تاريخ الفيزياء
علماء الفيزياء
الفيزياء الكلاسيكية
الميكانيك
الديناميكا الحرارية
الكهربائية والمغناطيسية
الكهربائية
المغناطيسية
الكهرومغناطيسية
علم البصريات
تاريخ علم البصريات
الضوء
مواضيع عامة في علم البصريات
الصوت
الفيزياء الحديثة
النظرية النسبية
النظرية النسبية الخاصة
النظرية النسبية العامة
مواضيع عامة في النظرية النسبية
ميكانيكا الكم
الفيزياء الذرية
الفيزياء الجزيئية
الفيزياء النووية
مواضيع عامة في الفيزياء النووية
النشاط الاشعاعي
فيزياء الحالة الصلبة
الموصلات
أشباه الموصلات
العوازل
مواضيع عامة في الفيزياء الصلبة
فيزياء الجوامد
الليزر
أنواع الليزر
بعض تطبيقات الليزر
مواضيع عامة في الليزر
علم الفلك
تاريخ وعلماء علم الفلك
الثقوب السوداء
المجموعة الشمسية
الشمس
كوكب عطارد
كوكب الزهرة
كوكب الأرض
كوكب المريخ
كوكب المشتري
كوكب زحل
كوكب أورانوس
كوكب نبتون
كوكب بلوتو
القمر
كواكب ومواضيع اخرى
مواضيع عامة في علم الفلك
النجوم
البلازما
الألكترونيات
خواص المادة
الطاقة البديلة
الطاقة الشمسية
مواضيع عامة في الطاقة البديلة
المد والجزر
فيزياء الجسيمات
الفيزياء والعلوم الأخرى
الفيزياء الكيميائية
الفيزياء الرياضية
الفيزياء الحيوية
الفيزياء العامة
مواضيع عامة في الفيزياء
تجارب فيزيائية
مصطلحات وتعاريف فيزيائية
وحدات القياس الفيزيائية
طرائف الفيزياء
مواضيع اخرى
Railway Tanker
المؤلف:
Sidney B. Cahn, Gerald D. Mahan And Boris E. Nadgorny
المصدر:
A GUIDE TO PHYSICS PROBLEMS
الجزء والصفحة:
part 2 , p 5
3-9-2016
1731
Railway Tanker
A long, cylindrical tank is placed on a carriage that can slide without friction on rails (see Figure 1.1). The mass of the empty tanker is M = 180 kg. Initially, the tank is filled with an ideal gas of mass m = 120 kg at a pressure P0 = 150 atm at an ambient temperature T0 = 300K. Then one end of the tank is heated to 335 K while the other end is kept fixed at 300 K. Find the pressure in the tank and the new position of the center of mass of the tanker when the system reaches equilibrium.
Figure 1.1
SOLUTION
The new equilibrium pressure of the gas will be the same throughout the tanker, whereas the temperature across its length will vary: higher at the heated wall, and cooler at other end. Expanding the temperature T along the length of the tanker in a Taylor series and keeping the first two terms (since the temperature difference between the walls is small compared to T0), we have
(1)
We may write the ideal gas law as a function of position in the tanker:
(2)
Where n (x) is the gas concentration. Rearranging, we have
(3)
The total number N of molecules in the cylinder is given by
(4)
where A is the cross-sectional area of the tanker. Alternatively, we can integrate (1.3) exactly and expand the resulting logarithm, which yields the same result. The total number of molecules originally in the tank is
(5)
Since the total number of molecules in the gas before and after heating is the same, (no phase transitions), we may equate (4) and (5), yielding
(6)
The center of mass (inertia) X0 of the gas found with the same accuracy is given by
(7)
As we have assumed that the tanker slides on frictionless rails, the center of mass of the system will not move but the center of the tanker will move by an amount ∆X such that
(8)
Substituting (7) into (8) and rearranging give
(9)