2. Молекулярная физика и термодинамика

1. Основные понятия молекулярной физики и термодинамики. Модель идеального газа.

2. Основное уравнение молекулярно - кинетической теории.

3. Газовые законы. Уравнение Менделеева - Клапейрона.

4. Закон Максвелла о распределении молекул идеального газа по скоростям и энергиям теплового движения.

5. Барометрическая формула. Распределение Больцмана.

6. Средняя длина свободного пробега.

7. Явления переноса в термодинамически неравновесных системах: теплопроводность; диффузия; внутреннее трение.

8. Число степеней свободы молекул.

9. Теплоемкость. Уравнение Майера.

10. Первое начало термодинамики.

11. Работа газа. Внутренняя энергия газа.

12. Циклы. Обратимые и необратимые процессы.

13. Энтропия. Термодинамическая вероятность.

14. Второе и третье начало термодинамики.

15. Тепловые двигатели. Холодильные машины.

16. Цикл Карно. КПД цикла.

17. Реальные газы. Уравнение Ван-дер-Ваальса.

18. Изотермы Ван-дер-Ваальса.

19. Внутренняя энергия реального газа.

20. Эффект Джоуля - Томсона.

21. Поверхностное натяжение.

22. Смачивание и несмачивание.

23. Давление под искривленной поверхностью жидкости.

24. Капиллярные явления.

25. Твердые тела. Кристаллы.

26. Теплоемкость твердых тел.

27. Кристаллизация, плавление.

28. Испарение, сублимация.

29. Фазовые переходы I-го и II-го рода.

30. Диаграмма состояния. Тройная точка.

Литература.

[1], с. 207-342; [2], с. 81-147; [3], с. 145-198; [4], с. 113-169; [5], с. 106-180.

1. В классическом описании газа из N двухатомных молекул используются две возможные модели для молекулы:

1 модель: 2 модель:

Жесткая гантель. Упругая гантель.

Какое из следующих утверждений верно для этого газа?

1) Выбор модели зависит от температуры;

2) модель 1 всегда корректна;

3) модель 2 всегда корректна;

4) модель 1 имеет теплоемкость C_v=(3/2)kN (k -постоянная Больцмана);

5) удельная теплоемкость для второй модели меньше, чем для первой модели.

2. Число молекул в капле дождя наиболее близко к (молярная масса воды 18 г/моль):

1) 10²²; 2) 10¹⁶; 3) 10¹³; 4) 10²⁵; 5) 10¹⁹ .

3. Как изменится характер распределения молекул газа по скоростям при увеличении температуры газа?

1) Максимум функции распределения сместится в сторону меньших скоростей, площадь под кривой распределения уменьшится;

2) максимум функции распределения сместится в сторону больших скоростей, площадь под кривой распределения увеличится;

3) максимум функции распределения сместится в сторону больших скоростей, площадь под кривой распределения уменьшится;

4) максимум функции распределения сместится в сторону больших скоростей, площадь под кривой распределения не изменится;

5) положение максимума функции распределения не изменится, площадь под кривой распределения увеличится.

4 . На рисунке приведена диаграмма состояния кристаллического вещества (лед). Какой процесс содержит переходы «лед-вода» и «вода-пар»?

1) М-М; 2) У-У; 3) Х-Х;

4) Z-Z; 5) N-N.

5. На рисунке 1-2-5 – изотерма, 6-3-4 – изотерма, 2-3, 5-6, 4-1 – адиабаты. Рассматриваются 2 цикла: I – 12341, II – 15641. Какое из соотношений для КПД циклов справедливо?

1) η₁=η₂=0; 2) η₁=η₂; 3) η₁=η₂=;

4) η₁>η₂; 5) η₁<η₂.

6. Как изменится характер распределения молекул газа по скоростям при уменьшении массы молекул газа при неизменной температуре?

1) Максимум функции распределения сместится в сторону меньших скоростей, площадь под кривой распределения уменьшится;

2) максимум функции распределения сместится в сторону больших скоростей, площадь под кривой распределения уменьшится;

3) положение максимума функции распределения не изменится, площадь под кривой распределения увеличится;

4) максимум функции распределения сместится в сторону больших скоростей, площадь под кривой распределения увеличится;

5) максимум функции распределения сместится в сторону больших скоростей, площадь под кривой распределения не изменится.

7. В жидкости вектор градиента концентрации примеси направлен вдоль оси +ОХ. В каком направлении происходит перенос массы примеси?

1) +ОZ; 2) –ОХ; 3) –OZ; 4) +ОУ; 5) +ОХ.

8. На рисунке приведена диаграмма состояния кристаллического вещества (лед). Какой процесс содержит переходы «вода-лед» и «лед-пар»?

1) Х-Х; 2) М-М; 3) Z-Z; 4) Y-Y; 5) N-N.

9. При нагревании тела градиент температуры направлен вдоль оси +ОУ. В каком направлении происходит перенос теплоты?

1) +ОХ; 2) –OZ; 3) –ОУ; 4) +OZ; 5) +ОУ.

10. Число молекул в стакане воды примерно равно:

1) 10²²; 2) 10²⁰; 3) 10²⁶; 4) 10²⁴; 5) 10²⁸.

11. Если удвоить скорость каждой молекулы газа, то:

1) абсолютная температура увеличится в 2 раза;

2) давление увеличится в 2 раза;

3) плотность увеличится в 4 раза;

4) абсолютная температура увеличится в 4 раза;

5) абсолютная температура не изменится.

1 2. Какое из соотношений для циклов, показанных на рисунке, справедливо?

1) η₁ η₂; 2) η₁ η₂; 3) η₁= η₂=бесконечность;

4) η₁= η₂; 5) η₁= η₂=0.

13. Какие графики на рисунках представляют ИЗОХОРНЫЙ процесс?

1 ) Графики 3, 6, 8;

2) нет верной комбинации;

3) графики 1, 4, 7;

4) графики 2, 4, 7;

5) графики 2, 5, 9.

14. В двух сосудах при комнатной температуре хранится по 1 молю газа. В первом сосуде газ состоит из одноатомных молекул, а во втором – из трехатомных. Каково отношение МОЛЯРНЫХ ТЕПЛОЕМКОСТЕЙ этих газов при постоянном объеме С_v(1)/С_v(2)?

1) 5/3; 2) 1/2; 3) 3/5; 4) 3; 5) 1.

1 5. Тепловые машины работают по следующим циклам (рис.). Какая из них имеет максимальный КПД при одинаковых температурах нагревателей и холодильников?

1) В;

2) Г;

3) Б;

4) все имеют одинаковый КПД;

5) А.

16. Какие графики на рисунках представляют изотермический процесс?

1) Графики 1, 4, 7;

2) графики 2, 4, 7;

3) нет верной комбинации;

4) графики 3, 6, 8;

5) графики 2, 5, 9.

17. Молярная теплоемкость при постоянном объеме С_v для некоторого газа равна 1.5R (R – универсальная газовая постоянная). Сколько атомов содержит молекула этого газа? Считать, что атомы в молекуле колебаний не совершают.

1) Больше трех; 2) три; 3) один;

4) для ответа недостаточно данных; 5) два.

18. Удельная теплоемкость идеального газа при постоянном давлении С_р БОЛЬШЕ, чем удельная теплоемкость при постоянном объеме С_v из-за того, что:

1) Количество теплоты, подводимое для нагревания на один градус, одинаково как для процессов, в которых остается постоянным давление, так и для процессов, в которых остается постоянным объем;

2) давление газа остается постоянным, когда его температура остается постоянной;

3) необходимое количество теплоты больше при постоянном объеме, чем при постоянном давлении;

4) увеличение внутренней энергии газа при постоянном давлении больше, чем при постоянном объеме;

5) при р=соnst нагреваемый газ расширяется, и часть подводимой теплоты расходуется на совершение работы над внешними телами.

19. ВНУТРЕННЯЯ ЭНЕРГИЯ термодинамической системы – это:

А. Однозначная функция состояния системы.

Б. Кинетическая энергия движения системы как целого.

В. Энергия хаотического (теплового) движения микрочастиц системы и энергия взаимодействия этих частиц.

Г. Потенциальная энергия системы во внешних полях.

Варианты ответов:

1) только А и В; 2) только Б и Г; 3) только А, Б и В;

4) все эти утверждения; 5) только В.

20. В двух сосудах при комнатной температуре хранится по 1 молю газа. В первом сосуде газ состоит из одноатомных молекул, а во втором – из двухатомных. Каково отношение МОЛЯРНЫХ ТЕПЛОЕМКОСТЕЙ этих газов при постоянном объеме С_v(1)/С_v(2)?

1) 1/2; 2) 5/3; 3) 1.0; 4) 2.0; 5) 3/5.

2 1. Для кругового процесса, изображенного на рисунке, КL и MN – изотермы, а KN и LM –адиабаты. Система совершает цикл Карно KLMN, получая количество теплоты Q₁ от нагревателя при температуре Т₁ и отдавая количество теплоты Q₂ холодильнику при температуре Т₂. Все следующие утверждения верны, ЗА ИСКЛЮЧЕНИЕМ:

1) Энтропия нагревателя уменьшается;

2) Q₁/T₁=Q₂/T₂;

3) выполненная работа равна Q₁–Q₂;

4) КПД цикла не зависит от природы рабочего тела;

5) энтропия системы возрастает.

22. Все нижеперечисленные идеальные газы в равновесном состоянии находятся при одинаковой температуре. Молекулы какого газа обладают НАИБОЛЬШЕЙ средней арифметической скоростью?

1) СО; 2) Н₂; 3) N₂; 4) CO₂; 5) H₂O.

2 3. Какие графики на рисунках представляют ИЗОБАРНЫЙ процесс?

1) Графики 3,6,8;

2) графики 2,4,7;

3) графики 2,5,9;

4) нет верной комбинации;

5) графики 1,4,7.

24. Идеальный одноатомный газ нагревают, сообщив ему определенное количество теплоты. При этом:

А. Его внутренняя энергия увеличивается.

Б. Увеличивается интенсивность хаотического теплового движения молекул газа.

В. Повысится температура газа.

Г. Увеличится теплоемкость газа.

Варианты ответов:

1) А, Б и В; 2) только В; 3) только А и Б;

4) только Г; 5) верны все эти утверждения.

25. Адиабатическими процессами являются:

А. Процессы без теплообмена между системой и окружающей средой.

Б. Все быстро протекающие процессы.

В. Процессы, при которых работа над окружающими телами совершается за счет изменения внутренней энергии системы.

Г. Процессы, уравнения которых имеют вид PV^=const, где р – давление, V – объем,  – коэффициент Пуассона.

Варианты ответов:

1) Только А; 2) А,Б и В; 3) только А и Б;

4) все эти процессы; 5) только Б И В.

26. В двух сосудах при комнатной температуре хранится по 1 молю газа. В первом сосуде газ состоит из одноатомных молекул, а во втором – из двухатомных. Каково отношение ВНУТРЕННИХ ЭНЕРГИЙ этих газов U₁/U₂?

1) 1/2; 2) 1; 3) 5/3; 4) 2; 5) 3/5.

27. В случае ИЗОТЕРМИЧЕСКОГО процесса:

А. Газ не совершает работу.

Б. С увеличением давления уменьшается объем газа.

В. Вся теплота идет на увеличение внутренней энергии.

Г. Температура тела со временем не меняется.

Варианты ответов:

1) Только Г; 2) только Б и Г; 3) только Б;

4) только А и В; 5) верны все эти утверждения.

28. ИДЕАЛЬНЫМ ГАЗОМ называется газ, у которого:

А. Одноатомные молекулы.

Б. Потенциальной энергией взаимодействия молекул можно пренебречь.

В. Молекулы участвуют только в поступательном движении.

Г. Размерами молекул можно пренебречь.

Варианты ответов:

1) Только Г; 2) все эти свойства; 3) только Б;

4) Б,В и Г; 5) только Б и Г.

29. В двух сосудах при комнатной температуре хранится по 1 молю газа. В первом сосуде газ состоит из одноатомных молекул, а во втором – из трехатомных. Каково отношение ВНУТРЕННИХ ЭНЕРГИЙ этих газов U₁/U₂?

1) 3/5; 2) 1; 3) 5/3; 4) 1/2; 5) 3.

30. Укажите, в какой из приведенных единиц измерения НЕ МОЖЕТ быть выражена постоянная Больцмана.

1) кгм²/(Кс²); 2) Дж/К; 3) Нм/К; 4) кгм²/(сК); 5) эВ/К.

31. Реальные процессы в изолированных системах протекают:

А. В направлении возрастания энтропии.

Б. Изменения макросостояния системы в более вероятное макросостояние.

В. Из неравновесного состояния в равновесное состояние.

Г. Из более упорядоченного состояния в менее упорядоченное состояние.

Варианты ответов:

1) Верны все эти утверждения; 2) только А; 3) только А и Б;

4) только Б и В; 5) А,Б и В.