Методическое пособие по курсу общей физики. Молекулярная физика. Термодинамика. Акулинина А.В - 20 стр.

20                                                                                                                                                   49
     1.19. Найти концентрацию молекул кислорода, если давление его 0,2      p                             Экспериментальные изотермы, снятые при
МПа, а средняя квадратичная скорость молекул равна 700 м/с                                           температурах выше критической, отражают моно-
     1.20. В сосуде объемом 2 л находится 10 г кислорода при давлении       pк 1                     тонное увеличение давлений газа при уменьшении
                                                                                        5
90,6 кПа. Найти среднюю квадратичную скорость молекул газа, число мо-            2    4    6         его объема. При температурах, меньше критической,
лекул, находящихся в сосуде, и плотность газа.                                     3                 эксперимент показывает, что изотермы на участке
     1.21 Вычислить наиболее вероятную, среднюю арифметическую и                               7     2,6 имеют «полочку» (рис.22.2). Часть 6–7 отвечает
среднюю квадратичную скорости молекул воздуха при 20оС.                          Vж       Vп     V
                                                                                                     газообразному состоянию, а часть 1–2 – жидкому. В
     1.22. В сосуде объемом 3 дм3 находится гелий массой 4 мг, азот мас-             Рис.22.2.       состояниях,   соответствующих горизонтальному
сой 70 мг и 5.1021 молекул водорода. Каково давление смеси, если темпера-                            участку изотермы 6-2, наблюдается равновесие жид-
тура ее 27оС?                                                                 кой и газообразной фаз вещества. Вещество в газообразном состоянии при
     1.23. Какова наиболее вероятная скорость молекул метана и гелия при      температуре ниже критической называется паром, а пар, находящийся в
температуре 127оС?                                                            равновесии со своей жидкостью, называется насыщенным.
     1.24. Найти среднюю арифметическую, среднюю квадратичную и                     Состояния на участке 3–4–5 не наблюдаются экспериментально; со-
наиболее вероятную скорости молекул газа, который при давлении 40 кПа         стояния 2–3 и 5–6 могут быть реализованы при особых условиях. Участок
имеет плотность 0,3 кг/м3.                                                    2–3 соответствует т.н. перегретой жидкости. Участок 5-6 – пересыщен-
     1.25. Какая часть молекул азота при температуре 150оС обладает ско-      ному пару. Эти неустойчивые состояния называются ме- p
ростями от 300 до 325 м/с?                                                    тастабильными.
     1.26. Найти отношение числа молекул водорода, скорости которых                 Если через крайние точки горизонтальных участков            К
лежат в интервале от 1995 до 2005 м/с, к числу молекул, скорости которых      семейства изотерм провести линию, то получатся колоко-        Ж            Г
лежат в интервале от 995 до 1005 м/с при температуре 27оС.                    лообразная кривая (рис.22.3), ограничивающая область             Ж+П П
     1.27. Определить высоту горы, если давление на ее вершине равно по-      двухфазных состояний вещества. Эта кривая и критиче-
ловине давления на уровне моря. Температуру считать всюду одинаковой и        ская изотерма делят диаграмму р, V под изотермой на три                   V
равной 0оС.                                                                   области: под колоколообразной кривой располагается об-          Рис.22.3.
     1.28. На какой глубине в шахте плотность воздуха увеличивается в 2       ласть двухфазных состояний (жидкость и насыщенный пар), слева от нее
раза? Считать температуру воздуха в шахте постоянной и равной 0оС.            находится область жидкого состояния, а справа – область пара.
     1.29. На сколько уменьшится атмосферное давление при подъеме на-               Как видно из графиков реальных изотерм и изотерм Ван-дер-Ваальса,
блюдателя над поверхностью Земли на высоту 100 м? Считать, что темпе-         при критической температуре изотерма реального газа имеет точку пере-
ратура воздуха равна 290 К и не изменяется с высотой.                         гиба. Это значит, что в критической точке действительные корни становят-
                                                                              ся равными друг другу. В критическом состоянии парообразное и жидкое
                 Тема 2. ЯВЛЕНИЯ ПЕРЕНОСА В ГАЗАХ                             состояния неразличимы.
                                                                                    Таким образом, уравнение Ван-дер-Ваальса описывает не только
     9. Понятия о явлениях переноса. Средняя длина свободного про-            свойства газов и паров, но и жидкостей. Анализ изотерм реального газа
               бега, эффективный диаметр молекул.                             показывает, что превращение реального газа в жидкость возможно только
                                                                              при температурах, меньших критической, и при соответствующих давле-
     Молекулярно-кинетическая теория имеет дело с равновесными со-            ниях.
стояниями и обратимыми процессами, то есть процессами, при которых
система проходит через последовательность равновесных состояний). Нау-                            23. Внутренняя энергия реального газа.
ка, изучающая процессы, возникающие при нарушениях равновесия, носит
название физической кинетики.                                                        В идеальном газе отсутствуют молекулярные взаимодействия, поэто-
     Нарушение равновесия сопровождается переносом массы (диффузия),            му его внутренняя энергия, поскольку в нем представляет собой кинетиче-
импульса (внутреннее трение) или энергии (теплопроводность). Эти про-           скую энергию теплового движения молекул, которая зависит от темпера-
цессы называются явлениями переноса. Они возникают самопроизвольно              туры газа, но не зависит от занимаемого газом объема. В реальных газах
                                                                                нельзя пренебрегать взаимодействием молекул, и потому внутренняя энер-