₁ = 2 μF = 2 × 10^-6 F

Cמיםcאיטור ג₂ = 4 μF = 4 × 10^-6 F

הפרש הפוטנציאלים על הקבל C₁ (V₁) = 2 וולט

רצה : מטען חשמלי על קבל C₂.

פתרון:

מטען חשמלי על קבל C₁ :

Q₁ = C₁ V₁ = (2 x 10^-6)(2) = 4 x 10^-6 C

Q₁ = 4 μC

קבלים מחוברים בטור כך שהמטען החשמלי על הקבל C₁ = מטען חשמלי על קבל C₂.

המטען על הקבל C₂ is 4 μC.

קראו עוד

1. ארבע קבליםC₁ = 2 מיקרופרנהייט, ג₂ = 1 מיקרופרנהייט, ג₃ = 3 מיקרופרנהייט, ג₄ = 4 μF, מחוברים במקביל. קבע את הקיבול של קבל בודד שיהיה לו את אותה ההשפעה כמו השילוב.

ידוע:

קבל C₁ = 2 μF

קבל C₂ = 1 μF

קבל C₃ = 3 μF

קבל C₃ = 4 μF

מבוקש: הקיבול המקביל

פתרון:

הקיבול המקביל:

C = C₁ + ג₂ + ג₃

C = 4 μF+2 μF+3 μF = 9 μF

הקיבול המקביל של השילוב כולו הוא 9 μF.

2. לקבוע את תשלום על קבל C₂ אם הפרש פוטנציאלים בין נקודה A ל-B הוא 9 וולט…

ידוע:

Cמיםcאיטור ג₁ = 20 μF = 20 × 10^-6 F

Cמיםcאיטור ג₂ = 30 μF = 30 × 10^-6 F

הפרש פוטנציאלים בין נקודות A ו ב (ו_AB) = 9 וולט

רצה : המטען על הקבל C₂ (Q₂)

פתרון:

הפרש פוטנציאלי:

קבלים מחוברים במקביל כך שהפרש הפוטנציאלים בין A ל-B (V_AB) = הפרש הפוטנציאלים על קבל C₁ (V₁) = הפרש הפוטנציאלים על קבל C₂ (V₂) = 9 וולט.

מטען חשמלי על קבל C₂ :

Q₂ = C₂ V₂ = (30 x 10^-6)(9) = 270 x 10^-6 C

Q₂ = 270 μC

המטען החשמלי על הקבל C₂ is 270 μC.

3. שלוש קבלים, C₁ = 4 מיקרופרנהייט, ג₂ = 2 מיקרופרנהייט, ג₃ = 3 מיקרופרנהייט, מחוברים במקביל. הקבלים טעונים. הפרש הפוטנציאלים על הקבל C₂ הוא 4 וולט. קבע

(א) מטען חשמלי על קבל C₁C₂ ו- C₃

(ב) מטען חשמלי על הקבל המקביל של כל הצירוף

ידוע:

Cמיםcאיטור ג₁ = 4 μF = 4 × 10^-6 F

Cקבל ג₂ = 2 μF = 2 × 10^-6 F

Cקבל ג₃ = 3 μF = 3 × 10^-6 F

הפרש פוטנציאלים על קבל C₂ (V₂) = 4 וולט

רצה : מטען חשמלי על קבל C₃ (Q₃)

פתרון:

() מטען חשמלי על קבל C₃

הפרש הפוטנציאלים על הקבל C₃ :

קבלים מחוברים במקביל כך שהפרש הפוטנציאלים על הקבל C₃ (V₃) = הפרש הפוטנציאלים על הקבל C₂ (V₂) = הפרש הפוטנציאלים על הקבל C₁ (V₁) = הפרש הפוטנציאלים על קבל שווה ערך (V) = 4 וולט

מטען חשמלי על קבל C₁ :

Q₁ = C₁ V₁ = (4 x 10^-6)(4) = 16 x 10^-6 C

Q₁ = 16 μC

מטען חשמלי על קבל C₂ :

Q₂ = C₂ V₂ = (2 x 10^-6)(4) = 8 x 10^-6 C

Q₂ = 8 μC

מטען חשמלי על קבל C₃ :

Q₃ = C₃ V₃ = (3 x 10^-6)(4) = 12 x 10^-6 C

Q₃ = 12 μC

(ב) מטען חשמלי על קבל שווה ערך

ש = ש₁ + ש₂ + ש₃

ש = 16 μג + 8 μג + 12 μC = 36 μC

פתרון חלופי:

הקיבול המקביל:

ג = ג₁ + ג₂ + ג₃

C = 4 μF+2 μF+3 μF = 9 μF

ג = 9 x 10^-6 F

הפרש הפוטנציאלים על הקבל המקביל:

V₁ 49 אשר₂ 49 אשר₃ = וולט = 4 וולט

המטען החשמלי על הקבל המקביל:

Q = CV = (9 x 10^-6)(4) = 36 x 10^-6 C

ש = 36 μC

קראו עוד