Физика / 1

10. Вязкость жидкости при понижении температуры:

1. возрастает

2. понижается

3. не изменяется

Задачи

№1. Средняя длина свободного пробега молекулы углекислого газа при нормальных условиях равна 40 нм. Определить среднюю арифметическую скорость молекул и число z соударений, которые испытывает молекула в 1 с.

Дано: СИ:

=40 нм 4‧ 10^-9

t=1c

-?

z-?

Решение:

Средняя арифметическая скорость молекул определяется по формуле: , (где M – молярная масса вещества, Т – температура,R- молярная газовая постоянная ).

Подставив числовые значения, получим:

Среднее число соударений молекулы в 1 с определяется отношением средней скорости молекулы к средней длине ее свободного пробега : поставив в эту формулу значения

,

получим Ответ:

№2. Найти среднюю длину свободного пробега атомов гелия в условиях, когда плотность гелия  кг/м³, а эффективный диаметр атома гелия d= 1,9 ‧ 10^-2 м.

Дано: СИ:

 кг/м³

d= 1,9 ‧ 10^-2 м.

λ -?

Решение:

Для определения средней длины свободного пробега необходимо знать концентрацию молекул при данных условиях. Найдем . Из уравнения Клапейрона – Менделеева

(где P-давление, V-объем, m-масса, M-молярная масса, R-универсальная газовая постоянная, T-температура) следует, что

(где k-постоянная Больцмана, 𝜌- плотность, m-масса, M-молярная масса, R-универсальная газовая постоянная, P-давление,V-объем,N-концентрация молекул). Следовательно,

И для средней длины свободного пробега l получаем расчетную формулу

м

(где d-эффективный диаметр молекулы, 𝜆-средняя длина свободного пробега, N-концентрация молекул молярная масса).

Ответ:.

Лекция №7 (Мохова)

Теоретические вопросы:

1. Что такое реальный газ?

2. Уравнение Ван-дер-Ваальса?

3. Что такое критические состояния?

4. Что такое критические параметры?

Тест:

1. Реальный газ-это газ, который...

1. Описывается уравнением состояния идеального газа Менделеева-Клайперона

2. Не описывается обобщённым уравнением Менделеева — Клапейрона

3. Не описывается уравнением Менделеева — Клапейрона

2. Внутренняя энергия данной массы реального газа...

1. Не зависит ни от температуры, ни от объема.

2. Зависит только от объема.

3. Зависит от температуры и объема.

3. Изотерма-это график зависимости…

1. Объема от давления

2. Давления от объема

3. Температуры от объема

4. В каком тепловом процессе внутренняя энергия

системы не изменяется при переходе ее из одного

состояния в другое?

1. В изобарном

2. В изохорном

3. В изотермическом

5. График изотермы представлен под номером

1) 2) 3)

6. Каким законом описывается изотермический процесс?

1. Законом Гей-Люссака

2. Законом Шарля

3. Законом Бойля-Мариотта

7. Критическим состоянием газа называют состояние …

1. При критическом давлении

2. При критической температуре и критическом объеме

3. При всем вышеперечисленном

8. Критическими параметрами газа называются значения его…

1. Макропараметров

2. Микропараметров

3. Макропараметров и микропараметров

9. Уравнение Ван-дер-Ваальса связывает…

1. Давление и температуру

2. Объем и массу

3. Все выше перечисленное

Задачи:

№1. Определить давление, оказываемое на стенки сосуда азотом массой m = 0,840 кг, занимающим объем V = 33,0∙ при температуре T = 173К? Постоянные для азота a = 0,135, b = 4∙.

Дано: СИ

Т= 173 К

m = 0,840 кг

V = 33,0∙

a = 0,135

b = 4∙

P-?

Решение:

1. Реальные газы подчиняются уравнению Ван-дер-Ваальса

2. Выразим отсюда :

3) Подставим значения:

Ответ:

№2. Количество кислорода находится при температуре T = 27° С и давлении p = 10 МПа. Найти объем V газа, считая, что кислород при данных условиях ведет себя как реальный газ.

Дано: СИ

T = 27° С

v = 1кмоль

p = 10 МПа

V-?

Решение:

1. Из уравнения Ван-дер-Ваальса для некоторого количества кислорода имеем

2. В качестве первого приближения возьмем объем из уравнения Менделеева-Клайперона

Тогда получаем

3. Подставляем в первое уравнение и получаем

Ответ:

Лекция №8 (Мохова)

Теоретические вопросы:

1. Как звучит закон сохранения заряда?

2. Что называют напряженностью электростатического поля?

3. Теорема Гаусса для электростатического поля в вакууме.

4. Перечислите типы диэлектриков.

Тест:

1. Единица измерения электрического заряда (в системе СИ):

   1. Вт

   2. дБ

   3. Кл

2. Молекулы какого типа диэлектриков вследствие асимметрии имеют нулевой дипольный момент:

   1. Диэлектриков с неполярными молекулами

   2. Диэлектриков с полярными молекулами

   3. Ионных диэлектриков

3. Закон Ома в интегральной форме:

   1. 

   2. 

   3. 

4. Выберите неверное свойство электрического заряда:

   1. Аддитивность

   2. Дискретность

   3. Мультипликативность

5. Какому из вариантов соответствует следующее высказывание: «Сила взаимодействия F между двумя неподвижными точечными зарядами, находящимися в вакууме, пропорциональна зарядам 𝑞1 и 𝑞2 , и обратно пропорциональна квадрату расстояния r между ними» :

   1. Закон Кулона

   2. Закон Ома

   3. Теорема Гаусса

6. По формуле τ вычисляется:

   1. Линейная плотность электрических зарядов

   2. Объемная плотность электрических зарядов

   3. Поверхностная плотность электрических зарядов

7. Единица плотности тока измеряется в:

   1. А/

   2. А

   3. Безразмерна

8. Векторной величиной является:

   1. Сила тока

   2. Потенциал

   3. Поляризованность

9. Через алгебраическую сумму считают:

   1. Электростатическую силу

   2. Напряженность результатирующего поля

   3. Поток вектора напряженности электростатического поля

10. Ориентирование имеющихся дипольных моментов молекул по полю характерно для:

    1. Электронной поляризации

    2. Дипольной поляризации

    3. Ионной поляризации

Задачи:

№1. С какой силой F будут притягиваться два одинаковых свинцовых шарика радиусом r = 1 см, расположенные на расстоянии R = 1 м друг от друга, если у каждого атома первого шарика отнять по одному электрону и все эти электроны перенести на второй шарик? Молярная масса свинца M = 207×10⁻³ кг/моль, плотность ρ = 11,3 г/см³.

Дано: СИ

r = 1 см

R = 1 м

M = 207×10⁻³ кг/моль

ρ = 11,3 г/см³

F-?

Решение:

После того как электроны у одного шарика отняты и перенесены на другой, шарики приобретают равные и противоположные по знаку заряды, поэтому (если шарики находятся в вакууме) сила притяжения: , где R — расстояние между центрами шариков, π — число Пи. Заряд q определится следующим соотношением: , . Тогда Н.

Ответ: F=4,38*H.

№2. По вольфрамовой проволоке протекает электрический ток. Длина проволоки – 4 м, сила тока составляет 0,05 А. Напряжение, под которым находится данный проводник, составляет 5 В. Необходимо определить величину площади поперечного сечения. Удельное сопротивление вольфрама составляет 0,055 (Ом*)/м.

Дано: СИ

l = 4 м

I = 0,05 A

U = 5 В

R = 0,055 (Ом*)/м

S-?

Решение: Используя формулу выразим площадь сечения проводника: . Теперь из уравнения выразим значение сопротивления проволоки: . Подставим это выражение в формулу для площади сечения, получим: . Подставим численные значения: .

Ответ: S=0.0022 .

Лекция №9 (Григорьева)

Теоретические вопросы:

1. Физический смысл вектора магнитной индукции.

2. В чём суть закона Ампера?

3. Закон Био-Савара-Лапласа

4. Определение силы Лоренца

Тесты:

1. Какой формулой описывается закон Био-Савара-Лапласа?

1. , где dl – длина участка проводника, B- вектор магнитной индукции, F_max- максимальная магнитная сила

2. где I- сила тока, l- длина проводника, B- вектор магнитной индукции

3. 

2. Формула магнитного поля прямого тока:

1. , где I- сила тока, R-расстояние от провода до точки, µ₀- магнитная постоянная

2. , где I- сила тока, R- расстояние от провода до точки

3. , где µ- магнитная проницаемость среды, R-расстояние от провода до точки, M-мощность постоянного тока

3. Магнитный момент – это…

1. результирующая сила действующая на виток с током в постоянном магнитном поле

2. величина, характеризующая магнитные свойства вещества

3. Электрическое поле неподвижного заряда

4. Соленоид - это...

1. отложение солей в породах металлов

2. стальной или железный стержень, вставленный в катушку

3. изогнутый спиралью проводник с током

5. Тороид - это

1. провод, навитый на тор

2. провод навитый на квадрат

3. провод навитый на эллипс

6. Как определяют направление силы Лоренца?

1. Правилом левой руки

2. Правилом правой руки

3. Правилом буравчика

7. Принцип работы правила буравчика

1. Если направление поступательного движения буравчика совпадает с направлением тока в проводнике, то направление вращения ручки буравчика совпадает с направлением вектора магнитной индукции поля, создаваемого этим током.

2. Если направление поступательного движения буравчика совпадает с направлением тока в проводнике, то и магнитная индукция совпадает с этим направлением.

3. Если направление поступательного движения буравчика совпадает с направлением тока в проводнике, то направление вращения ручки буравчика противоположно направлению вектора магнитной индукции поля, создаваемого этим током.

8. Почему рамка с током, находясь в однородном магнитом поле, начинает вращаться?

1. На рамку действуют силы Лоренца

2. Рамка находится под воздействием магнитного дипольного момента

3. Силы Ампера действуют на рамку и создают вращательный момент

9. Кто является первооткрывателем электромагнетизма?

1. Андре Мари Ампер

2. Ханс Кристиан Эрстед

3. Уильям Стёрджен

10. Какой из рисунков изображает применение теоремы о циркуляции к тороидальной катушке?

1) 2)

3)

Задачи

№1. По обмотке очень короткой катушки радиусом r=16 см течет ток I= 5 А. Сколько витков N проволоки намотано на катушку, если напряженность H магнитного поля в её центре равна 800 А/м?

Дано: СИ:

r = 0,16 м

I= 5 А

H = 800 A/м

N - ?

Решение:

; где I- сила тока, N- число витков, r- радиус обмотки, H- напряженность.

Ответ: N= 51

№2. Электрон движется по окружности в однородном магнитном поле со скоростью v=0,8 c (c - скорость света в вакууме). Магнитная индукция В поля равна 0,01 Тл. Определить радиус окружности в двух случаях: 1) не учитывая увеличение массы со скоростью; 2) учитывая это увеличение.

Дано: СИ:

е = 1,6 ‧10^-19 Кл

v= 0,8 c

c = 3 ‧10⁸ м/с

В= 0,01 Тл

m = 9,1‧10^-34кг

R - ?

Решение:

На электрон, движущийся в магнитном поле, действует сила Лоренца. Сила Лоренца перпендикулярна к вектору скорости и является центростремительной силой;

Подставляя выражение F и F_ЦС;

где e- заряд частицы, B- вектор магнитной индукции, m- масса частицы, R- радиус окружности.

Отсюда;

Подставим m₀ =m;

1. 

2. С учётом увеличения массы со скоростью.

где c- скорость света

Получим

Ответ: 1) R= 13,65 см, 2) R=22,75 см

Лекция №10.

Теоретические вопросы:

1. Какая величина характеризует магнитные свойства среды?

2. В чем сущность гипотезы Ампера?

3. Назовите основные типы магнетиков.

4. Дайте характеристику диамагнетиков и парамагнетиков.

Тест:

1. Количественная характеристика намагниченного состояния вещества — это…

1. индукция магнитного поля

2. намагниченность

3. напряженность магнитного поля

2. Какой формулой выражается напряженность магнитного поля?

1. 

2. 

3. 

2. Какое утверждение неверно? 1) Магнитная восприимчивость — физическая величина, характеризующая связь между магнитным моментом (намагниченностью) вещества и магнитным полем в этом веществе, выражается формулой: 2) Магнитная проницаемость — это физическая величина, показывающая, во сколько раз индукция магнитного поля в одной среде больше или меньше индукции магнитного поля в вакууме, выражается формулой: . 3) Магнитная проницаемость — коэффициент пропорциональности, характеризующий магнитные свойства вещества, выражается формулой: .

3. Диамагнетики – это вещества, у которых магнитная проницаемость: 1) 2) 3)

4. Какие вещества относят к ферромагнетикам? 1) у которых 2) у которых 3) у которых

5. Температура Кюри – это температура, при которой: 1) ферромагнетик теряет ферромагнитные свойства 2) плавятся ферромагнетики 3) магнит становится менее сильным

6. Гипотеза Ампера: 1) все вещества, проводящие ток, являются магнитами 2) магнитные свойства тела определяются внутренними токами 3) все намагниченные тела являются ферромагнетиками

7. Какие вещества ослабляют магнитное поле? 1) диамагнетики 2) парамагнетики 3) ферромагнетики

8. Какой график принадлежит парамагнетику?

1) I

2) II

3) III

2. . Какой график принадлежит ферромагнетику?

1) I

2) II

3) III

Задачи:

№1:Определить магнитную восприимчивость и молярную восприимчивость висмута, если удельная магнитная восприимчивость .

Решение:

Магнитная восприимчивость определяется соотношением , где J — намагниченность, H — напряженность магнитного поля. Намагниченность J, в свою очередь, определяется следующей формулой: где — суммарный магнитный момент всех молекул в объеме V (магнетик предполагается однородным).

Соответственно ; , где — количество вещества (число молей данного вещества), и ; , где m — масса вещества.

1. Для определения удельной магнитной восприимчивости найдем отношение , откуда , где — плотность. Убедимся в том, что правая часть равенства, так же как и , — величина безразмерная (неименованная):

Произведем вычисления, используя справочные материалы (плотность висмута: ): .

2. Для определения молярной магнитной восприимчивости найдем отношение , где M — молярная масса. Тогда . Убедимся в том, что правая часть этого равенства дает единицу молярной магнитной восприимчивости : Найдем сначала относительную молекулярную массу висмута . Т.к. относительная молекулярная масса численно равна молярной массе , выраженной в г/моль, то , что соответствует выражению молярной массы в СИ. Произведем вычисления: .

Ответ:

№2:Прямоугольный ферромагнитный брусок объемом V=10 приобрел в магнитном поле напряженностью H=800 А/м, магнитный момент . Определить магнитную проницаемость µ ферромагнетика.

Решение: Магнитная проницаемость есть: , где — магнитная восприимчивость. Для намагниченности можем записать выражение: . С другой стороны: . Приравняв правые части этих выражений, получаем: . Следовательно, для магнитной проницаемости можно записать: . Вычисляем согласно полученной формуле:

Проверка размерности: (безразмерная величина). Ответ:

Лекция №11 (Харченко)

Теоретические вопросы:

1. В чем заключается явление электромагнитной индукции?

2. Сформулируйте правило Ленца.

3. Какой физический смысл имеет правило Ленца?

4. По каким причинам может происходить изменение магнитного потока, пронизывающего замкнутый контур?

Тест:

1. Формула магнитного потока:

1. (B - Модуль вектора магнитной индукции, a - угол между вектором В и нормалью n к плоскости контура)

2. Ф=(B - Модуль вектора магнитной индукции, a - угол между вектором В и нормалью n к плоскости контура)

3. Ф=(B - Модуль вектора магнитной индукции, a - угол между вектором В и нормалью n к плоскости контура)

2. Закон Фарадея - Максвелла:

1. (величина электродвижущей силы (ЭДС), Ф- магнитный поток, t- время)

2. (величина электродвижущей силы (ЭДС), Ф- магнитный поток, t- время)

3. (величина электродвижущей силы (ЭДС), Ф- магнитный поток, t- время)

3. Формула силы Лоренца.

1. ( – сила Лоренца, q – заряд частицы, B – модуль вектора индукции магнитного поля, v – скорость частицы,  – угол между вектором индукции магнитного поля и направления движения)

2. ( – сила Лоренца, q – заряд частицы, B – модуль вектора индукции магнитного поля, v – скорость частицы,  – угол между вектором индукции магнитного поля и направления движения)

3. ( – сила Лоренца, q – заряд частицы, B – модуль вектора индукции магнитного поля, v – скорость частицы,  – угол между вектором индукции магнитного поля и направления движения)