Открытое занятие "Молекулярная физика"

Коклина Л. А., МКОУ «Глебовская СОШ»

Модуль «Молекулярная физика. Термодинамика».

Занятие №1 Основные положения молекулярно-кинетической теории (МКТ).

Основу молекулярной физики составляет МКТ строения вещества. Основные положения МКТ:

1. Любое вещество имеет дискретное строение. Оно состоит из мельчайших частиц – молекул и атомов, разделенных между собой промежутками.

2. Частицы вещества находятся в непрерывном хаотическом движении.

3. Частицы вещества взаимодействуют друг с другом (притягиваются и отталкиваются).

Наличие у веществ проницаемости, сжимаемости и растворимости свидетельствуют о том, что они не сплошные, а состоят из отдельных, разделенных промежутками частиц.

Наблюдения броуновского движения и диффузии частиц показали, что молекулы находятся в непрерывном движении.

Наличие прочности и упругости у тел, смачиваемости, прилипания, поверхностного натяжения в жидкостях – всё это доказывает существование сил взаимодействия между молекулами.

Размеры и массы молекул и атомов чрезвычайно малы, поэтому при расчетах этих величин используют не абсолютные , а относительные величины.

Относительная молекулярная (атомная) масса Мr – величина, равная отношению массы молекулы (атома) данного вещества к 1/12 массы атома углерода. Относительная молекулярная масса каждого химического элемента указана в таблице Менделеева.

Атомов же в теле, наоборот, очень много, поэтому для их подсчёта вводят величину - количество вещества ν – равную отношению числа атомов (молекул) в данном теле к числу атомов в 0,012 кг углерода: ν=Ν/Ν_А

Число атомов в 0,012кг углерода называют постоянной Авогадро N_A=6,023*10²³ моль^-1. Столько атомов или молекул содержит 1 моль любого вещества.

Массу одного моля какого - либо вещества называют молярной массой М. Между молярной и относительной молекулярной массами есть связь: М= М_r*10 ^-3 .

С помощью данных понятий можно установить связь между количеством вещества, его массой и молярной массой, числом молекул в произвольном количестве вещества .

ЗАДАНИЕ 1. Установите вышеуказанные связи между величинами, характеризующими молекулы, или найдите их в учебнике физики для 10 класса и составьте таблицу (например):

Подобную таблицу полезно сделать по всем разделам физики.

ЗАДАНИЕ 2. Решите упражнения с помощью полученной таблицы:

1. Какое количество вещества и сколько молекул содержится в 1,6кг кислорода? (50 моль, 3*10²⁵)

2. Вычислите массу молекулы азота. (4,6*10^-23 г)

3. Плотность алмаза 3500кг/м³. Какой объём займут 10²² атомов этого вещества? (5,7*10^-8м³) Указание: выразите плотность через массу одной молекулы и концентрацию.

Занятие №2 Основное уравнение МКТ идеального газа.

Вещество может находиться в твердом, жидком и газообразном состояниях. МКТ устанавливает количественную связь между макроскопическими величинами, характеризующими газ (давление, температура), и микроскопическими величинами, характеризующими движение молекул (скорость молекул, их кинетическая энергия). Для рассмотрения свойств газов используют модель газа – идеальный газ. Идеальный газ – это модель газа, в которой пренебрегают взаимодействием молекул друг с другом на расстоянии.

Одним из первых и важных успехов МКТ было количественное объяснение давления на стенки сосуда. Давление газа создаётся ударами молекул о стенку. Движущиеся молекулы обладают кинетической энергией. Поэтому между давлением газа и средней кинетической энергией поступательного движения есть зависимость, которую называют основным уравнением МКТ идеального газа.

Давление идеального газа пропорционально произведению концентрации молекул и средней кинетической энергии поступательного движения: p =2/3nĒ. Это уравнение устанавливает связь между макроскопическим параметром – давлением и микроскопическим параметром – средней кинетической энергией молекул: Ē=m₀v²/2. Средняя кинетическая энергия молекул газа пропорциональна абсолютной температуре: Ē=3/2кТ, где к – постоянная Больцмана, Т – термодинамическая температура. Эта формула говорит о том, что термодинамическая температура является мерой средней кинетической энергии поступательного движения молекул идеального газа.

Логично сделать заключение о том, что давление идеального газа пропорционально его термодинамической температуре и концентрации молекул: р=nкТ

ЗАДАНИЕ №1. Дополните таблицу новыми формулами по данной теме.

ЗАДАНИЕ №2. Выполните упражнения:

1.Чему равна средняя кинетическая энергия молекул водорода при температуре 300К, если: а) количество вещества равно 1 моль; б) масса водорода равна 1кг? (3738Дж; 1,87*10⁷Дж)

2.Средняя кинетическая энергия молекул газа равна 6*10-²¹Дж, концентрация молекул – 3*10²⁵м^-3. Чему равно давление газа? (1,2*10⁵Па)

3. Современные вакуумные насосы позволяют понижать давление до 1.3*10^-10Па. Сколько молекул газа содержится в 1 см³ при указанном давлении и температуре 27ºС ? (3,14*10⁴)

Занятие №3 Уравнение состояния идеального газа. Газовые законы.

Уравнение, связывающее три макроскопических параметра p, V и T, характеризующие состояние данной массы достаточно разряженного газа, называют уравнением состояния идеального газа: pV = mRТ/M. Это уравнение может иметь вид: pV/T = const. (Примечание: не путайте уравнение состояния идеального газа с основным уравнением МКТ.)

С помощью уравнения состояния идеального газа можно исследовать процессы, в которых масса и один из трёх параметров – p, V, T – остаются неизменными. Процессы, протекающие при неизменном значении одного из параметров, называют изопроцессами.

Изотермический процесс – процесс изменения состояния термодинамической системы при постоянной температуре. В любом состоянии с неизменной температурой произведение давления данной массы газа на его объем одно и то же: pV=const при T=const. Этот закон носит название закона Бойля – Мариотта.

Изобарный процесс - процесс изменения состояния термодинамической системы при постоянном давлении. Для газа данной массы отношение объёма к температуре постоянно, если давление газа не меняется.: V/T=const при р = const. Этот закон носит название закона Гей-Люссака.

Изохорный процесс - процесс изменения состояния термодинамической системы при постоянном объёме. Для данной массы газа отношение давления к температуре постоянно, если объём газа не меняется: p/T= const при V= const. Этот закон носит название закона Шарля.

В задачах на использование газовых законов встречаются обычно следующие ситуации:

а) известны макроскопические параметры в начальном состоянии и некоторые в конечном состоянии или меняются все три параметра , то надо использовать уравнение состояния идеального газа;

б) если при переходе из начального состояния в конечное не меняется один из параметров, то используют законы изопроцессов;

в) во многих задачах требуется построение графиков, изображающих разного рода процессы или чтение их, тогда нужно знать зависимость параметров друг от друга. Эта зависимость в общем виде дается уравнением состояния, а в частном случае – газовыми законами.

При решении задач надо четко представлять себе, каково начальное состояние системы и какого рода процесс переводит её в конечное состояние.

ЗАДАНИЕ №1 Выпишите все газовые законы в таблицу.

ЗАДАНИЕ №2 Постройте графики изопроцессов или найдите их учебнике физики для 10 класса и проанализируйте.

ЗАДАНИЕ №3 Выполните упражнения:

1. Определите температуру газа аммиака NH₃, находящегося по давлением 2,1*10⁵ Па, если его объём 0,02 м³, а масса 0,03кг.(286К)

2. Какой объём займет азот при 273ºС, если при 0ºС его объём был 5м³? Давление газа постоянно.( 10м³)

3. Как изменится давление газа в цилиндре, если уменьшить объём газа, переместив поршень на половину высоты цилиндра? Температура газа постоянна.

4. Постройте изотермы для 2г водорода при 0 ºС в координатах p,V; V,T; p, T.

5. При переходе определенной массы газа из одного состояния в другое его давление уменьшается, а температура увеличивается. Как меняется его объём?

Занятие №4 Элементы термодинамики.

Вещество обладает многими свойствами, которые можно изучать, не углубляясь в его строение. Тепловые явления можно описывать с помощью величин, регистрируемых такими приборами, как манометр и термометр, которые не реагируют на воздействие отдельных молекул.

Термодинамика – это теория тепловых явлений, в которой не учитывается молекулярное строение тел. Термодинамика строится на основе фундаментальных законов, которые являются обобщением многочисленных наблюдений и результатов экспериментов.

Нулевой закон термодинамики: изолированная система при неизменных внешних условиях с течением времени всегда приходит в состояние теплового равновесия и никогда самопроизвольно не выходит из него.

Уравнение теплового баланса: в изолированной системе суммарное количество теплоты, отданное одними телами и полученное другими телами, равно нулю Q_отд+ Q_пол =0.

Любое макроскопическое тело обладает внутренней энергией. Внутренняя энергия тела равна сумме кинетических энергий хаотического теплового движения всех молекул относительно центра масс этого тела и потенциальных энергий взаимодействия всех молекул между собой.

Внутренняя энергия идеального газа представляет собой сумму кинетических энергий беспорядочного движения его молекул, так как молекулы идеального газа не взаимодействуют друг с другом и их потенциальная энергия равна нулю. Для идеального одноатомного газа внутренняя энергия равна U=3/2*m/M*RT.

Внутренняя энергия тел может изменяться в процессе совершения работы над телом или самим телом и передачей тепла.

Существуют три вида теплопередачи: теплопроводность, ковекция и излучение.

Количественную меру изменения внутренней энергии при теплообмене называют количеством теплоты.

Количество теплоты, необходимое для нагревания тела в пределах одного агрегатного состояния, рассчитывается по формуле: Q = cm(t₂ - t₁), где с – удельная теплоёмкость вещества,

Количество теплоты, необходимое для плавления тела при температуре плавления, рассчитывается по формуле: Q=λm, где λ – удельная теплота плавления.

Количество теплоты, необходимое для испарения, рассчитывается по формуле: Q=r m, где r – удельная теплота плавления.

Работа в термодинамике: работа при изобарном расширении газа равна произведению давления газа на изменение его объёма: A_г=p(V₂ - V₁)=pΔV.

В общем случае, работа численно равна площади фигуры, ограниченной графиком зависимости давления от объёма, отрезками, соответствующими объёму в начальном и конечном состояниях, и осью объема.

Закон сохранения и превращения энергии, распространённый на тепловые явления, носит название первого закона термодинамики.

Изменение внутренней энергии системы при переходе ее из одного состояния в другое равно сумме работы внешних сил и количества теплоты, переданного системе: ΔU=A+Q . Или другой вариант: количество теплоты, переданное системе, идет на изменение её внутренней энергии и на совершение системой работы над внешними телами Q=ΔU+A_г.

Применение первого закона термодинамики к изопроцессам:

а) изотермический процесс: Т = const, ΔU=0, следовательно, Q=A_г;

б) изохорный процесс: V= const, ΔV=0, A_г=0. ΔU=Q;

в) изобарный процесс: p= const, Q=ΔU+A_г;

г) адиабатный процесс: Q = 0, ΔU=А. Напомним: А_г = -А.

Второй закон термодинамики: невозможен процесс, при котором теплота переходила бы самопроизвольно от тел с более низкой температурой к телам с более высокой температурой.

Для того, чтобы превратить часть внутренней энергии в механическую, чаще всего используют тепловые двигатели.

Коэффициентом полезного действия теплового двигателя называют отношение работы, совершаемой двигателем, к количеству теплоты, полученному от нагревателя: ή=A/Q₁. Максимальный КПД = 1 - Т₂/Т_1. Тепловой двигатель состоит из рабочего тела, нагревателя и холодильника.

При сжигании топлива получаем количество теплоты: Q = mq, где q – удельная теплота сгорания топлива.

Общий закон сохранения энергии: энергия в природе не возникает из ничего и не исчезает; она может только переходить из одной формы в другую.

ЗАДАНИЕ №1. Дополните свою таблицу новыми формулами.

ЗАДАНИЕ №2. Заполните таблицу ( расставьте знаки указанных величин и в соответствии с ними запишите 1 закон термодинамики).

ЗАДАНИЕ №3. Выполните упражнения.

1. По какой формуле можно рассчитать удельную теплоёмкость вещества?

2. Насколько изменилась внутренняя энергия гелия массой 200г при увеличении температуры на 20ºC? ( 12450 Дж).

3. Над идеальным газом внешние силы совершили работу 300 Дж, а его внутренняя энергия уменьшилась на 200Дж. Что происходит в этом случае с газом?

4. В каком тепловом процессе внутренняя энергия идеального газа постоянной массы не изменяется при переходе из одного состояния в другое?

5. Идеальная тепловая машина имеет кпд 30%. Температура холодильника 280 К. Чему равна температура нагревателя?(400 К)

6. Смешали кипяток с водой, имеющей температуру 20 ºC. Температура смеси оказалась равной 40ºC. Какова масса кипятка, если масса холодной воды 6 кг? (2 кг)

7. Какое количество теплоты нужно сообщить 2 моль криптона, чтобы увеличить его объём в три раза при постоянном давлении? Начальная температура газа Т₀. (83,1Т₀)

8. В изотермическом процессе газ получил количество теплоты 200Дж. После этого в адиабатном процессе он совершил работу в два раза большую той, которую он совершил в первом процессе. Каково изменение внутренней энергии газа в результате этих двух процессов? (-2 Q)

Занятие №5 Свойства твердых тел.

Твердые тела делятся на два вида: кристаллические и аморфные. Главное отличие кристаллических тел от аморфных состоит в том, что кристаллические тела имеют пространственную решетку, а аморфные тела её не имеют. Следствие этого – правильная форма у кристаллов и отсутствие её у аморфных тел. Кристаллическое твердое тело, представляющее собой один кристалл, называют монокристаллом. Твердое тело, состоящее из множества маленьких кристалликов называют поликристаллическим.

Физические свойства монокристаллов различны по направлениям внутри кристалла. Это явление называют анизотропией кристаллов. Поликристаллическое твердое тело не обладает анизотропией.

Физические свойства аморфных тел по всем направлениям одинаковы, т. е. аморфные тела являются изотропными.

Значительное отличие кристаллических тел от аморфных обнаруживается в процессах плавления и отвердевания. Кристаллические тела плавятся и отвердевают при определенной для каждого вещества температуре, называемой температурой плавления. Аморфные тела не имеют определенной температуры плавления или затвердевания.

Плавлением называют переход вещества из кристаллического состояния в жидкое состояние. Температура кристаллического тела при плавлении не повышается, так как вся подводимая энергия идет на разрушение кристаллической решетки тела. При плавлении внутренняя энергия тела возрастает за счет увеличения потенциальной энергии взаимодействия молекул. Кинетическая же энергия молекул при этом не меняется, поэтому температура тела во время его плавления остается постоянной.

Переход вещества из жидкого состояния в твердое кристаллическое состояние называют кристаллизацией.

В твердых телах может происходить процесс сублимации – испарение с поверхности твердого тела.

Деформацией твердого тела называется изменение формы или объёма тела. Различают несколько видов деформаций: растяжения (сжатия), сдвига, изгиба, кручения.

Если к однородному стержню, закрепленному на одном конце, приложить силу вдоль оси стержня в направлении от него, то стержень подвергнется деформации растяжения. Деформацию растяжения характеризуют абсолютным удлинением Δ l = l – l₀ и относительным удлинением ε =Δ l/l_0, где l₀ - начальная длина, а l – конечная длина стержня.

В любом сечении деформированного тела действуют силы упругости, препятствующие разрыву тела на части. Состояние деформированного тела характеризуют величиной, называемой механическим напряжением.

Напряжение – величина, равная отношению модуля F силы упругости к площади поперечного сечения S тела: σ =F/S. При малых деформациях напряжение σ прямо пропорционально относительному удлинению ε: σ =Е|ε|, Е – модуль упругости или модуль Юнга (в табл.)

Тело из любого материала при малых деформациях ведет себя как упругое. Его размеры и форма восстанавливаются при снятии нагрузки. Материалы, у которых небольшие нагрузки вызывают пластические деформации, называют пластичными.

ЗАДАНИЕ №1. У кристаллических тел существуют четыре типа пространственных решеток. Установите типы решеток и их отличие (вам поможет в этом вопросе химия). Какие частицы находятся в узлах решетки металла?

ЗАДАНИЕ №2. Вспомните свойства твердого тела и объясните их.

ЗАДАНИЕ №3. Решите задачи.

1.Под действием силы 100Н проволока длиной 5м и площадью поперечного сечения 2,5 мм² удлинилась на 1 мм. Определите напряжение, испытываемое проволокой, и модуль Юнга. (40 МПа; 2*10¹¹Па).

2.Чему равно относительное укорочение стального стержня, сжатого силой 314 кН, если диаметр стержня 2 см, а его модуль Юнга = 2*10¹¹ Па? (0,005 ).

Занятие №6 Свойства жидкостей.

По своим физическим свойствам жидкости занимают промежуточное положение между реальными газами и твердыми телами. Подобно твердым телам и в отличие от газов жидкости сохраняют свой объём.

На границе с газом жидкости образуют свободную поверхность. Особыми свойствами обладает поверхностный слой жидкости, имеющий толщину, равную радиусу сферы молекулярного действия. Наблюдения показывают, что со стороны молекул поверхностного слоя жидкости на каждый элемент длины произвольной линии, расположенной в этом слое, действует сила, перпендикулярная этому элементу длины и направленная по касательной к поверхности жидкости. Эту силу называют силой поверхностного натяжения.

Поверхностный слой ведет себя подобно растянутой резиновой пленке, т. е. все время стремиться сократить площадь своей поверхности до минимальных размеров, возможных при данном объеме. Сравнивая поверхностный слой жидкости с резиновой пленкой, необходимо помнить, что сходство между ними является внешним, так как в отличие от сил упругости сила поверхностного натяжения не уменьшается при сокращении площади поверхности пленки.

Установлено, сила ƒ_н поверхностного натяжения пропорциональна длине l произвольной линии, находящейся в поверхностном слое жидкости: ƒ_{н =} αl, где α – коэффициент пропорциональности, называемый поверхностным натяжением.

Значение поверхностного натяжения зависит от вещества жидкости, температуры и от наличия примесей. С увеличением температуры поверхностное натяжение уменьшается, при критической для данной жидкости температуре её поверхностное натяжение становится равным нулю. Наличие примесей уменьшает поверхностное натяжение. Вещества, приводящие к ослаблению поверхностного натяжения жидкости, называют поверхностно-активными для данной жидкости, например, для воды – спирт, мыло, стиральные порошки.

В зависимости от характера взаимодействия между молекулами жидкости и твердого тела на границе их соприкосновения наблюдают явления смачивания или несмачивания. Если силы притяжения между молекулами жидкости и твердого тела больше сил притяжения молекул жидкости, то наблюдается явление смачивания. Если силы притяжения между молекулами жидкости и твердого тела меньше сил притяжения молекул жидкости, то наблюдается явление несмачивания.

С явлениями смачивания и несмачивания связано явление капиллярности: при капиллярности жидкость поднимается или опускается в трубках очень малого диаметра – капиллярах. При смачивании жидкость в капилляре поднимается относительно уровня жидкости в сосуде, а при несмачивании – опускается. Высоту подъёма или опускания жидкости в капилляре вычисляют по формуле: h = 2α/ρ_жg r, где α – коэффициент поверхностного натяжения, r- радиус капилляра, ρ_ж - плотность жидкости.

ЗАДАНИЕ №1 Выполните упражнения.

1.Определите поверхностное натяжение керосина, если на периметр поверхностного слоя длиной 1,5 м действует сила поверхностного натяжения 3,6*10 ^-2 Н. (2,4*10 ^-2 Н/м)

2. Поверхностное натяжение жидкого олова равно 5,26*10 ^-5 Н/м. Определите силу поверхностного натяжения олова, действующую на периметр поверхностного слоя длиной 50 см. (2,63*10 ⁵ Н)

3. Деревянная палочка длиной 4см плавает на поверхности воды. С одной стороны осторожно налили мыльный раствор. Какова результирующая сил поверхностного натяжения воды и мыльного раствора? С каким ускорением начнет двигаться палочка, если её масса 2г? Сопротивлением воды при движении палочки пренебречь. Поверхностное натяжение воды равно 7,2* 10 ^-2 Н/м, мыльного раствора – 4*10 ^-2 Н/м. (1,28 мН; 0,64 м/с²)

4. Смачиваемый водой кубик массой 0,02 кг плавает на поверхности воды. Ребро кубика имеет длину 0,03 м. На каком расстоянии х от поверхности воды будет находиться нижняя грань кубика? (23мм)

Занятие №7 Взаимные превращения жидкостей и газов.

Процесс перехода вещества из жидкого состояния в газообразное, происходящий путем вылета молекул из этого вещества, называют парообразованием. Совокупность молекул, вылетевших из вещества, называют паром этого вещества. При определенных условиях наблюдают и обратный процесс – переход газообразного вещества в жидкое состояние. Этот процесс называют конденсацией.

Парообразование, происходящее с открытой поверхности вещества при любой температуре, называют испарением.

Установлены следующие закономерности испарения:

а) при одинаковых условиях различные вещества испаряются с различной скоростью;

б) чем больше площадь испаряющей поверхности, тем быстрее происходит испарение;

в) скорость испарения зависит от плотности паров над открытой поверхностью жидкости; испарение усиливается при движении окружающего воздуха;

г) чем выше температура жидкости, тем быстрее происходит испарение;

д) при испарении температура жидкости понижается;

е) испарение продолжается до тех пор, пока все вещество не испарится.

Наблюдения показывают, что если некоторое количество жидкости находится при постоянной температуре в закрытом сосуде, то часть жидкости превращается в пар, а в дальнейшем количество жидкости остается неизменным. Объясняется это тем, что одновременно с процессом парообразования происходит и обратный процесс – конденсация. Через некоторое время из жидкости начинает вылетать столько же молекул, сколько возвращается в нее. Между жидкостью и паром устанавливается динамическое равновесие, при котором плотность пара над жидкостью становится постоянной. Пар, находящийся в состоянии динамического равновесия со своей жидкостью, называют насыщенным.

Наблюдения показывают, что давление насыщенного пара зависит только от вещества, из которого он состоит, и от температуры, но не зависит от объема свободной от жидкости части сосуда, в котором находится пар. Давление насыщенного пара может быть приближенно определено по формуле p=nkT, где n – концентрация молекул, k – постоянная Больцмана, T- температура.

Пар, не находящийся в состоянии динамического равновесия со своей жидкостью, называют ненасыщенным. Давление и плотность ненасыщенного пара зависят от вещества, из которого состоит пар, от температуры, а также от объёма, в котором пар находится.

Переход ненасыщенного пара в насыщенный, а затем в жидкость, ровно как обратный переход жидкости в насыщенный и ненасыщенный пары, может происходить двумя путями – при изменении объёма пара и изменении температуры.

При уменьшении объёма ненасыщенного пара при постоянной температуре его давление возрастает до тех пор, пока пар не станет насыщенным. Увеличение объёма при неизменной температуре приводит к тому, что пар становится ненасыщенным.

Если охлаждать ненасыщенный пар при постоянном давлении, то он становится насыщенным, а затем конденсируется в жидкость. Если жидкость нагревать, происходит процесс парообразования, вначале пар является насыщенным, а затем становится ненасыщенным.

Температуру, при которой исчезает различие между жидкостью и её насыщенным паром, называют критической.

Парообразование, происходящее одновременно с поверхности и по всему объёму жидкости при определенной постоянной температуре, называют кипением.

Кипение начинается тогда, когда давление насыщенного пара внутри пузырьков становится равным или большим внешнего давления, производимого на пузырьки пара в жидкости. Поэтому температура кипения жидкости зависит от давления. Температура кипения зависит также от наличия примесей в жидкости.

Количество теплоты, необходимое для превращения в пар 1кг данной жидкости при постоянной температуре кипения, называют удельной теплотой парообразования: r = Q/m. Удельная теплота парообразования уменьшается с ростом температуры и при критической температуре становится равной нулю.

Содержание в воздухе водяных паров характеризуют понятием влажности воздуха.

Абсолютной влажностью воздуха называют величину, численно равную массе водяного пара, содержащегося в 1 м³ воздуха. Абсолютную влажность воздуха выражают в граммах на метр кубический.

Относительной влажностью воздуха называют величину, равную отношению абсолютной влажности к плотности насыщенного водяного пера при данной температуре: φ=ρ/ρ_н. В метеорологии понятие относительной влажности устанавливают по формуле: φ=p/p_н*100%, где p - парциальное давление водяного пара, p_н – давление насыщенного пара при той же температуре.

Измеряют влажность воздуха с помощью гигрометров и психрометров.

ЗАДАНИЕ №1 Выясните, что такое точка росы.

ЗАДАНИЕ №2 Выясните, что такое парциальное давление водяного пара и как его называют по-другому.

ЗАДАНИЕ №3 Выполните упражнения.

1. Как будет меняться температура кипения и удельная теплота парообразования воды, если сосуд с водой опускать в глубокую шахту?

2. С помощью гигрометра была определена точка росы; она оказалась равной 10◦С. Найти относительную влажность воздуха, если его температура 20◦С(воспользуйтесь таблицей «Давление насыщенных паров воды»).

3. В комнате объёмом 120 м³ при температуре 15◦С относительная влажность 60%. Определите массу водяных паров в воздухе комнаты. Давление насыщенных паров при температуре 15◦С равно 12,8 мм рт. ст.(0,92 кг).

Итоговый тест по курсу «Молекулярная физика. Термодинамика»

А1. В каком состоянии находится вещество, в котором расстояние между молекулами много больше размеров самих молекул и они быстро распределяются по всему сосуду?

1) жидком 2) твердом 3) газообразном 4) плазменном

А2 Если положить овощи в соленую воду, то через некоторое время они становятся солеными. Какое явление объясняет этот факт?

1) броуновское движение 2) диффузия 3) конденсация 4) сублимация

А3 В баллоне находится 600г водорода. Какое количество вещества это составляет?

1) 0,3 2) 3*10⁵ 3) 300 4) 600

А4 При уменьшении объема идеального газа в 2 раза и увеличении его абсолютной температуры в 4 раза давление газа

1) увел. в 8 раз 2) увел. в 2 раза 3) не изменилось 4) умен. в 2 раза

А5 Средняя кинетическая энергия идеального газа увеличилась в 2 раза. Как при этом изменилось давление газа?

1) умен. в 3 раза 2) умен. в 2 раза 3) увел. в 2 раза 4) увел. в 4 раза

А6 В сосуде при температуре Т находятся 3 моль водорода. Какова температура 3 моль кислорода в сосуде того же объема и при том же давлении?

1) 32Т 2) 16Т 3) 2Т 4) Т

А7 Объем 12 моль азота в сосуде при температуре 300К и давлении 10⁵ Па равен V. Чему равен объем 1 моля азота при таком же давлении и вдвое большей температуре?

1) V/12 2) V/6 3) 12V 4) 2V

А8 Найдите закон Гей-Люссака.

1) PV = const 2) P/T = const 3) V/T = const 4)PV/T = const

А9 Внутренняя энергия газа в запаянном несжимаемом сосуде определяется главным образом

1) движением сосуда с газом 2) хаотическим движением молекул газа

3) взаимодействием молекул газа с Землей 4) действием внешних сил

А10 В каком тепловом процессе внутренняя энергия идеального газа постоянной массы не изменяется при переходе из одного состояния в другое?

1) изотермическом 2) изобарном 3) изохорном 4) адиабатном

А11 Тело А находится в тепловом равновесии с телом С, а тело В не находится в тепловом равновесии с телом С. Найдите верное утверждение.

1. температуры тел А и С не одинаковы

2. температуры тел А, С и В одинаковы

3. тела А и В находятся в тепловом равновесии

4. температуры тел А и В не одинаковы

А12 Идеальный газ получил количество теплоты 100Дж и при этом внутренняя энергия газа уменьшилась на 100Дж. Работа, совершенная газом, равна

1) 100 Дж 2) 200 Дж 3) -200 Дж 4) 0 Дж

А13 Идеальная тепловая машина с КПД 20% за цикл работы отдает холодильнику 80 Дж. Какую полезную работу машина совершает за цикл?

1) 100 Дж 2) 64 Дж 3) 20 Дж 4) 16 Дж

А14 При теплопередаче твердому телу массой m количества теплоты Q температура тела повысилась на T. Какое из приведенных ниже выражений определяет удельную теплоемкость вещества этого тела?

1) Q/m 2) Q/T 3) Q/mT 4) QmT

А15 Какое свойство отличает монокристалл от аморфного тела?

1) прочность 2)электропроводность 3) прозрачность 4) анизотропность

А16 Молекулы вещества находятся на расстояниях, сравнимых с диаметром молекулы, и образуют ближний порядок в расположении, но не имеют дальнего, колеблются и совершают скачки в направлении внешней силы. Какое состояние вещества соответствует данному описанию?

1) жидкое 2) твердое 3) газообразное 4) аморфное

А17 При отвердевании 100кг стали при температуре плавления выделяется 8,2 МДж. Чему равна удельная теплота плавления стали?

1) 8200 Дж/кг 2) 82 кДж/кг 3) 8,2* 10⁸ Дж/кг 4) 82 МДж/кг

А18 В теплую комнату внесли тающий лед. Как изменится его внутренняя энергия к моменту времени, когда он полностью растает?

1) не изменится 2) увеличится 3) уменьшится 4) невозможно определить

А19 Удельная теплота парообразования воды равна 2,3*10⁶ Дж/кг. Это означает, что для превращения воды

1. любой массы при температуре кипения в пар требуется 2,3*10⁶ Дж энергии

2. массой 2,3*10⁶ кг при температуре кипения в пар требуется 2,3*10⁶ Дж энергии

3. массой 1кг при температуре кипения в пар требуется 2,3*10⁶ Дж энергии

4. любой массы при любой температуре в пар требуется 2,3*10⁶ Дж энергии

А20 Температура кипения воды в чайнике существенно зависит от

1. от мощности нагревателя

2. атмосферного давления

3. вещества сосуда, в котором нагревается вода

4. начальной температуры воды

А21 Относительная влажность воздуха в помещении равна 70%, парциальное давление паров воды 13,9 мм. рт. ст. Пользуясь таблицей давления насыщенных паров воды, определите температуру воздуха в помещении.

1) 16◦С 2) 17◦С 3) 22◦С 4) 25 ◦С

В1 В сосуде под поршнем находится идеальный газ. Если давление газа увеличить при постоянной температуре, то как изменятся величины: объем сосуда, плотность газа и его внутренняя энергия? Для каждой величины определите характер её изменения:

1) увеличилась 2) уменьшилась 3) не изменилась

Цифры в ответе могут повторяться .

В2 Одноатомный газ неизменной массы в изотермическом процессе совершает работу А_г 0. Как меняются в этом процессе объем, давление и внутренняя энергия газа?

1) увеличивается 2) уменьшается 3) не изменяется

В таблицу впишите цифры. Цифры в ответе могут повторяться.

В3 При быстром движении поршня в цилиндре дизельного двигателя объем воздуха уменьшился. Установите соответствие между физическими величинами и их изменениями:

Физические величины Их изменения

А) Давление 1) Увеличение

Б) Температура 2) Уменьшение

В) Внутренняя энергия 3) Неизменность

Цифры могут повторяться.

В4 Установите соответствие между физическими величинами, характеризующими изохорный процесс охлаждения воздуха, перечисленными в первом столбце, и их изменениями во втором столбце.

Физические величины Их изменения

А) Давление 1) Увеличение

Б) Объем 2) Уменьшение

В) Температура 3) Неизменность

Г) Внутренняя энергия

Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой величины.

С1 Сосуд с азотом при нормальных условиях движется со скоростью 100 м/с. Какой будет максимальная температура азота при внезапной остановке сосуда? Удельная теплоемкость азота при постоянном объеме равна 745 Дж*кг/град. Ответ записать в кельвинах.

С2 Воздушный шар объёмом 2500 м³ с массой оболочки 400 кг имеет внизу отверстие, через которое воздух в шаре нагревается горелкой. До какой минимальной температуры нужно нагреть воздух в шаре, чтобы шар взлетел вместе с грузом массой 200 кг? Температура окружающего воздуха 7◦С, его плотность 1,2 кг/м³. Оболочку шара считать нерастяжимой.

С3 Один моль идеального газа одноатомного газа сначала изотермически расширился (Т₁ =300К). Затем газ изохорно охладили , понизив давление в 3 раза. Какое количество теплоты отдал газ при изохорном охлаждении?

С4 В вертикальном цилиндрическом сосуде под поршнем массой 10 кг и площадью сечения 20 кв. см. находится идеальный одноатомный газ. Первоначально поршень находился на высоте Н₀ = 20 см, а после нагревания газа поднялся на высоту Н = 25 см. Какое количество теплоты сообщили газу в процессе нагревания? Атмосферное давление 10⁵ Па.

Ответы к тесту.

Указания к выполнению части С.

1.При решении С1 используйте закон сохранения и превращения энергии.

2.Начните решать С2 с рисунка по условию задачи, расставьте на нем все силы, запишите условие при котором шар начнет подниматься. Вам понадобится ещё уравнение состояния идеального газа.

3.При решении С3 используйте уравнение состояния идеального газа и первый закон термодинамики.

4.В задании С4 полезно вспомнить, что такое давление в механике.