Расчетно-графические задания по общей физике
Молекулярная физика и термодинамика
жүктеу/скачать 3,23 Mb.
|
Расчетно графическое Задание N1 2023 1
- Бұл бет үшін навигация:
- 6. Законы идеального газа
- Распределение Максвелла-Больцмана
Молекулярная физика и термодинамика(Специально для этого раздела см. Практикум по решению физических задач с применением компьютера. Молекулярная физика и термодинамика / Штыгашев А.А. Новосибирск: НГТУ, 2016. -64 с.) 6. Законы идеального газа 6.1. В сосуде объемом 30 л содержится идеальный газ при температуре 273 К. После того как часть газа была выпущена наружу, давление в сосуде изотермически понизилось на 0.78 атм. Найти массу выпущенного газа. Плотность данного газа при нормальных условиях 1.3 г/л. Построить график процесса. 6.2. Сосуд объемом 20 л содержит смесь водорода и гелия при температуре 293 К и давлении 2 атм. Масса смеси 5 г. Найти отношение массы водорода к массе гелия в этой смеси. Привести поясняющий рисунок и указать основные параметры. 6.3. В сосуде находится смесь 7 г азота и 11 г углекислого газа при температуре 290 К и давлении 1 атм. Найти плотность этой смеси, считая газы идеальными. Привести поясняющий рисунок и указать основные параметры. 6.4. В вертикальном закрытом сосуде с обоих торцов цилиндре находится массивный поршень, по обе стороны которого – по одному молю воздуха. При температуре 300 К отношение верхнего объема к нижнему равно 5. При какой температуре это отношение станет равным 3? Трение не учитывать. Построить график процесса. 6.5. В шаре диаметром 20 см находится воздух массой 7 г. До какой температуры можно нагреть этот шар, если максимальное давление, которое выдерживают стенки шара, равно 3 атм? Молярная масса воздуха 0.029 кг/моль. Построить график процесса. 6.6. При нагревании газа некоторой массы на один градус при постоянном давлении объем газа увеличивается на 1/300 часть его первоначального объема. Определить начальную температуру. Построить график процесса. 6.7. Сколько качаний поршневого насоса надо сделать, чтобы накачать пустую камеру футбольного мяча объемом 2.5 л до давления, превышающее атмосферное давление в 4 раза? За каждое качание насос захватывает из атмосферы воздух объемом 0.2 л. Температуру мяча считать постоянной. Построить график процесса. 6.8. В одном баллоне вместимостью 1.5 л находится газ под давлением 2 атм, а в другом – тот же газ под давлением 10 атм. Баллоны, температура которых одинакова, соединены трубкой с краном. Если открыть кран, то в обоих баллонах установилось давление 4 атм. Какова вместимость второго баллона? Построить график процесса. 6.9. Давление в цилиндре паровой машины объемом 20 л, после открывания клапана, уменьшилось на 8.1 атм. Какова масса пара, выпущенного из цилиндра? Температуру пара считать равным 100 градусов. Построить график процесса. 6.10. Найти объем смеси, состоящей из азота массой 2.8 кг и кислорода массой 3.2 кг и имеющей температуру 290 К и давление 4 атм. Привести поясняющий рисунок и указать основные параметры. 6.11. Предельно допустимая концентрация (ПДК) аммиака (NH3) в воздухе равна 10 мг/м3. Определить парциальное давление и массу аммиака в помещении объемом 100 м3 при температуре 30о, если его концентрация соответствует ПДК. Привести поясняющий рисунок и указать основные параметры. 7. Распределение Максвелла-Больцмана 7.1. Энергию атомных и субатомных частиц часто измеряют в электрон-вольтах, 1 эВ = 1.6×10-19 Дж. Найти, при какой температуре средняя кинетическая энергия молекулы азота равна 1 эВ. Определить, при какой температуре 25% всех молекул имеют кинетическую энергию, превышающую 1 эВ. Постройте график зависимости (см. пример 7.1), отметьте (заштрихуйте) искомую область. 7.2. Азот массой 12 г находится в закрытом сосуде при температуре 300 К. Какое количество теплоты необходимо передать азоту, чтобы средняя квадратичная скорость молекул возросла в 2 раза? Привести поясняющий рисунок и указать основные параметры. 7.3. Газ, состоящий из жестких двухатомных молекул, находится при температуре 300 К. Вычислить среднюю квадратичную угловую скорость вращения молекулы, если ее момент инерции равен 2.1 10-46 кг м2. Привести поясняющий рисунок и указать основные параметры. 7.4. В вакуумном диоде электроны, эмитируемые накаленным катодом, попадают в задерживающее поле анода. До анода доходят лишь достаточно быстрые электроны. Считая, что тепловые скорости эмитируемых (вышедших из катода) электронов распределены по закону Максвелла с температурой 1150 К, определить долю электронов, преодолевающих задерживающий потенциал а) 0.2 В, б) 0.4 В. Катодом является тонкая прямолинейная нить, натянутая по оси цилиндрического анода. Привести поясняющий рисунок и указать основные параметры. 7.5. Найти отношение числа молекул водорода, скорости которых лежат в пределах от 3000 м/с до 3050 м/с, к числу молекул, имеющих скорости в пределах от 1550 м/с до 1600 м/с, если температура водорода 573 К. Постройте график зависимости (см. пример 7.1), отметьте (заштрихуйте) искомые области, сравните их между собой и результатами расчетов. 7.6. Какая часть молекул кислорода обладает скоростями, отличающимися от наивероятнейшей не больше чем на 25 м/с при температурах 273 К и 573 К? Постройте график зависимости (см. пример 7.1), отметьте (заштрихуйте) искомые области, сравните их между собой и результатами расчетов. 7.7. Определить отношение числа молекул водорода, обладающих скоростями в интервале от 2500 м/с до 2600 м/с, к числу молекул, обладающих скоростями от 1500 м/с до 1600 м/с, если температура водорода 273 К. Постройте график зависимости (см. пример 7.1), отметьте (заштрихуйте) искомые области, сравните их между собой и результатами расчетов. 7.8. Найти полное число молекул и их вес в столбе атмосферы с основанием 1 см2 , если концентрация молекул у земли n0 = 2.691019 см-3 при Т = 273 К, = 0.029 кг/моль. Привести поясняющий рисунок и указать основные параметры. 7.9. Оценить порядок величины полного числа молекул в атмосфере Земли, считая, что плотность молекул описывается барометрической формулой при постоянной температуре Т=273 К, а радиус Земли равен 6370 км. Привести поясняющий рисунок и указать основные параметры. 7 .10. (См.[3]) Дымовая труба высотой 150 м выпускает дым при температуре К. Определить перепад давления на входе в трубу, обеспечивающий тягу. Температура и давление наружного воздуха К и Па, соответственно. Построить график зависимости перепада давления от температуры газов в трубе при фиксированной температуры и давлении наружного воздуха. Привести поясняющий рисунок и указать основные параметры. 7.11. Для определения числа Авогадро Перрен измерял распределение по высоте шарообразных частиц гуммигута, взвешенных в воде. Он нашел , что отношение количества частиц в слоях, отстоящих друг от друга на расстоянии 30 мкм, равно 2.08. Плотность частиц 1194 кг/м3, воды 1000 кг/м3. Радиусы частиц 0.212 мкм. На основании этих данных вычислите число Авогадро. Температура воды 18о С. Привести поясняющий рисунок и указать основные параметры. 7.12. Вычислить наиболее вероятную энергию молекул в идеальном газе и показать, что эта энергия не равна . Привести поясняющий рисунок и указать основные параметры. жүктеу/скачать 3,23 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|