WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 8 |
Елабужский государственный педагогический институт.

Ф.М.САБИРОВА, А.В.АКУЛИНИНА МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ ПО КУРСУ ОБЩЕЙ ФИЗИКИ МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА ТЕРМОДИНАМИКА ДЛЯ СТУДЕНТОВ НЕФИЗИЧЕСКИХ СПЕЦИАЛЬНОСТЕЙ И ЗАОЧНЫХ ОТДЕЛЕНИЙ Елабуга 2003 2 67 Ответы 65 Список литературы 65 Печатается по решению Ученого совета Елабужского государственного педагогического института от 22 февраля 2003 г.

Кафедра общей физики Рецензенты:

зав.кафедрой общей физики, канд. физ.-мат. наук, доцент ЕГПИ Сабирова Файруза Мусовна., Акулинина Александра Васильевна.

Методическое пособие по курсу общей физики Насыбуллин Р.А., Молекулярная физика. Термодинамика.

преподаватель Елабужского филиала КГТУ им. Туполева Учебно-методическое пособие для студентов нефизических специальностей и заочных отделений педвуза..

Кузнецова И.В.

Технический редактор Сабирова Ф.М.

---------------------- Акулинина А.В., Сабирова Ф.М. Методическое пособие по курсу Сдано в печать 6.03.2003г. Формат 84х108/82. Объем 4,5 п.л. Тираж 300 экз. Отпечатано 10.03.2003 г. Типография ЕГПИ.

общей физики. Молекулярная физика. Термодинамика./ Учебно Издательство ЕГПИ. 423630, г.Елабуга, ул.Казанская, 89.

методическое пособие для студентов нефизических специальностей и заочных отделений. – Елабуга: изд-во Елабужского пед. ин-та, 2003.– 66 с.

Елабужский государственный педагогический институт, 2003 © 66 3 8. Чертов А.Г., Воробьев А.А. Задачник по физике. - Предисловие.

М.:Высшая школа, 1981. Предлагаемое учебно-методическое пособие предназначено для оргаОглавление.

низации самостоятельной и аудиторной работы на лекционных и практических занятиях по курсу общей физики со студентами заочных отделений Предисловие 3 технико-экономического и физико-математического факультетов педаго1. Введение. Статистический и термодинамический методы исследования гического института. Оно написано по разделу “Молекулярная физика.

вещества. Термодинамика” в соответствии с государственными образовательными Тема 1. ОСНОВЫ МОЛЕКУЛЯРНО-КИНЕТИЧЕСКОЙ ТЕОРИИ ГАЗОВ.

стандартами высшего профессионального образования. Теоретический и 2. Идеальный газ. Параметры состояния идеального газа. практический материал и распределен по четырем темам: основы молеку3. Основное уравнение кинетической теории газов. лярно-кинетической теории газов; явления переноса в газах; основы начало 4. Средняя кинетическая энергия поступательного движения молекул. Темпе- ратура. Закон Дальтона. 7 термодинамики; реальные газы и жидкости, фазовые переходы.. По трем 5. Газовые законы. Уравнение Менделеева-Клапейрона. из перечисленных тем приведены блоки, посвященные решению задач, 6. Распределение скоростей молекул по Максвеллу. которые состоят из примеров решения задач и подборки задач для само7. Идеальный газ в силовом поле. Барометрическая формула. Закон распреде- стоятельного решения. Данное пособие рекомендовано для студентов спеления Больцмана. циальностей с ограниченным число часов по физике, а также студентов 8. Распределение энергии по степеням свободы. заочной формы обучения. В данном случае предполагается возможность Решение задач по теме 1. части материала пособия для самостоятельного изучения.

Тема 2. ЯВЛЕНИЯ ПЕРЕНОСА В ГАЗАХ 9. Понятия о явлениях переноса. Средняя длина свободного пробега, эффек- Введение тивный диаметр молекул. 1. Статистический и термодинамический 10. Диффузия. 11. Вязкость (внутреннее трение). Теплопроводность. методы исследования вещества.

Тема 3.Основы ТЕРМОДИНАМИКИ 12. Основные термодинамические понятия. Внутренняя энергия термодина- Молекулярная физика и термодинамика – разделы физики, в котомической системы. рых изучаются макроскопические процессы в телах, связанные с огромным 13. Первое начало термодинамики. Работа, совершаемая газом при изменени- числом содержащихся в телах атомов и молекул. Примером макроскопичеях объема. ских систем могут служить газы, жидкости, твердые тела, плазма. Для ис14. Теплоемкость газов. Уравнение Майера. Теплоемкость идеального двух- следования макроскопических процессов применяют два качественно разатомного газа.

личных и взаимно дополняющих друг друга метода: статистический (мо15. Первое начало термодинамики в изопроцессах. лекулярно-кинетический) и термодинамический. Первый лежит в основе 16. Адиабатный процесс. 17. Круговой процесс. Тепловая машина. 34 молекулярной физики, второй – термодинамики.

18. Второе начало термодинамики. Обратимые и необратимые процессы. Молекулярная физика – раздел физики, изучающий строение и свой19. Цикл Карно. ства вещества исходя из молекулярно-кинетических представлений, осно20. Энтропия. Приведенная теплота. вывающихся на том, что все тела состоят из молекул, находящихся в не21. Изменение энтропии при некоторых процессах. прерывном хаотическом движении и взаимодействующих между собой по Решение задач по теме 3. определенным законам. Здесь макроскопические свойства тел рассматриТема 4. РЕАЛЬНЫЕ ГАЗЫ И ЖИДКОСТИ.

ваются как проявление суммарного действия молекул. При этом в теории 22. Реальные газы. Уравнение Ван-дер-Ваальса. пользуются статистическими методом, интересуясь не движением от23. Внутренняя энергия реального газа. дельных молекул, а лишь такими средними величинами, которые характе24. Свойства жидкого состояния вещества. 25. Поверхностный слой. Поверхностная энергия. Поверхностное натяжение. 52 ризуют движение огромной совокупности частиц. Отсюда другое ее назва26. Явления на границе жидкости и твердого тела. ние - статистическая физика.



27. Давление под искривленной поверхностью жидкости. Капиллярность. Термодинамика – раздел физики, изучающий общие свойства макро28. Равновесие фаз. Фазовые переходы. Диаграмма состояния. скопических систем, находящихся в состоянии термодинамического равРешение задач по теме 4. новесия, и процессы перехода между этими состояниями. Термодинамика 4 не рассматривает микропроцессы, которые лежат в основе этих превраще- 4.13. Две вертикальные параллельные друг другу стеклянные пластиний. Этим термодинамический, или феноменологический, метод отличает- ны частично погружены в воду. Расстояние между пластинами d=0,1 мм, ся от статистического. В основе термодинамического метода лежат два их ширина l=12 см. Считая, что вода между пластинами не доходит до их положения, являющиеся обобщением опыта многовековой деятельности верхних краев и что смачивание полное, найти силу, с которой они притячеловека и подтвержденные практикой. Преимущества термодинамическо- гиваются друг к другу.

го метода в весьма большой общности получаемых выводов.

Оба метода изучения физических явлений дополняют друг друга.

Нельзя, например, излагать вопросы молекулярной физики, не обращаясь к Ответы.

понятиям термодинамики. В то же время, нельзя понять природу тех или 1.1. 31л 1.3. 1400К. 1.4. 20м. 1.5. 1,95 кг/м3. 1.6. 1,48.10-3кг. 1.7.

иных явлений, описываемых в термодинамике без использования молеку29.10-3кг/моль, 1,2 кг/м3, 21 кПа, 79 кПа. 1.8. 0,48кг/м3 1.9. р=(р1V1+р2V2+ лярных представлений.

+р3V3)/(V1+V2 + V3)=2.105 Па. 1.14. 3,3.1019 м-3. 1.15. 0,1моль, 3,2 г, 2,68.1025 м-3.

Основными параметрами вещества в молекулярно-кинетической тео1.16. 4,14 кПа. 1.17. 8,28.10-21Дж, 13,8.10-21 Дж, 16,6.10-21 Дж. 1.18. 2 км/с. 1.19.

рии (МКТ) являются параметры, относящиеся к микрочастице, в частно2,3.1025м-3. 1.20. 230 м/с, 1,9.1023, 5 кг/м3. 1.21. 390, 440, 478 м/с. 1.22. 9,8кПа.

сти, масса микрочастиц – атомов, молекул, их размер, скорости их движе1.23..645 м/с, 1290 м/с. 1.24. 579, 628, 513 м/с.1.25. 2,8 % 1.26. 1,3. 1.27. 5530 м. 1.28.

ния и характер взаимодействия, а также количество частиц в веществе или 5,5 км. 1.29. 1,18 кПа.

количество частиц в единице объема вещества (концентрация).

3.1. 0,002кг/моль. 3.2. 4,15кДж. 3.3. 8,1 кДж, 20,2 кДж, 28,3 кДж. 3.4. i=3, Основными термодинамическими (ТД) параметрами вещества являCp=20 Дж/(моль.К), Q=11 кДж, А=-3,8кДж. 3.5. 8,3 л. 3.6. A=Q=70 Дж. 3.7.

ются температура, давление, масса вещества, объем, внутренняя энергия и 0,002кг/моль. 3.8. а)Q=1,55 кДж, А=0,92кДж, U=0,63 кДж; б) Q=1,88 кДж, А=1,ряд других.

кДж, U=0,63кДж. 3.9. 865К. 3.10. 454 К. 3.11. а)Т2=Т1=313К, р2=0,2 МПа, А=-1,кДж; б) Т2=413К, р2=0,26 МПа, А=-2,08 кДж. 3.12. 0,193. 3.13. В два раза. 3.14. 20%, Тема 1.

1,26кДж. 3.15. 1) =0,093; 2) Q2=360 кДж; 3) Q1=397 кДж; 4) 2=Q2/A9,7. 3.16.

ОСНОВЫ МОЛЕКУЛЯРНО-КИНЕТИЧЕСКОЙ ТЕОРИИ ГАЗОВ 1)76кДж; 2)72кДж; 3) 4 кДж; 4) 5,2%. 3.17. S=(m/) (Cp-Cv) (lnn) = (m/) R (lnn) = 2. Идеальный газ. Параметры состояния идеального газа.

457 Дж/К. 3.18. 290Дж/К. 3.19. а) 1,76Дж/К; б) 2,46 Дж/К. 3.20. 1230 Дж/К. 3.21.

ln(W1/W2)=4,2.1023; р1/р2=2.

Примером простейшей системы, изучаемой в молекулярной физике, 4.1. а) 482К; б) 204К. 4.2. Т2/Т1=(2р+рi)/(р+рi)=1,85, где рi=а2/V2. Если бы газ является газ. Согласно статистическому подходу газы рассматриваются как подчинялся уравнению Менделеева-Клапейрона, то было бы Т2/Т1=2. 4.3. 2,5 МПа;

системы, состоящие из очень большого числа частиц (до 1026м3), находя0,18 МПа; 0,25 л. 4.4. 4,95%; 0,86%. 4.5. а=АV1V2/2(V2-V1)=0,136 Па.м6/моль2. 4.6.

щихся в постоянном беспорядочном движении.

1,31 кПа. 4.7. 2,4.10-10м. 4.8. 1) 1,2 мм, 2) 5 см. 4.9. За 17 мин. 4.10. 0,64 Н/м. 4.11. В молекулярно-кинетической теории пользуются идеализированной мкДж. 4.12. 3,2 Па, 2,8.10-3 Дж. 4.13. 800 кг/м3. 4.14. F=22l/(gd2)=13Н.

моделью идеального газа, согласно которой считают, что:

1) собственный объем молекул газа пренебрежимо мал по сравнению с Список использованной литературы.

объемом сосуда;

2) между молекулами газа отсутствуют силы взаимодействия;

1. Зисман Г.А., Тодес О.М. Курс общей физики. Т.1.–М.: Наука, 1974.

3) столкновения молекул газа между собой и со стенками сосуда абсо2. Кикоин А.К., Кикоин И.К. Молекулярная физика. – М: Наука, лютно упругие.

1974.

Оценим расстояния между молекулами в газе. При нормальных усло3. Савельев И.В. Курс общей физики. Т.1.–М.: Наука, 1989.–576 с виях (н.у.) число молекул в единице объема: n = 27 1025м-3. Тогда сред, 4. Трофимова Т.И. Курс физики. – М.: Высшая школа, 2000.–542 с.

1 10-5. Волькенштейн В.С. Сборник задач по физике. - М.: Наука, 1985.

ний объем, приходящийся на одну молекулу: V ~ = (м3 ).

6. Новодворская Е.М., Дмитриев Э.М. Методика проведения упраж27 1025, нений по физике во втузе. - М.:Высшая школа, 1981.

7. Цедрик М.С.(ред.) Сборник задач по курсу общей физики.- Среднее расстояние между молекулами: l ~ V ; l ~ 10-8 310-9 (м).

М.:Просвещение, 1989.

Средний диаметр молекулы: d3.10-10 м. Собственные размеры молекулы 64 Задачи. малы по сравнению с расстоянием между ними (в 10 раз). Следовательно 4.1. 10 г гелия занимает объем 100 см3 при давлении 100 МПа. Найти частицы (молекулы) настолько малы, что их можно уподобить материальтемпературу газа, считая его: а) идеальным; б) реальным. ным точкам.





В газе молекулы большую часть времени находятся так далеко друг от 4.2. В закрытом сосуде объемом V=0,5 м3 находится количество =0,друга, что силы взаимодействия между ними практически равны нулю.

кмоль углекислого газа при давлении p=3 МПа. Пользуясь уравнением Можно считать, что кинетическая энергия молекул газа много больше поВан-дер-Ваальса, найти, во сколько раз надо увеличить температуру газа, тенциальной, поэтому последней можно пренебречь.

чтобы давление увеличилось вдвое.

Скорости частиц как по модулю, так и по направлению могут быть 4.3. В баллоне вместимостью 22 л находится азот массой 0,7 кг при любыми, изменение их происходит непрерывно.

температуре 00С. Определить давление газа на стенки баллона, внутреннее Модель идеального газа можно использовать при изучении реальных давление газа и собственный объем молекул.

газов, так как они в условиях, близких к нормальным (например, кислород 4.4. В сосуде объемом 10 л находится 0,25 кг азота при 27оС. Какую водород, азот, углекислый газ, пары воды, гелий), а также при низких давчасть давления составляет давление, обусловленное силами взаимодейстлениях и высоких температурах близки по своим свойствам к идеальному вия молекул Какую часть объема сосуда составляет собственный объем газу. Кроме того, внеся поправки, учитывающие собственный объем молемолекул.

кул газа и действующие молекулярные силы, можно перейти к теории ре6.10. 0,5 кмоль некоторого газа занимает объем 1 м3. При расширении альных газов.

газа до объема 1,2 м3 была совершена работа против сил взаимодействия В молекулярной физике и термодинамике состояние газа характеримолекул 5,684 кДж. Найти постоянную а, входящую в уравнение Ван-дерзуется совокупностью трех макропараметров р, V, Т, которые называются Ваальса.

параметрами состояния.

4.5. Найти давление рi, обусловленное силами взаимодействия молеТемпература — одно из основных понятий, играющих важную роль кул, заключенных в 1 кмоль газа при нормальных условиях. Критическая не только в термодинамике, но и в физике в целом. Температура — физитемпература и критическое давление этого газа равны 417К и 7,7 МПа.

ческая величина, характеризующая состояние термодинамического равно4.6. Критическое давление и температура неона равны соответственно весия макроскопической системы. В соответствии с решением XI Гене27,3.105 Па и 44,5 К. Определите по этим данным эффективный диаметр ральной конференции по мерам и весам (1960) в настоящее время можно молекул неона.

применять только две температурные шкалы — термодинамическую и 4.7. Рамка АВСД с подвижной медной перекладиной КL затянута Международную практическую, градуированные соответственно в кельмыльной пленкой. 1) Каков должен быть диаметр перекладины КL, чтобы винах (К) и в градусах Цельсия (°С). В Международной практической она находилась в равновесии 2) Найти длину перекладины, если известно, шкале температура замерзания и кипения воды при давлении 1,013'10s Па что при перемещении перекладины на h=1 см совершается изотермичесоответственно О и 100°С (репервые точки).

ская работа 45 мкДж.

Давление в системе СИ измеряется в Па (паскаль): 1Н/м2=1 Па. Часто 4.8. Керосин по каплям вытекает из бюретки через отверстие диаметпользуются и внесистемными единицами давления: 1 мм рт. ст.=133,3 Па;

ром 2 мм, причем капли падают одна за другой с интервалом 1 с. За скольтехническая атмосфера 1 ат=750 мм рт. ст. 105Па; нормальная (физичеко времени вытечет 25 см3 керосина ская) атмосфера: 1атм=760мм рт.ст.1,013. 105Па.

4.9. С паяльника упала капля припоя массой 0,2 г. Отрыв капли произошел в тот момент, когда диаметр шейки был равен 1 мм. Оценить по3. Основное уравнение кинетической теории газов.

верхностное натяжение расплавленного припоя. (0,64 Н/м) 4.10. Какую работу против сил поверхностного натяжения надо соОсновным уравнением кинетической теории газов называется соотвершить, чтобы увеличить вдвое объем мыльного пузыря радиусом 1 см.

ношение, связывающее давление (величину, измеряемую на опыте) со ско4.11. Найти добавочное давление внутри мыльного пузыря диаметром ростью или кинетической энергией молекулы газа.

10 см. Определить работу, которую нужно совершить, чтобы выдуть этот Рассмотрим одноатомный идеальный газ.

пузырь.

s Предположим, что молекулы газа движутся хао4.12. В капиллярной трубке радиусом 0,5 мм жидкость поднялась на тически, число взаимных столкновений между 11 мм. Найти плотность данной жидкости, если ее коэффициент поверхномолекулами газа очень мало по сравнению с чис v t стного натяжения 22 мН/м. (800 кг/м3) 6 лом ударов о стенки сосуда, а соударения молекул со стенками сосуда аб- Коэффициенты поверхностного натяжения и плотности некоторых жидкостей при 20оС:

солютно упругие. Выделим на стенке сосуда элементарную площадку s Вещество Поверхностное Плотность, (cм. рис.) и вычислим давление, оказываемое на эту площадку. При кажнатяжение, Н/м кг/мдом соударении, молекула, движущаяся перпендикулярно площадке, переВода 0,073 дает ей импульс т0 v–(–m0 v) = 2 т0 v, где т0 — масса молекулы, v – ее Глицерин 0,064 скорость. За время t площадки s достигнут только те молекулы, которые Керосин 0,03 заключены в объеме цилиндра с основанием s и высотой vt. Число этих Мыльный раствор 0,045 молекул равно ns vt, где п — концентрация молекул. Но необходимо Ртуть 0,5 учитывать, что реально молекулы движутся к площадке под разными угСпирт 0,02 лами и имеют различные скорости.

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 8 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.