уп_Вабищевич_Физика ч
.1.pdf221
2.2. Методические указания к лекционным занятиям
Вопросы лекции |
Форма |
|
Литература |
|
Вопросы для самоконтроля |
изучения |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Явления переноса |
|
|
|
1. Что называют явлением переноса? Приведите примеры. |
|
|
|
|
|
2. |
Может ли выполниться критерий вакуума, если резиновый шар, на- |
Критерий вакуума |
лекция + |
[5], |
пп. 5.6 – 5.8 |
|
полненный воздухом, достать с большой глубины водоема? |
|
|
||||
Столкновения |
самост |
|
|
3. |
Что выражает коэффициент вязкости? Как он зависит от температу- |
|
[6], |
пп. 33 – 35 |
|
ры, давления? |
|
|
|
|
|||
Теплопроводность |
|
[7], |
п. 8.9 |
4. |
Что выражает коэффициент теплопроводности? Как он зависит от |
|
|
|
температуры, давления? |
||
|
|
|
|
|
|
Внутреннее трение |
|
[8], |
пп. 17.1 – 17.2 |
5. |
Что выражает коэффициент диффузии? Как он зависит от темпера- |
|
|
||||
Диффузия |
|
|
|
|
туры, давления? |
|
[10], п. 48 |
6. |
Что выражают эмпирические законы Фика и Фурье? |
||
|
|
||||
|
|
|
|
7. |
Чем определяется эффективность теплопередачи между двумя на- |
|
|
|
|
|
гретыми плоскостями? |
|
|
|
|
8. |
Что выражает коэффициент аккомодации, где он применяется? |
|
|
|
|
9. |
По какой причине начинает вращаться внутренний цилиндр, отде- |
|
|
|
|
|
ленный от внешнего вращающегося цилиндра слоем газа? |
|
|
|
|
|
|
221
222
2.3. Методические указания к практическим занятиям
Тема |
Задачи |
|
|
Рекомендации |
|
|
|
Задачи из |
занятия |
|
|
пользованием |
сборника |
||||
|
|
|
|
|
|
|
||
Определение |
Определение |
|
|
|
с |
[2], |
||
Целесообразно рассмотреть следующие типы задач: |
робега |
|||||||
основных |
длины пробега |
– |
определение средних значений длины свободного п λ , вре- |
№№ 5.112, 5.113, 5.115, |
||||
параметров |
и числа столк- |
|
|
толкновений |
z |
|
5.117 |
|
явлений пе- |
новений |
мени свободного пробега |
τ , числа с |
с использова- |
[11], |
|||
реноса |
|
нием справочных данных о диаметрах частиц газа; |
|
|
№№ 2.34, 2.35 |
|||
|
|
– |
определение параметров состояния газа с |
и λ , τ , |
[12], |
|||
|
|
|
z ; |
|
|
|
|
№№ 10.47 – 10.59 |
|
|
|
|
|
|
|
[1], |
|
|
|
– |
определение λ , τ , |
z по заданным зависимостям коэффициен- |
№ 7.9 |
|||
|
|
тов теплопроводности и внутреннего трения (вязкости) от давления. |
|
|||||
|
Определение |
|
Определение коэффициентов переноса – |
диффузии, |
теплопроводно- |
[2], |
||
|
коэффициентов |
сти, внутреннего трения (вязкости) необходимо начинать с определения |
№№ 5.132, 5.135, 5.138, |
|||||
|
переноса |
критерия вакуума. Давление, температура и другие параметры состоя- |
5.140, 5.154 |
|||||
|
|
ния газа определяются с использованием уравнения состояния идеально- |
[11], |
|||||
|
|
го газа и соотношений, связывающих микро- и макропараметры газа. |
№№ 2.36 – 2.42 |
|||||
|
|
Зависимости коэффициентов переноса от макропараметров состояния |
[12], |
|||||
|
|
газа иногда удобно анализировать с использованием отношений типа |
№№ 10.66 – 10.79 |
|||||
|
|
η2 η1 , D2 D1 и т.п. |
|
|
|
|
|
|
|
Определение |
|
Потоки частиц и энергий связаны с коэффициентами переноса эмпи- |
[2], |
||||
|
потоков частиц |
рическими законами Фика, Фурье и Ньютона. Определив эти коэффи- |
№№ 5.155, 5.157, 5.160 |
|||||
|
и энергии в |
циенты, можно получить значения этих потоков. При этом необходимо |
[11], |
|||||
|
различных |
помнить, что явления переноса связаны со средними величинами (дли- |
№№ 2.40, 2.44 |
|||||
|
условиях |
на свободного пробега, скорость). Поскольку реальные процессы про- |
[12], |
|||||
|
|
исходят в ограниченных объемах, то для решения задачи необходимо |
№№ 10.80 – 10.86 |
|||||
|
|
определить критерий вакуума, для того чтобы выбрать правильное вы- |
|
|||||
|
|
ражение для коэффициентов переноса и входящих в него величин |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
222
2.4. Примеры решения задач
Пример 1. Определите: 1) среднюю длину свободного пробега моле- кул; 2) число соударений за 1 с, происходящих между всеми молекулами ки-
слорода, находящегося в сосуде емкостью 2 л при температуре 27 °С и дав- лении 100 кПа. (Уровень 3).
Решение. Средняя длина свободного пробега молекул кислорода вычис- ляется по формуле
l = |
|
1 |
|
, |
(1) |
|
|
|
|
|
|||
|
|
2pd |
2n |
|
||
|
|
|
|
0 |
|
|
где d = 2,9×10–10 м – эффективный диаметр молекулы кислорода; n0 – |
число |
молекул в единице объема, которое можно определить согласно уравне-
нию p = n0kT . |
|
|
|
|
|
|
|
|||
Число молекул равно |
|
|
|
|
|
|
|
|||
n = |
|
p |
, |
|
(2) |
|||||
|
|
|
||||||||
0 |
|
|
|
kT |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|||||
где k =1,38 ×10−23 Дж/К – постоянная Больцмана. |
|
|||||||||
Подставляя (2) в (1), имеем |
|
|
|
|
|
|
|
|||
l = |
|
|
|
kT |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
. |
(3) |
|||
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
2pd 2 p |
|
|||||
Число соударений Z , которые происходят попарно между всеми мо- |
||||||||||
лекулами в объеме за 1 с, |
|
|
|
|
|
|
|
|||
Z = |
1 |
|
|
z N , |
(4) |
|||||
|
||||||||||
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
где N – число молекул кислорода в сосуде объемом 2×10–3 м3; <z> – |
сред- |
|||||||||
нее число соударений одной молекулы за 1 с. |
|
|||||||||
Число молекул в сосуде |
|
|
|
|
|
|
|
|||
N = n0V . |
(5) |
|||||||||
Среднее число соударений молекулы за 1 с |
|
|||||||||
z = |
|
u |
, |
(6) |
||||||
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
l |
|
где u – средняя арифметическая скорость молекулы.
223
Она равна |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
u = |
|
8RT |
, |
(7) |
||||||||
|
|
|
|
|
|
pm |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
где m = 32×10–3 кг/моль – |
молярная масса кислорода. |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
Подставляя в (4) выражения (5), (6) и (7), находим |
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8RT |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2pd 2 p |
|
|
|
|
|
2pd 2 p2V |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
1 |
|
|
pm |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Z = |
|
|
|
|
|
p |
V = |
|
|
RT |
. |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
kT |
|
k 2T 2 |
|
|||||||||||||||
2 |
|
|
|
kT |
|
|
|
|
pm |
Выразим все величины в системе СИ и произведем вычисления:
|
2 ×3,14 × 2,92 ×10−20 ×1010 × 2 ×10−3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
Z = |
8,31×300 |
|
|
|
= 9 ×10 |
28 |
; |
||||||||||||||
1,38 |
2 |
×10 |
−46 |
×9 ×10 |
4 |
|
|
3,41×32 ×10 |
−3 |
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
l = |
|
|
|
1,38 ×10−23 ×300 |
|
|
|
= 3,56 ×10 |
−8 |
. |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
−20 |
|
5 |
|
|
|
|
||||||
|
|
2 ×3,14 × 2,9 |
×10 |
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
×10 |
|
|
|
|
|
|
|
Ответ: l = 3,56 ×10−8 м ; Z = 9×1028.
Пример 2. Определите: 1) коэффициент самодиффузии; 2) коэффици- ент внутреннего трения в азоте, находящемся при температуре 300 К, дав-
лении 105 Па в объеме 10–6 |
м3. (Уровень 3). |
|
|||||||||
Решение. Для нахождения l |
воспользуемся формулой |
||||||||||
|
l = |
|
|
|
kT |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
, |
(1) |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
2pd 2 p |
|
|||||
где k =1,38 ×10−23 Дж/К – |
постоянная Больцмана; d = 3,1×10–10 м – эффек- |
||||||||||
тивный диаметр молекулы азота, и получаем |
l 10−7 м. |
||||||||||
Полагая расстояние |
между стенками |
объема L »10−2 м, получаем |
|||||||||
l L . Поэтому коэффициент самодиффузии |
|||||||||||
|
D = |
1 |
|
u l , |
(2) |
||||||
|
|
|
|||||||||
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
где u – средняя арифметическая скорость молекул, равная |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
u = |
|
|
8RT |
, |
(3) |
|||||
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
pm |
|
где m = 28×10–3 кг/моль – молярная масса азота; l – средняя длина сво-
бодного пробега молекул.
224
Подставляя (1) и (3) в (2), имеем
D = |
1 |
|
8RT |
|
|
kT |
= |
2kT |
|
RT |
. |
|
|
pm |
|
|
|
|
|
|
|||||
3 |
|
|
2pd 2 p 3pd 2 p pm |
Коэффициент внутреннего трения
h= 1 ul r , 3
где r – плотность газа при температуре 300 К и давлении 105 Па.
Для нахождения r воспользуемся уравнением состояния идеального газа. Запишем его для двух состояний азота: при нормальных условиях
(Т0 = 273 К; р0 = 1,01×105 Па) |
|
|
|
|
|
|
|||||
p V = |
m |
RT |
|
и |
pV = |
m |
RT . |
||||
m |
|
||||||||||
0 |
0 |
|
|
0 |
|
|
|
m |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Учитывая, что r0 |
= |
m |
|
и |
r = |
m |
, имеем |
||||
|
|
||||||||||
|
|
V0 |
|
|
V |
|
|
|
r = r0 pT0 . p0T
Коэффициент внутреннего трения газа может быть выражен через
коэффициент диффузии
h = Dr = Dρ0 pT0 . p0T
Выразим величины в системе СИ и проведем вычисления:
|
|
2 ×1,38 ×10−23 ×300 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
D = |
|
|
8,31×300 |
|
|
= 4,7 ×10 |
−5 |
; |
|||||||||||||
|
|
2 |
×10 |
−20 |
×10 |
5 |
3,14 × 28 |
×10 |
−3 |
|
|||||||||||
3 |
×3,14 ×3,1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
h = 4,7 ×10−5 ×1,25 × |
|
|
105 × 273 |
|
|
= 5,23 ×10−5 . |
|
|
||||||||||||
|
1,01×105 ×300 |
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Ответ: D = 4,7 ×10 |
−5 |
2 |
/см; |
|
h = 5, 23 ×10 |
−5 |
кг |
. |
|
|
|||||||||||
|
м |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
м× с |
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Пример 3. Два тонкостенных коаксиальных цилиндра длиной 10 см могут свободно вращаться вокруг их общей оси Z. Радиус R большого ци- линдра равен 5 см. Между цилиндрами имеется зазор размером d = 2 мм. Оба цилиндра находятся в воздухе при нормальных условиях. Внутренний цилиндр приводят во вращение с постоянной частотой n1 = 20 с–1 . Внеш- ний цилиндр покоится. Определить, через какой промежуток времени с
225
момента освобождения внешнего цилиндра он приобретет частоту враще- ния n2 = 1 c–1 . При расчетах изменением относительной скорости цилинд- ров пренебречь. Масса m внешнего цилиндра равна 100 г. Вязкость возду-
ха h = 17,2 мкПа×с = 1,72×10–5 |
Па×с. (Уровень 5). |
|
|
|
|
|||
|
Y |
|
|
Решение. |
При |
вращении |
||
|
|
|
внутреннего цилиндра слой воздуха |
|||||
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
увлекается им и начинает участво- |
||||
|
|
|
|
вать во |
вращательном |
движении. |
||
n2 |
υy |
|
|
Вблизи поверхности этого цилинд- |
||||
|
1 |
|
|
ра слой |
воздуха |
приобретает |
со |
|
|
|
|
|
|||||
n1 |
υ |
y2 |
≈ 0 |
временем |
практически |
такую |
же |
|
|
|
X |
линейную скорость, как и скорость |
|||||
Z |
|
|
||||||
d |
|
|
точек на поверхности цилиндра, т.е. |
|||||
R |
|
|
||||||
|
|
υy1 = 2πn1(R − d ) . Так как R d , то |
||||||
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
приближенно можно считать |
|
|||
|
|
|
|
|
υy1 ≈ 2πn1R . |
|
(1) |
Вследствие внутреннего трения момент импульса передается сосед- ним слоям газа и в конечном счете – внешнему цилиндру. За интервал времени Dt внешний цилиндр (вначале покоящийся) приобретает момент импульса L = pR , где p – изменение импульса молекул в результате столкновений с внешним цилиндром. Отсюда
Dp = |
L |
. |
|
|
|
|
(2) |
||||
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
R |
|
|
|
|
||||
С другой стороны, согласно второму закону Ньютона |
p = F |
t , |
|||||||||
Dp = h |
dυy |
SDt , |
|
|
(3) |
||||||
|
|
|
|
||||||||
|
|
dx |
|
|
|
|
|||||
где h – коэффициент внутреннего трения в газе (вязкости); |
d υy |
– |
гради- |
||||||||
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
dx |
|
|
ент скорости; S – площадь поверхности цилиндра высотой h . |
|
||||||||||
Приравняв правые части выражений (2) и (3) и выразив из получен- |
|||||||||||
ного равенства искомый интервал Dt, получим |
|
|
|
||||||||
Dt = |
|
|
|
L |
. |
|
|
(4) |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
hR |
d uy |
S |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
dx
226
Найдем входящие в эту формулу величины L, d υy , S. Момент импуль- dx
са внешнего цилиндра L = J ω2 , где J – момент инерции тонкостенного цилиндра (J = mR2); m – его масса; ω2 – угловая скорость внешнего цилин-
дра (ω2 = 2πn2). С учетом этого запишем
L = mR2 2πn2 = 2πmR2n2 .
Градиент скорости dυy dx
d υy , S, получим dx
=y υy1 . Подставив в (4) выражения L,
xdΔυ
t = mdn2 .
ηυy1λ
Подставив υy1 из (1), найдем
t = |
mdn2 |
. |
(5) |
|
2πηRhn1 |
||||
|
|
|
Подставив в (5) значения входящих в формулу величин и произведя вычисления, получим
t = 18,5 с.
Ответ: t = 18,5 с.
Пример 4. Пространство между двумя параллельными пластинами площадью 150 см2 каждая, находящимися на расстоянии 5 мм друг от друга, заполнено кислородом. Одна пластина поддерживается при температуре
17 °С, другая – при температуре 27 °С. Определите количество теплоты, прошедшее за 5 мин посредством теплопроводности от одной пластины к дру- гой. Кислород находится под атмосферным давлением (105 Па). (Уровень 4).
Эффективный диаметр молекул кислорода считать равным 0,36 нм. Решение. Количество теплоты, перенесенное газом в результате тепло-
проводности от одной пластины к другой,
Q = |
χ |
T St |
, |
|
|
x |
|
где χ – коэффициент теплопроводности.
227
T= t2 − t1 ;
χ= 1 ρ λ υ CV , 3
где СV – удельная теплоемкость газа при постоянном объеме,
C = |
i |
|
R |
, |
|
2 μ |
|||||
V |
|
||||
|
|
|
|
где i – число степеней свободы (для кислорода i = 5); ρ = m/V – плотность. Используем уравнение Менделеева – Клапейрона
pV = mμ RT ,
откуда
ρ = pμ .
RT
Средняя длина свободного пробега молекул газа
λ = |
|
|
1 |
, |
|
|
|
|
||
|
|
|
πd 2n |
|
|
|
|
|||
2 |
|
|
|
|||||||
где n – концентрация газа. |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Уравнение состояния идеального газа |
|
|
|
|
|
|||||
p = nkT , |
|
|
|
|
|
|||||
откуда |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
n = |
|
p |
. |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
kT |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
||||||
Средняя арифметическая скорость молекулы υ = |
8RT |
. |
||||||||
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
πμ |
Так как в условии задачи λ составляет приблизительно 10–7 м (см.
пример 1), выполняется условие λ L (расстояние между пластинами).
Поэтому
χ = |
1 |
|
i |
|
Rpμ |
|
|
kT |
|
|
8RT |
|
= |
i |
|
k |
|
|
RT |
|
. |
|
|
3 |
|
2 |
|
μRT |
|
|
|
πd 2 p |
|
|
πμ |
|
|
3 |
|
πd 2 |
|
|
πμ |
|
|
|
|
|
|
|
2 |
228
Подставим это выражение в формулу количества теплоты:
|
|
|
|
|
|
|
Q = |
i k |
|
|
RT |
|
|
|
(t |
- t ) |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
1 |
|
St ; |
||||
|
|
|
|
|
|
|
3 pd |
2 |
|
pm |
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Dx |
||||||||
|
|
|
|
−23 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Q = |
5 |
|
1,38 ×10 |
|
|
|
|
|
8,31× 273 |
|
|
|
|
27 -17 |
×15 ×10−3 ×300 = 76, 4 (Дж) . |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
−10 |
) |
2 |
|
|
|
−3 |
|
|
|
−3 |
|||||||||||
3 |
3,14 × (3,6 ×10 |
|
3,14 ×32 ×10 |
|
5 ×10 |
|
|
||||||||||||||||
Ответ: Q = 76, 4 |
|
Дж . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Пример 5. Найти зависимость коэффициента диффузии от темпера- туры при постоянном давлении. (Уровень 2).
Решение
D = |
1 |
u l = |
1 |
|
8RT |
|
|
|
kT |
. |
|
|
|
|
|
|
|||||
3 |
3 |
pm 2pd 2 p |
Поэтому зависимость имеет вид D = AT 32 при постоянном давлении р.
Ответ: D = AT 32 .
Пример 6. Найти зависимость коэффициента теплопроводности газа от температуры. (Уровень 3).
Решение
Поскольку
c= 1 ulСV r , 3
акаждая из величин определяется как
r = |
pμ |
; u = |
|
8RT |
|
; |
|
|
|
|
|
|
C = |
|
i |
R ; |
|
l = |
|
kT |
, |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
RT |
pm |
|
|
|
|
|
|
|
|
V |
2m |
|
|
|
2pd 2 p |
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
то, подставив их в первое равенство, имеем |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
RT pm u |
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
c = |
1 |
|
|
8RT |
R , |
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
3 |
|
|
|
pm |
|
|
|
|
2pd 2 p RT 2m |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
преобразуя, получим |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
k |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
c = |
1 |
|
|
|
|
m |
|
|
|
T |
|
, |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
pR pd 2 |
|
|
pmR |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
т.е. зависимость имеет вид c = AT .
Ответ: c = AT .
229
Пример 7. Найти зависимость коэффициента внутреннего трения в га- зе от температуры. (Уровень 3).
Решение. Поскольку h = |
1 |
u |
l r, |
|
|
то согласно уравнению Менде- |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
леева – Клапейрона |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
pV = |
m |
RT ; |
|
|
|
|
|
|
|
|
pμ |
= r. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
m |
|
|
|
|
|
|
RT |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
Длина пробега может быть представлена в виде |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
l = |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
= |
|
|
|
|
kT |
|
, где учтено, что p = nkT , |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
p d 2 n |
|
|
|
|
|
pd 2 p |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
тогда, поскольку |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
h = |
1 |
|
|
|
pm |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
u = |
|
|
|
8RT |
|
|
, получаем |
|
8RT |
|
|
|
|
|
kT |
. |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
pm |
|
|
|
|
|
|
|
pm |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 RT |
|
|
|
2pd 2 p |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
Окончательно запишем |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
m |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
h = |
1 |
|
k |
|
|
|
8R |
|
|
|
|
|
= A |
|
|
; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
T |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 R |
|
|
|
|
|
pm |
|
2d 2p |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
h = A |
|
, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
T |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
m |
|
= |
2k |
|
|
|
|
. |
|||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
8m |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
m |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
где A = |
1 |
|
|
k |
= |
|
|
2k |
= |
|
|
|
|
|
|
|
|
; |
|
|
|
A = |
1 |
|
k |
|
|
8R |
|
|
|
|
m |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
pR |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||
3 |
|
2 d 2 |
|
|
|
|
3 d 2 |
|
|
|
|
|
|
|
pR |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 R pm |
|
2pd |
2 |
|
|
3p pR |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
p |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
p |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
Ответ: h = |
2k |
|
|
|
mT |
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
3p |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
pR |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Пример 8. Найти коэффициент теплопроводности водорода, если известно, что коэффициент вязкости (внутреннего трения) для него при этих условиях равен 8,6×10–6 кг/мс. (Уровень 2).
Решение
h = |
1 |
u l r; c = |
1 |
|
u l С r; |
C = |
i |
|
R |
; u l r = 3h; c = |
3η |
C = |
i |
hR ; |
3 |
3 |
V |
V |
2 |
|
μ |
3 |
V |
2 |
|||||
|
|
|
|
c = 1 86 ×10−6 × 5 ×8,31×103 = 90 ×10−6 = 9 ×10−8 = 0,09 Вт/мК. 2 2
Ответ: c = 0,09 Вт/м× К.
230