Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА И ТЕРМОДИНАМИКА35.doc
Скачиваний:
0
Добавлен:
18.11.2019
Размер:
1.23 Mб
Скачать

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Смоленский государственный университет

Кафедра физики

Царева Е.А.

Молекулярная физика и основы термодинамики

Индивидуальные задания

для самостоятельной работы по курсу

«ФИЗИКА»

для студентов направления подготовки

«Строительство»

Смоленск

2012

УДК 53(075.5)

Е.А. Царева Индивидуальные задания для самостоятельной работы по физике для студентов направления подготовки «Строительство». – Смоленск: СмолГУ, 2012.- 24 с.

Пособие предназначено для самостоятельной работы студентов 1 курса физико-математического факультета обучающихся по направлению «Строительство» и изучающих курс физики. В пособии предлагаются контрольные вопросы, отвечая на которые студент может оценить свои знания по данной теме и индивидуальные задания по решению задач по теме «Молекулярная физика и основы термодинамики»

Тема 1. Основы молекулярно-кинетической теории газов. Термодинамические параметры, теплоемкость Контрольные вопросы

  1. Сформулируйте основные положения молекулярно кинетической теории газов. Запишите уравнение состояния идеального газа (Клапейрона — Менделеева).

  2. Чему равно давление смеси газов? Сформулируйте закон Дальтона, поясните его. Что называется парциальным давлением газа?

  3. Что называется плотностью вещества? Как определить плотность смеси двух веществ?

  4. Запишите основное уравнение молекулярно-кинетической теории газов поясните его. Что такое концентрация молекул? В каких единицах ее измеряют?

  5. Что такое энергия теплового движения молекул идеального газа? Чему она равна? Что называется числом степеней свободы молекул газа? Какие значения может принимать число степеней свободы молекул идеального газа? В чем состоит закон распределения энергии по степеням свободы? Какая часть энергии молекул приходится на долю поступательного движения, а какая — на долю вращательного, если эта молекула: а) двухатомная; б) многоатомная?

  6. Чему равно изменение внутренней энергии идеального газа? Как определить изменение внутренней энергии смеси газов?

  7. Что называют теплоемкостью вещества? Что такое удельная теплоемкость? Что называется мольной теплоемкостью? Какая связь существует между удельной и мольной теплоемкостями вещества? Как подсчитать количество теплоты, необходимой для повышения температуры вещества на определенное значение» если известны: а) его масса; б) количество вещества?

  8. Почему для повышения температуры газа на одно и то же значение при постоянном объеме и постоянном давлении требуется различное количество теплоты? Какая связь существует между мольными теплоемкостями при постоянном объеме и постоянном давлении?

  9. Чем определяется отношение теплоемкостей при постоянных давлении и объеме? Какие значения это отношение может принимать?

    1. Как определить мольные и удельные теплоемкости смеси газов?

ЛИТЕРАТУРА

  1. И.В. Савельев. Курс физики. М., 1989.Т. 1 (§ 59-64,72).

  2. А.Л. Детлаф, БМ. Яворский. Курс физики. М., 1989 (§ 8.1-8,4., 10.12.)

  3. Т.И. Трофимова, Курс физики. М., 1985 (§ 41-43,53).

Задачи

Задача 1. Газ плотностью ρ находится под давлением р и температуре Т. Найти неизвестные величины согласно номеру задания в таблице.

Номер задания

Газ

ρ, кг/м3

р, Па

Т, К

1

?

0,117

8103

230

2

H2

?

2,25105

450

3

Ar

1,337

?

360

4

Kr

3,444

2105

?

5

?

4,126

5105

1222

6

N2

?

2,2105

440

7

O2

0,019

?

200

8

He

0,024

1,5104

?

9

?

3,61

3105

400

10

NH3

?

104

400

11

CO2

2,647

?

500

12

H2

0,048

5104

?

13

?

0,24

2,1105

420

14

N2

?

1,7105

340

15

Ne

0,115

?

210

16

O2

3,851

5105

?

17

?

0,188

2,5105

320

18

NH3

?

2104

450

19

He

0,523

?

460

20

CO2

0,106

4103

?

21

?

3,209

4105

480

22

NH3

?

2103

240

23

H2

0,04

?

300

24

Ne

3,744

7105

?

25

?

0,055

5103

220

26

He

?

2,1105

420

27

O2

1,925

?

380

28

H2

?

2,25105

450

29

Ar

1,337

?

360

30

Kr

3,444

2105

?

31

?

4,126

5105

1222

32

N2

?

2,2105

440

33

O2

0,019

?

200

34

NH3

?

2104

450

35

Ar

3,026

2,2105

?

Задача 2. Сосуд объёмом заполнен смесью двух газов. Масса первого газа – m1, масса второго газа – m2. Смесь находится под давлением p при температуре T. Найти неизвестные величины согласно номеру задания в таблице.

Номер задания

Первый газ

Второй газ

m1, г

m2, г

V, м3

p, Па

T, К

1

O2

Kr

?

24

6,2310-3

6,2105

310

2

H2

Ne

8

14

?

4103

200

3

Ar

H2

20

10

9,1410-2

?

420

4

He

Ne

12

10

5,8210-2

1,5105

?

5

Kr

N2O

12

?

1,6610-2

1,9105

380

6

H2O

Ne

9

5

?

2105

400

7

He

N2

16

14

0,748

?

260

8

He

O2

12

16

0,582

1,4104

?

9

Ne

Ar

?

20

0,415

4,8103

240

10

CO2

H2O

11

18

?

7105

350

11

N2

Ar

7

10

8,3110-3

?

440

12

H2

He

8

8

0,5

2,5104

?

13

O2

CO2

8

?

1,2510-2

105

300

14

N2O

H2

22

20

?

4,4103

220

15

H2

Kr

6

6

2,710-2

?

460

16

Ar

CO2

20

22

8,3110-3

3,5105

?

17

N2O

He

?

16

0,125

9,6104

320

18

N2

O2

14

16

?

7,5103

250

19

Kr

Ne

6

5

4,1510-3

?

390

20

H2O

He

18

20

0,1

2,25105

?

21

He

CO2

20

?

0,25

5,6104

280

22

N2O

Ar

11

10

?

4,5105

450

23

N2

Kr

7

12

1,2510-2

?

340

24

O2

H2O

8

9

6,2310-3

4105

?

25

H2

CO2

?

11

7,0610-2

1,75105

350

26

Ne

O2

5

8

?

2,15105

430

27

O2

Ar

4

5

2,0810-2

?

230

28

N2O

H2

22

20

?

4,4103

220

29

H2

Kr

6

6

2,710-2

?

460

30

Ar

CO2

20

22

8,3110-3

3,5105

?

31

N2O

He

?

16

0,125

9,6104

320

32

N2

O2

14

16

?

7,5103

250

33

Kr

Ne

6

5

4,1510-3

?

390

34

H2O

He

18

20

0,1

2,25105

?

35

H2O

N2O

9

11

1,2510-2

2,5105

?

Задача 3. Газ находится под давлением p при температуре T. Концентрация молекул газа равна n, средняя кинетическая энергия поступательного движения одной молекулы – W. Найти неизвестные величины согласно номеру задания в таблице.

Номер задания

p, Па

T, К

n, м-3

W, Дж

1

8104

220

?

?

2

2,5105

?

?

7,24510-21

3

?

?

6,441025

9,31510-21

4

?

250

1,451024

?

5

1,5105

300

?

?

6

104

?

?

5,17510-21

7

?

?

5,431025

8,2810-21

8

?

270

2,151025

?

9

103

230

?

?

10

3105

?

?

7,8710-21

11

?

?

2,721025

8,2810-21

12

?

260

2,791024

?

13

5104

280

?

?

14

105

?

?

1,07610-20

15

?

?

3,291025

4,5510-21

16

?

360

4,031025

?

17

2105

340

?

?

18

8103

?

?

5,17510-21

19

?

?

1,341025

5,5910-21

20

?

500

5,81025

?

21

5103

240

?

?

22

2,8105

?

?

7,6610-21

23

?

?

2,411025

6,2110-21

24

?

300

7,251024

?

25

2,5105

600

?

?

26

105

?

?

6,8310-21

27

?

?

8,71023

5,17510-21

28

?

?

6,441025

9,31510-21

29

?

250

1,451024

?

30

1,5105

300

?

?

31

104

?

?

5,17510-21

32

?

?

5,431025

8,2810-21

33

?

270

2,151025

?

34

103

230

?

?

35

?

400

90,61024

?

Задача 4. Чему равна внутренняя энергия теплового движения газа, имеющего массу m, при температуре T. Какая часть этой энергии приходится на долю поступательного движения, а какая – на долю вращательного?

Номер задания

Газ

m, г

T, К

1

Аргон

5

350

2

Гелий

3

Водород

4

Углекислый газ

5

Кислород

8

500

6

Пары воды

7

Азот

8

Неон

9

Воздух

12

400

10

Криптон

11

Закись азота

12

Аргон

13

Кислород

2

300

14

Неон

15

Водород

16

Пары воды

17

Углекислый газ

10

450

18

Азот

19

Воздух

20

Гелий

21

Закись азота

4

250

22

Азот

23

Кислород

24

Аргон

25

Кислород

8

275

26

Неон

27

Водород

28

Пары воды

29

Углекислый газ

15

325

30

Закись азота

31

Азот

32

Гелий

6

550

33

Воздух

34

Водород

35

Углекислый газ


Задача 5. Некоторый газ находится в закрытом сосуде объёмом V при температуре T1 и давлении p1. После изменения температуры до T2 давление газа в сосуде стало равным p2. При этом газу было передано количество теплоты, равное Q. Определить неизвестные величины.

Номер задания

Газ

V, 10-3 м3

T1, К

T2, К

p1, Па

p2, Па

Q, Дж

1

Кислород

2,5

200

320

?

8103

?

2

?

366

?

2105

3105

500

3

1,6

?

450

105

1,5105

?

4

?

375

500

3105

?

1000

5

Гелий

?

352

440

?

2,5105

225

6

1,5

250

?

8103

1,12104

?

7

?

?

460

2,5105

3,2105

252

8

2,0

506

600

3,8105

?

?

9

Углекислый газ

1,0

240

300

?

104

?

10

2,6

343

?

3,5105

4,8105

?

11

?

?

350

9104

1,2105

315

12

?

320

400

8104

?

168

13

Азот

3,0

300

380

?

1,14105

?

14

?

448

?

4105

5105

1000

15

?

?

320

5104

6,4104

52,5

16

2,2

364

420

2,6105

?

?

17

Аргон

?

339

452

?

4105

525

18

?

256

?

2104

2,5104

7,5

19

2,4

?

504

4105

4,8105

?

20

1,8

430

516

3,5105

?

?

21

Водород

?

290

319

?

5,5104

37,5

22

1,2

400

?

4,5105

6,3105

?

23

3,4

?

509

2,2105

3,2105

?

24

?

240

360

5103

?

16,25

25

Воздух

3,0

300

380

?

1,14105

?

26

?

448

?

4105

5105

1000

27

?

?

320

5104

6,4104

52,5

28

2,2

364

420

2,6105

?

?

29

Кислород

1,5

250

?

8103

1,12104

?

30

?

?

460

2,5105

3,2105

252

31

2,0

506

600

3,8105

?

?

32

Закись азота

?

280

392

?

1,4104

42

33

1,4

370

?

4,2105

6,3105

?

34

?

?

384

1,5105

1,8105

180

35

2,5

310

434

1,8105

?

?

Задача 6. Молекулы некоторого газа имеют число степеней свободы, равное i. При нагревании этого газа на T1 при постоянном давлении необходимо затратить количество теплоты Q1. Если это же количество газа охладить на T2 при постоянном объёме, выделится количество теплоты Q2. Найдите неизвестную величину.

Номер задания

i

T1, К

T2, К

Q1, Дж

Q2, Дж

1

?

140

160

2,45

2

2

6

?

140

19,81

26

3

3

170

?

49,58

35

4

5

60

30

?

4

5

5

210

150

58,8

?

6

?

70

80

8,17

7

7

3

?

110

14,55

16

8

6

100

?

22,22

25

9

5

40

20

?

5,5

10

6

200

180

51,85

?

11

?

90

60

30

12

12

3

?

50

8

8

13

6

160

?

35,56

20

14

3

20

40

?

5

15

5

230

200

51,52

?

16

?

150

120

50

24

17

5

?

130

30,15

28

18

6

120

?

24

15

19

3

30

50

?

6

20

5

190

170

37,55

?

21

?

130

100

32,76

18

22

5

?

60

13,07

14

23

6

180

?

45

30

24

3

50

70

?

9

25

3

80

90

14,81

?

26

?

220

200

58,67

40

27

5

?

80

8,75

10

28

6

160

?

35,56

20

29

3

20

40

?

5

30

5

230

200

51,52

?

31

?

150

120

50

24

32

5

?

130

30,15

28

33

6

120

?

24

15

34

3

30

50

?

6

35

3

110

?

41,9

32

Задача 7. Удельные теплоёмкости некоторого газа равны cV и cp, отношение теплоёмкостей cp/cV=, молярная масса газа μ. Молекулы газа обладают числом степеней свободы, равным i. Найти неизвестные величины согласно номеру задания в таблице. Определить, о каком газе идёт речь.

Номер задания

cV, Дж/(кгК)

cp, Дж/(кгК)

μ, 10-3 кг/моль

i

1

?

?

1,667

4

?

2

?

1846,6

1,333

?

?

3

649,2

?

?

?

5

4

?

?

?

20

3

5

566,6

?

1,333

?

?

6

?

1846,6

?

18

?

7

?

1038,75

?

?

5

8

?

1038,75

1,667

?

?

9

148,74

247,9

?

?

?

10

10387,5

?

1,4

?

?

11

566,6

?

?

44

?

12

311,6

?

?

?

3

13

?

755,5

1,333

?

?

14

?

1038,75

?

28

?

15

?

1038,75

?

20

?

16

?

14542,5

?

?

5

17

?

?

1,4

32

?

18

3116

?

1,667

?

?

19

?

?

?

44

6

20

10387,5

?

?

?

5

21

?

?

1,333

18

?

22

?

908,9

1,4

?

?

23

566,6

?

?

?

6

24

?

?

?

40

3

25

742

1038,75

?

?

?

26

1385

?

?

?

6

27

?

?

?

2

5

28

?

?

1,667

4

?

29

?

1846,6

1,333

?

?

30

649,2

?

?

?

5

31

?

?

?

20

3

32

566,6

?

1,333

?

?

33

?

1846,6

?

18

?

34

?

1038,75

?

?

5

35

?

5194

?

4

?

Задача 8. Вычислить удельные теплоёмкости cV и cp смеси двух газов, если массовая доля первого газа равна g1 %, а второго – g2 %. Объяснить зависимость удельных теплоёмкостей от процентного соотношения газов.

Номер задания

Первый газ

Второй газ

g1, %

g2, %

1

Неон

Водород

80

20

2

60

40

3

40

60

4

20

80

5

Аргон

Кислород

80

20

6

60

40

7

40

60

8

20

80

9

Гелий

Кислород

80

20

10

60

40

11

40

60

12

20

80

13

Азот

Водород

80

20

14

60

40

15

40

60

16

20

80

17

Неон

Кислород

80

20

18

60

40

19

40

60

20

20

80

21

Гелий

Криптон

80

20

22

60

40

23

40

60

24

20

80

25

Азот

Кислород

80

20

26

60

40

27

40

60

28

20

80

29

Гелий

Водород

80

20

30

60

40

31

40

60

32

20

80

33

Аргон

Азот

80

20

34

60

40

35

40

60

36

20

80

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Оставленные комментарии видны всем.