4 Термодинамика и молекулярно-кинетическая теория 114

4.1 термодинамика 114

4.1.1 Первое начало термодинамики 114

i. Водород Н2 объемом 1 м3, находившийся при нормальных условиях, сначала изохорно перевели в состояние с давлением, в п раз большим первоначального, а затем изобарно в состояние с объемом, в k раз большим первоначального. Определить изменение внутренней энергии газа, работу, совершенную им, и полученное количество теплоты. 117

ii. Два моля азота N2, находившиеся при нормальных условиях, сначала изотермически перевели в некоторое состояние, а затем квазистатически и адиабатно – в конечное состояние с объемом, в четыре раза большем начального. Определить работу, совершенную газом, если в изотермическом процессе ему было сообщено Q=11 300 Дж теплоты. 118

4.1.2 Второе начало термодинамики 119

iii. Цикл (рис. 4.3) состоит из двух изотерм (Т1=600 К, Т2=300 К) и двух изобар (р1=4р2). Определить к.п.д. цикла, если рабочим веществом служит один моль идеального газа, молекулы которого имеют пять степеней свободы (i=5). 120

iv. Определить изменение энтропии одного моля идеального газа в изобарном, изохорном и изотермическом процессах. 121

4.2 молекулярно-кинетическая теория 121

4.2.1 Распределение Максвелла – Больцмана 121

v. Азот находится под давлением р=1 атм при температуре Т=300 К. найти относительное число молекул азота, модуль скорости которых лежит в интервале скоростей от <v> до <v>+dv, где dv=1 м/с. Внешние силы отсутствуют. 123

vi. Найти относительное число молекул, модуль скорости которых больше модуля средней скорости. 124

vii. В сосуде объемом V=30 л находится т=100 г кислорода под давлением р=3·105 Па. Определить наиболее вероятное значение кинетической энергии молекул кислорода. 125

4.2.2 Распределение Больцмана 126

viii. Найти среднюю потенциальную энергию молекул воздуха в поле тяготения Земли. На какой высоте от поверхности Земли потенциальная энергия молекул равна средней потенциальной энергии? температуру воздуха считать постоянной и равной 0оС. 127

4.3 задачи для самостоятельного решения 128

итоговые задания И ЗАКЛЮЧЕНИЕ 131

Вопрос 1 Физическая система – это 131

Вопрос 2 Метод (алгоритм) применения физического закона – это 131

Вопрос 3 Физический анализ задачи сводится в основном 131

Вопрос 4 Поставленная задача, для решения которой необходимо и достаточно привлечь лишь систему «обычных» знаний и «стандартных» методов и приемов, называется 132

Вопрос 5 Прямая основная задача кинематики заключается 132

Вопрос 6 Основная задача в теории поля тяготения заключается в расчете поля тяготения. Рассчитать поле тяготения – это значит 132

Вопрос 7 Какие методы используются для исследования физических систем в молекулярной физике? 132

Вопрос 8 Основная задача теории магнитного поля заключается в расчете характеристик магнитного поля произвольной системы токов и движущихся электрических зарядов. Эту задачу решают, применяя 133

Вопрос 9 Первое начало термодинамики в форме справедливо 133

Вопрос 10 Если известны только начальное и конечное состояния термодинамической системы, то можно определить 133

Вопрос 11 Условие нормировки функции имеет вид 133

Вопрос 12 Какое тело и во сколько раз притягивает Луну сильнее: Земля или Cолнце? 133

Вопрос 13 Тело брошено вверх со скоростью 39,2 м/с. на какой высоте оно потеряет 2/3 скорости? Через какое время тело упадет на землю? Сопротивлением воздуха пренебречь. 134

Вопрос 14 Материальная точка без трения соскальзывает с внешней поверхности сферы, описывая траекторию радиусом R. На какой высоте она оторвется от этой поверхности? 134

Вопрос 15 Два груза по 300 г связаны нитью, перекинутой через неподвижный невесомый блок, вращающийся без трения. На один груз положен перегрузок массой 20 г. Определить силу давления перегрузка на груз при движении системы. 134

Вопрос 16 Тело заряжено до потенциала 50 В. При соединении его с незаряженным металлическим шариком радиусом 7 см получается потенциал 42 В. Определить емкость тела. 134

А. 134

408 пФ 134

В. 134

4,08 пФ 134

Б. 134

40,8 пФ 134

Г. 134

0,408 пФ 134

Вопрос 17 Два источника тока с э.д.с. 1,2 и 1,5 В и внутренними сопротивлениями 0,3 и 0,5 Ом параллельно питают активное сопротивление 2 Ом. Определить силу тока, текущего по сопротивлению. 134

А. 134

0,6 А 134

В. 134

1 А 134

Б. 134

0,8 А 134

Г. 134

1,2 А 134

Вопрос 18 Медное кольцо радиусом 20 см и сопротивлением 20 Ом, расположенное в магнитном поле перпендикулярно вектору индукции 0,04 Тл, вытягивают в сложенную в двое прямую. Какой при этом индукционный заряд проходит по материалу кольца? 134

А. 135

5·10-3 Кл 135

В. 135

2,5·10-3 Кл 135

Б. 135

5·10-4 Кл 135

Г. 135

2,5·10-4 Кл 135

Вопрос 19 В баллоне объемом 5 л находится 5 кг кислорода при температуре 300 К. Какую массу газа надо выпустить из баллона, чтобы при температуре 350 К давление уменьшилось на 2,026·107 Па? 135

А. 135

18,3 кг 135

В. 135

36,6 кг 135

Б. 135

1,83 кг 135

Г. 135

3,66 кг 135

Вопрос 20 Два куска льда массами по 200 г при температуре 273 К в вакууме трутся друг о друга при помощи двигателя, развивающего мощность 10 Вт. Определить, через какое время они растают. 135

А. 135

37,2 ч 135

В. 135

18,6 ч 135

Б. 135

3,72 ч 135

Г. 135

1,86 ч 135

СПРАВОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ 137