Molekulārās fizikas eksāmens. Izoprocesu grafiskais attēlojums. Vielas daudzuma vai masas izmaiņas
Molekulārā kinētiskā teorija sauca par matērijas struktūras un īpašību doktrīnu, kuras pamatā ir ideja par atomu un molekulu kā ķīmiskās vielas mazāko daļiņu esamību. Molekulārās kinētiskās teorijas pamatā ir trīs galvenie nosacījumi:
- Visas vielas - šķidras, cietas un gāzveida - veidojas no mazākajām daļiņām - molekulas, kas paši sastāv no atomi("elementārās molekulas"). Ķīmiskās vielas molekulas var būt vienkāršas vai sarežģītas un sastāv no viena vai vairākiem atomiem. Molekulas un atomi ir elektriski neitrālas daļiņas. Noteiktos apstākļos molekulas un atomi var iegūt papildu elektrisko lādiņu un pārvērsties pozitīvos vai negatīvos jonos (attiecīgi anjonos un katjonos).
- Atomi un molekulas atrodas nepārtrauktā haotiskā kustībā un mijiedarbībā, kuras ātrums ir atkarīgs no temperatūras, un tā raksturs ir atkarīgs no vielas agregācijas stāvokļa.
- Daļiņas mijiedarbojas viena ar otru ar spēkiem, kas pēc būtības ir elektriski. Gravitācijas mijiedarbība starp daļiņām ir niecīga.
Atom- mazākā ķīmiski nedalāmā elementa daļiņa (dzelzs, hēlija, skābekļa atoms). Molekula- mazākā vielas daļiņa, kas saglabā savas ķīmiskās īpašības. Molekula sastāv no viena vai vairākiem atomiem (ūdens - H 2 O - 1 skābekļa atoms un 2 ūdeņraža atomi). Un viņš- atoms vai molekula, kurā viens vai vairāki elektroni ir papildus (vai elektronu nav pietiekami daudz).
Molekulas ir ārkārtīgi mazas. Vienkāršu monoatomisku molekulu izmērs ir 10–10 m. Sarežģītās poliatomiskās molekulas var būt simtiem un tūkstošiem reižu lielākas.
Molekulu nejaušu kustību sauc par termisko kustību. Siltuma kustības kinētiskā enerģija palielinās, palielinoties temperatūrai. Zemā temperatūrā molekulas kondensējas šķidrumā vai cietā vielā. Paaugstinoties temperatūrai, molekulas vidējā kinētiskā enerģija kļūst lielāka, molekulas izlido un veidojas gāzveida viela.
Cietās vielās molekulas veic nejaušas svārstības ap fiksētiem centriem (līdzsvara pozīcijām). Šie centri var atrasties telpā neregulāri (amorfi ķermeņi) vai veidot sakārtotas lielapjoma struktūras (kristāliski ķermeņi).
Šķidrumos molekulām ir daudz lielāka termiskās kustības brīvība. Tie nav piesaistīti noteiktiem centriem un var pārvietoties visā šķidruma tilpumā. Tas izskaidro šķidrumu plūstamību.
Gāzēs attālumi starp molekulām parasti ir daudz lielāki par to izmēriem. Mijiedarbības spēki starp molekulām tik lielos attālumos ir mazi, un katra molekula pārvietojas pa taisnu līniju līdz nākamajai sadursmei ar citu molekulu vai ar asinsvada sieniņu. Vidējais attālums starp gaisa molekulām normālos apstākļos ir aptuveni 10–8 m, tas ir, simtiem reižu lielāks par molekulu izmēru. Vāja mijiedarbība starp molekulām izskaidro gāzu spēju paplašināties un aizpildīt visu trauka tilpumu. Robežā, kad mijiedarbībai ir tendence uz nulli, mēs nonākam pie ideālās gāzes jēdziena.
Ideāla gāze ir gāze, kuras molekulas savstarpēji mijiedarbojas, izņemot elastīgās sadursmes procesus un tiek uzskatītas par materiāliem punktiem.
Molekulārkinētiskajā teorijā vielas daudzums tiek uzskatīts par proporcionālu daļiņu skaitam. Vielas daudzuma vienību sauc par molu (molu). kurmis- tas ir vielas daudzums, kas satur tādu pašu daļiņu (molekulu) skaitu, cik atomi ir 0,012 kg oglekļa 12 C. Oglekļa molekula sastāv no viena atoma. Tādējādi viens mols jebkuras vielas satur vienādu skaitu daļiņu (molekulu). Šo numuru sauc pastāvīgais Avogadro: N A \u003d 6,022 10 23 mol -1.
Avogadro konstante ir viena no vissvarīgākajām molekulārās kinētiskās teorijas konstantēm. Vielas daudzums definēts kā skaitļa attiecība N vielas daļiņas (molekulas) līdz Avogadro konstantei N A vai kā masas attiecība pret molmasu:
Vielas viena mola masu sauc par molāro masu M. Molārā masa ir vienāda ar masas reizinājumu m 0 vienas dotās vielas molekulas uz Avogadro konstanti (tas ir, daļiņu skaits vienā molā). Molmasu izsaka kilogramos uz molu (kg/mol). Vielām, kuru molekulas sastāv no viena atoma, bieži lieto terminu atomu masa. Periodiskajā tabulā molārā masa ir norādīta gramos uz molu. Tādējādi mums ir cita formula:
kur: M- molārā masa, N A ir Avogadro numurs, m 0 ir vienas vielas daļiņas masa, N- vielas daļiņu skaits, ko satur vielas masa m. Turklāt mums ir vajadzīga koncepcija koncentrācija(daļiņu skaits tilpuma vienībā):
Atcerieties arī, ka ķermeņa blīvums, tilpums un masa ir saistīti ar šādu formulu:
Ja problēma ir saistīta ar vielu maisījumu, tad viņi runā par vielas vidējo molmasu un vidējo blīvumu. Tāpat kā nevienmērīgas kustības vidējā ātruma aprēķinā, šos lielumus nosaka maisījuma kopējās masas:
Neaizmirstiet, ka vielas kopējais daudzums vienmēr ir vienāds ar maisījumā iekļauto vielu daudzumu summu, un jums ir jābūt uzmanīgiem ar tilpumu. Gāzes maisījuma tilpums nē ir vienāds ar maisījumā esošo gāzu tilpumu summu. Tātad 1 kubikmetrs gaisa satur 1 kubikmetru skābekļa, 1 kubikmetru slāpekļa, 1 kubikmetru oglekļa dioksīda utt. Cietām vielām un šķidrumiem (ja nosacījumā nav norādīts citādi) var pieņemt, ka maisījuma tilpums ir vienāds ar tā daļu tilpumu summu.
Ideālas gāzes MKT pamatvienādojums
Kustības laikā gāzes molekulas pastāvīgi saduras viena ar otru. Sakarā ar to mainās to kustības raksturlielumi, tāpēc, runājot par momentiem, ātrumiem, molekulu kinētiskajām enerģijām, tie vienmēr nozīmē šo daudzumu vidējās vērtības.
Gāzes molekulu sadursmju skaits normālos apstākļos ar citām molekulām tiek mērīts miljoniem reižu sekundē. Ja neņemam vērā molekulu izmērus un mijiedarbību (kā ideālās gāzes modelī), tad varam pieņemt, ka starp secīgām sadursmēm molekulas pārvietojas vienmērīgi un taisni. Dabiski, lidojot līdz trauka sienai, kurā atrodas gāze, molekula piedzīvo arī sadursmi ar sienu. Visas molekulu sadursmes savā starpā un ar trauka sienām tiek uzskatītas par absolūti elastīgām lodīšu sadursmēm. Kad molekula saduras ar sienu, molekulas impulss mainās, un tas nozīmē, ka spēks iedarbojas uz molekulu no sienas puses (atcerieties otro Ņūtona likumu). Bet saskaņā ar Ņūtona trešo likumu ar tieši tādu pašu spēku, kas vērsts pretējā virzienā, molekula iedarbojas uz sienu, izdarot uz to spiedienu. Visu molekulu visu ietekmi uz kuģa sienu kopums izraisa gāzes spiediena parādīšanos. Gāzes spiediens ir molekulu sadursmes ar trauka sienām rezultāts. Ja molekulām nav sienas vai citu šķēršļu, tad pats spiediena jēdziens zaudē nozīmi. Piemēram, ir pilnīgi nezinātniski runāt par spiedienu telpas centrā, jo tur molekulas nespiežas pret sienu. Kāpēc tad, novietojot tur barometru, mēs pārsteigti atklājam, ka tas rāda kaut kādu spiedienu? Pareizi! Jo barometrs pats par sevi ir tā siena, uz kuras spiežas molekulas.
Tā kā spiediens rodas molekulām ietriecoties asinsvada sienā, ir skaidrs, ka tā vērtībai jābūt atkarīgai no atsevišķu molekulu īpašībām (protams, jūs atceraties, ka visu molekulu ātrums ir atšķirīgs). Šī atkarība ir izteikta ideālās gāzes molekulāri kinētiskās teorijas pamatvienādojums:
kur: lpp- gāzes spiediens, n ir tā molekulu koncentrācija, m 0 - vienas molekulas masa, v kv - rms ātrums (ņemiet vērā, ka pats vienādojums ir efektīvā ātruma kvadrāts). Šī vienādojuma fiziskā nozīme ir tāda, ka tas nosaka saikni starp visas gāzes īpašībām kopumā (spiedienu) un atsevišķu molekulu kustības parametriem, tas ir, saikni starp makro un mikro pasauli.
Sekas no pamata MKT vienādojuma
Kā minēts iepriekšējā punktā, molekulu termiskās kustības ātrumu nosaka vielas temperatūra. Ideālai gāzei šo atkarību izsaka ar vienkāršām formulām vidējais kvadrātiskais ātrums Gāzes molekulu kustība:
kur: k= 1,38∙10–23 J/K – Bolcmaņa konstante, T ir absolūtā temperatūra. Uzreiz izdarīsim atrunu, ka turpmāk visos uzdevumos bez vilcināšanās jāpārvērš temperatūra kelvinos no grādiem pēc Celsija (izņemot uzdevumus siltuma bilances vienādojumā). Trīs konstantu likums:
kur: R\u003d 8,31 J / (mol ∙ K) - universāla gāzes konstante. Nākamā svarīgā formula ir formula gāzes molekulu translācijas kustības vidējā kinētiskā enerģija:
Izrādās, ka molekulu translācijas kustības vidējā kinētiskā enerģija ir atkarīga tikai no temperatūras un ir vienāda noteiktā temperatūrā visām molekulām. Visbeidzot, vissvarīgākās un biežāk izmantotās sekas no pamata MKT vienādojuma ir šādas formulas:
Temperatūras mērīšana
Temperatūras jēdziens ir cieši saistīts ar termiskā līdzsvara jēdzienu. Ķermeņi, kas saskaras viens ar otru, var apmainīties ar enerģiju. Enerģiju, kas tiek pārnesta no viena ķermeņa uz otru termiskā kontakta laikā, sauc par siltuma daudzumu.
Termiskais līdzsvars- tas ir tāds termiskā kontaktā esošo ķermeņu sistēmas stāvoklis, kurā nenotiek siltuma pārnese no viena ķermeņa uz otru, un visi ķermeņu makroskopiskie parametri paliek nemainīgi. Temperatūra ir fizikāls parametrs, kas ir vienāds visiem termiskā līdzsvara ķermeņiem.
Temperatūras mērīšanai tiek izmantoti fiziskie instrumenti - termometri, kuros temperatūras vērtību vērtē pēc kāda fizikālā parametra izmaiņām. Lai izveidotu termometru, ir jāizvēlas termometriskā viela (piemēram, dzīvsudrabs, spirts) un termometriskais daudzums, kas raksturo vielas īpašību (piemēram, dzīvsudraba vai spirta kolonnas garums). Dažādu dizainu termometri izmanto dažādas vielas fizikālās īpašības (piemēram, cietvielu lineāro izmēru izmaiņas vai vadītāju elektriskās pretestības izmaiņas karsēšanas laikā).
Termometri ir jākalibrē. Lai to izdarītu, tie nonāk termiskā kontaktā ar ķermeņiem, kuru temperatūra tiek uzskatīta par noteiktu. Visbiežāk tiek izmantotas vienkāršas dabiskas sistēmas, kurās temperatūra saglabājas nemainīga, neskatoties uz siltuma apmaiņu ar vidi - tas ir ledus un ūdens maisījums un ūdens un tvaika maisījums, vārot normālā atmosfēras spiedienā. Celsija temperatūras skalā ledus kušanas temperatūrai tiek piešķirta 0 ° C temperatūra, bet ūdens viršanas temperatūrai: 100 ° C. Šķidruma kolonnas garuma izmaiņas termometra kapilāros par vienu simtdaļu no garuma starp atzīmēm 0°C un 100°C pieņem par 1°C.
Angļu fiziķis V. Kelvins (Thomson) 1848. gadā ieteica izmantot nulles gāzes spiediena punktu, lai izveidotu jaunu temperatūras skalu (Kelvina skalu). Šajā skalā temperatūras mērvienība ir tāda pati kā Celsija skalā, bet nulles punkts ir nobīdīts:
Šajā gadījumā temperatūras izmaiņas 1ºС atbilst temperatūras izmaiņām par 1 K. Temperatūras izmaiņas pēc Celsija un Kelvina skalas ir vienādas. SI sistēmā temperatūras mērvienību pēc Kelvina skalas sauc par kelvinu un apzīmē ar burtu K. Piemēram, istabas temperatūra T C \u003d 20 ° C pēc Kelvina skalas ir vienāds ar T K = 293 K. Kelvina temperatūras skalu sauc par absolūtās temperatūras skalu. Tas izrādās visērtākais fizikālo teoriju konstruēšanā.
Ideālās gāzes stāvokļa vienādojums vai Klapeirona-Mendeļejeva vienādojums
Ideālas gāzes stāvokļa vienādojums ir vēl vienas pamata MKT vienādojuma sekas un tiek uzrakstīts šādi:
Šis vienādojums nosaka saistību starp galvenajiem ideālās gāzes stāvokļa parametriem: spiedienu, tilpumu, vielas daudzumu un temperatūru. Ir ļoti svarīgi, lai šie parametri būtu savstarpēji saistīti, jebkura no tiem izmaiņas neizbēgami novedīs pie izmaiņām vismaz vēl vienā. Tāpēc šo vienādojumu sauc par ideālās gāzes stāvokļa vienādojumu. Pirmo reizi to atklāja Klapeirons vienam molam gāzes, un vēlāk Mendeļejevs to vispārināja uz lielāku molu skaitu.
Ja gāzes temperatūra ir T n \u003d 273 K (0 °C) un spiedienu lpp n \u003d 1 atm \u003d 1 10 5 Pa, tad viņi saka, ka gāze ir plkst. normāli apstākļi.
Gāzes likumi
Gāzes parametru aprēķināšanas problēmu risināšana ir ievērojami vienkāršota, ja zināt, kurš likums un kura formula ir jāpiemēro. Tātad, apsvērsim gāzes pamatlikumus.
1. Avogadro likums. Viens mols jebkuras vielas satur tādu pašu strukturālo elementu skaitu, kas vienāds ar Avogadro skaitu.
2. Daltona likums. Gāzu maisījuma spiediens ir vienāds ar šajā maisījumā iekļauto gāzu parciālo spiedienu summu:
Gāzes daļējais spiediens ir spiediens, ko tā radītu, ja visas pārējās gāzes pēkšņi pazustu no maisījuma. Piemēram, gaisa spiediens ir vienāds ar slāpekļa, skābekļa, oglekļa dioksīda un citu piemaisījumu parciālo spiedienu summu. Šajā gadījumā katra no maisījumā esošajām gāzēm aizņem visu tai paredzēto tilpumu, tas ir, katras gāzes tilpums ir vienāds ar maisījuma tilpumu.
3. Boila-Mariotas likums. Ja gāzes masa un temperatūra paliek nemainīga, tad gāzes spiediena un tilpuma reizinājums nemainās, tāpēc:
Procesu, kas notiek nemainīgā temperatūrā, sauc par izotermisku. Ņemiet vērā, ka šī vienkāršā Boila-Mariota likuma forma ir spēkā tikai tad, ja gāzes masa paliek nemainīga.
4. Geja-Lussaka likums. Gay-Lussac likums pats par sevi nav īpaši vērtīgs, gatavojoties eksāmeniem, tāpēc mēs sniegsim tikai sekas. Ja gāzes masa un spiediens paliek nemainīgs, tad gāzes tilpuma attiecība pret tās absolūto temperatūru nemainās, tāpēc:
Procesu, kas notiek pastāvīgā spiedienā, sauc par izobārisku vai izobārisku. Ņemiet vērā, ka šī vienkāršā Gay-Lussac likuma forma ir spēkā tikai tad, ja gāzes masa paliek nemainīga. Neaizmirstiet konvertēt temperatūru no grādiem pēc Celsija uz kelviniem.
5. Kārļa likums. Tāpat kā Geja-Lusaka likums, arī Čārlza likums tā precīzajā formulējumā mums nav svarīgs, tāpēc mēs sniegsim tikai tā sekas. Ja gāzes masa un tilpums paliek nemainīgs, tad gāzes spiediena attiecība pret tās absolūto temperatūru nemainās, tāpēc:
Procesu, kas notiek nemainīgā tilpumā, sauc par izohorisku vai izohorisku. Ņemiet vērā, ka šī vienkāršā Kārļa likuma forma ir spēkā tikai tad, ja gāzes masa paliek nemainīga. Neaizmirstiet konvertēt temperatūru no grādiem pēc Celsija uz kelviniem.
6. Universālais gāzes likums (Klepeirons). Pie nemainīgas gāzes masas tās spiediena un tilpuma reizinājuma attiecība pret temperatūru nemainās, tāpēc:
Ņemiet vērā, ka masai jāpaliek nemainīgai, un neaizmirstiet par kelviniem.
Tātad ir vairāki gāzes likumi. Mēs uzskaitām pazīmes, ka, risinot problēmu, jums ir jāizmanto viena no tām:
- Avogadro likums attiecas uz visām problēmām, kur mēs runājam par molekulu skaitu.
- Daltona likums attiecas uz visām problēmām, kas saistītas ar gāzu maisījumu.
- Kārļa likumu izmanto problēmās, kurās gāzes tilpums paliek nemainīgs. Parasti tas ir vai nu skaidri norādīts, vai arī problēma satur vārdus "gāze slēgtā traukā bez virzuļa".
- Gay-Lussac likums ir spēkā, ja gāzes spiediens paliek nemainīgs. Problēmās meklējiet vārdus "gāze traukā, kas noslēgts ar kustīgu virzuli" vai "gāze atvērtā traukā". Dažkārt nekas netiek teikts par kuģi, bet pēc stāvokļa ir skaidrs, ka tas sazinās ar atmosfēru. Tad tiek pieņemts, ka atmosfēras spiediens vienmēr paliek nemainīgs (ja nosacījumā nav norādīts citādi).
- Boila-Mariotas likums. Šeit tas ir visgrūtāk. Nu, ja problēma saka, ka gāzes temperatūra ir nemainīga. Tas ir nedaudz sliktāk, ja nosacījums satur vārdu "lēnām". Piemēram, gāze tiek lēni saspiesta vai lēnām paplašināta. Vēl trakāk, ja saka, ka gāzi noslēdz siltumvadošs virzulis. Beidzot ir ļoti slikti, ja par temperatūru nekas nav teikts, bet pēc stāvokļa var pieņemt, ka tā nemainās. Parasti šajā gadījumā studenti no bezcerības piemēro Boila-Mariotas likumu.
- Universāls gāzes likums. To lieto, ja gāzes masa ir nemainīga (piemēram, gāze atrodas slēgtā traukā), bet pēc nosacījuma ir skaidrs, ka mainās visi pārējie parametri (spiediens, tilpums, temperatūra). Kopumā universālā likuma vietā bieži var izmantot Klapeirona-Mendeļejeva vienādojumu, jūs saņemsiet pareizo atbildi, tikai katrā formulā jūs ierakstīsit divus papildu burtus.
Izoprocesu grafiskais attēlojums
Daudzās fizikas nozarēs lielumu atkarība viena no otras ir ērti attēlota grafiski. Tas vienkāršo izpratni par saistību starp parametriem, kas notiek procesa sistēmā. Šo pieeju ļoti bieži izmanto molekulārajā fizikā. Galvenie parametri, kas raksturo ideālās gāzes stāvokli, ir spiediens, tilpums un temperatūra. Grafiskā metode problēmu risināšanai sastāv no šo parametru attiecību attēlošanas dažādās gāzes koordinātēs. Ir trīs galvenie gāzes koordinātu veidi: ( lpp; V), (lpp; T) un ( V; T). Ņemiet vērā, ka šie ir tikai pamata (visbiežāk sastopamie koordinātu veidi). Problēmu un testu rakstītāju iztēle nav ierobežota, tāpēc jūs varat satikt jebkuras citas koordinātas. Tātad, attēlosim galvenos gāzes procesus galvenajās gāzes koordinātēs.
Izobāriskais process (p = konst.)
Izobāriskais process ir process, kas notiek pie nemainīga spiediena un gāzes masas. Kā izriet no ideālas gāzes stāvokļa vienādojuma, šajā gadījumā tilpums mainās tieši proporcionāli temperatūrai. Izobāriskā procesa grafiki koordinātēs R–V; V–T un R–T ir šāda forma:
V–T koordinātas ir vērstas tieši uz izcelsmi, tomēr šis grafiks nekad nevar sākties tieši no sākuma, jo ļoti zemā temperatūrā gāze pārvēršas šķidrumā un tilpuma atkarība no temperatūras izmaiņām.
Izohorisks process (V = konst.)
Izohorisks process ir gāzes sildīšanas vai dzesēšanas process nemainīgā tilpumā un ar nosacījumu, ka vielas daudzums traukā paliek nemainīgs. Kā izriet no ideālas gāzes stāvokļa vienādojuma, šādos apstākļos gāzes spiediens mainās tieši proporcionāli tās absolūtajai temperatūrai. Izohoriskā procesa grafiki koordinātēs R–V; R–T un V–T ir šāda forma:
Ņemiet vērā, ka diagrammas turpinājums iekšā lpp–T koordinātas ir vērstas tieši uz izcelsmi, tomēr šis grafiks nekad nevar sākties tieši no sākuma, jo gāze ļoti zemā temperatūrā pārvēršas šķidrumā.
Izotermisks process (T = konst.)
Izotermisks process ir process, kas notiek nemainīgā temperatūrā. No ideālās gāzes stāvokļa vienādojuma izriet, ka pie nemainīgas temperatūras un nemainīga vielas daudzuma traukā gāzes spiediena un tās tilpuma reizinājumam jāpaliek nemainīgam. Izotermiskā procesa grafiki koordinātēs R–V; R–T un V–T ir šāda forma:
Ņemiet vērā, ka, veicot uzdevumus grafikos molekulārajā fizikā nē ir nepieciešama īpaša precizitāte koordinātu nolikšanā pa attiecīgajām asīm (piemēram, lai koordinātas lpp 1 un lpp 2 divu stāvokļu gāzes sistēma lpp(V) sakrita ar koordinātām lpp 1 un lpp 2 no šiem stāvokļiem sistēmā lpp(T). Pirmkārt, tās ir dažādas koordinātu sistēmas, kurās var izvēlēties dažādus mērogus, otrkārt, tā ir lieka matemātiska formalitāte, kas novērš uzmanību no galvenā – no fiziskās situācijas analīzes. Galvenā prasība ir, lai grafiku kvalitatīvais izskats būtu pareizs.
Nonizoprocesi
Šāda veida problēmās tiek mainīti visi trīs galvenie gāzes parametri: spiediens, tilpums un temperatūra. Tikai gāzes masa paliek nemainīga. Vienkāršākais gadījums ir tad, kad problēma tiek atrisināta "uz galvas" ar universālā gāzes likuma palīdzību. Tas ir nedaudz grūtāk, ja jums ir jāatrod procesa vienādojums, kas apraksta gāzes stāvokļa izmaiņas, vai jāanalizē gāzes parametru uzvedība, izmantojot šo vienādojumu. Tad jums ir jārīkojas šādi. Pierakstiet šo procesa vienādojumu un universālo gāzes likumu (vai Klapeirona-Mendeļejeva vienādojumu, kurš jums ir ērtāk) un konsekventi izslēdziet no tiem nevajadzīgos daudzumus.
Vielas daudzuma vai masas izmaiņas
Patiesībā šādos uzdevumos nav nekā sarežģīta. Ir tikai jāatceras, ka gāzes likumi nav izpildīti, jo jebkura no tiem formulējumos ir rakstīts "pie nemainīgas masas". Tāpēc mēs rīkojamies vienkārši. Mēs uzrakstām Klapeirona-Mendeļejeva vienādojumu gāzes sākuma un beigu stāvokļiem un atrisinām problēmu.
Deflektori vai virzuļi
Šāda veida problēmās atkal tiek piemēroti gāzes likumi, bet jāņem vērā šādas piezīmes:
- Pirmkārt, gāze neiziet cauri starpsienai, tas ir, gāzes masa katrā trauka daļā paliek nemainīga, un tādējādi gāzes likumi tiek izpildīti katrai trauka daļai.
- Otrkārt, ja starpsiena ir nevadoša, tad, kad gāze vienā trauka daļā tiek uzkarsēta vai atdzesēta, gāzes temperatūra otrajā daļā paliks nemainīga.
- Treškārt, ja starpsiena ir kustīga, tad spiedieni uz abām tās pusēm ir vienādi katrā konkrētajā laika momentā (bet šis vienāds spiediens uz abām pusēm laika gaitā var mainīties).
- Un tad mēs rakstām gāzes likumus katrai gāzei atsevišķi un atrisinām problēmu.
Gāzes likumi un hidrostatika
Uzdevumu specifika ir tāda, ka spiedienā būs jāņem vērā ar šķidruma kolonnas spiedienu saistītie “makeweights”. Kādas šeit ir iespējas:
- Gāzes trauks ir iegremdēts zem ūdens. Spiediens traukā būs: lpp = lpp atm + ρgh, kur: h- iegremdēšanas dziļums.
- Horizontāli cauruli no atmosfēras noslēdz dzīvsudraba (vai cita šķidruma) kolonna. Gāzes spiediens caurulē ir tieši vienāds ar: lpp = lpp atm atmosfērā, jo horizontālā dzīvsudraba kolonna neizdara spiedienu uz gāzi.
- vertikāli gāzes caurule ir noslēgta no augšas ar dzīvsudraba (vai cita šķidruma) kolonnu. Gāzes spiediens caurulē: lpp = lpp atm + ρgh, kur: h ir dzīvsudraba kolonnas augstums.
- Vertikālu šauru cauruli ar gāzi pagriež ar atvērto galu uz leju un nofiksē ar dzīvsudraba (vai cita šķidruma) kolonnu. Gāzes spiediens caurulē: lpp = lpp bankomāts - ρgh, kur: h ir dzīvsudraba kolonnas augstums. Tiek novietota zīme "-", jo dzīvsudrabs nesaspiež, bet izstiepj gāzi. Bieži skolēni jautā, kāpēc dzīvsudrabs neplūst no caurules. Patiešām, ja caurule būtu plata, dzīvsudrabs slīdētu lejup pa sienām. Un tāpēc, tā kā caurule ir ļoti šaura, virsmas spraigums neļauj dzīvsudrabam saplīst vidū un ielaist gaisu, un gāzes spiediens iekšpusē (mazāks par atmosfēras spiedienu) neļauj dzīvsudrabam izplūst.
Kad esat spējis pareizi reģistrēt gāzes spiedienu caurulē, piemērojiet vienu no gāzes likumiem (parasti Boila-Mariota likumiem, jo lielākā daļa no šiem procesiem ir izotermiski jeb universālais gāzes likums). Piemērojiet izvēlēto likumu gāzei (nekādā gadījumā ne šķidrumam) un atrisiniet problēmu.
Ķermeņu termiskā izplešanās
Paaugstinoties temperatūrai, palielinās vielas daļiņu termiskās kustības intensitāte. Tas noved pie tā, ka molekulas "aktīvāk" atgrūž viena otru. Šī iemesla dēļ vairums ķermeņu karsējot palielinās. Nepieļaujiet tipisko kļūdu, paši atomi un molekulas karsējot neizplešas. Palielinās tikai tukšas spraugas starp molekulām. Gāzu termisko izplešanos apraksta Geja-Lussaka likums. Šķidruma termiskā izplešanās atbilst šādam likumam:
kur: V 0 ir šķidruma tilpums 0 ° C temperatūrā, V- temperatūrā t, γ ir šķidruma tilpuma izplešanās koeficients. Lūdzu, ņemiet vērā, ka visas temperatūras šajā pavedienā ir jānorāda grādos pēc Celsija. Tilpuma izplešanās koeficients ir atkarīgs no šķidruma veida (un no temperatūras, kas lielākajā daļā problēmu netiek ņemta vērā). Lūdzu, ņemiet vērā, ka koeficienta skaitliskā vērtība, kas izteikta 1 / ° C vai 1 / K, ir vienāda, jo ķermeņa uzsildīšana par 1 ° C ir tāda pati kā sildīšana par 1 K (nevis 274 K).
Priekš cietie ķermeņa pagarinājumi tiek izmantotas trīs formulas, kas raksturo ķermeņa lineāro izmēru, laukuma un tilpuma izmaiņas:
kur: l 0 , S 0 , V 0 - attiecīgi ķermeņa garums, virsmas laukums un tilpums 0 ° C temperatūrā, α ir ķermeņa lineārās izplešanās koeficients. Lineārās izplešanās koeficients ir atkarīgs no korpusa veida (un no temperatūras, kas lielākajā daļā problēmu netiek ņemta vērā), un to mēra 1/°C vai 1/K.
Veiksmīga, rūpīga un atbildīga šo trīs punktu īstenošana ļaus jums uzrādīt izcilu CT rezultātu, maksimumu, uz ko esat spējīgs.
Vai atradāt kļūdu?
Ja jūs, kā jums šķiet, mācību materiālos atradāt kļūdu, lūdzu, rakstiet par to pa pastu. Varat arī rakstīt par kļūdu sociālajā tīklā (). Vēstulē norādiet mācību priekšmetu (fizika vai matemātika), tēmas vai kontroldarba nosaukumu vai numuru, uzdevuma numuru vai vietu tekstā (lappusē), kur, jūsuprāt, ir kļūda. Aprakstiet arī iespējamo kļūdu. Jūsu vēstule nepaliks nepamanīta, kļūda tiks vai nu izlabota, vai arī paskaidros, kāpēc tā nav kļūda.
Mērķis: molekulārās fizikas pamatjēdzienu, likumu un formulu atkārtošana saskaņā ar USE kodifikatoru
Satura elementi, kas pārbaudīti USE 2012:1. IKT pamatnoteikumi.
2. Gāzu, šķidrumu un cietvielu struktūras modeļi.
3. Ideāls gāzes modelis.
4. Ideālas gāzes MKT pamatvienādojums.
5. Absolūtā temperatūra kā tās vidējās kinētiskās enerģijas mērs
daļiņas.
6. Mendeļejeva-Klepeirona vienādojums.
7.Izoprocesi.
8. Šķidrumu un gāzu savstarpējās pārvērtības.
9. Piesātinātie un nepiesātinātie tvaiki. Gaisa mitrums.
10. Vielas agregācijas stāvokļa maiņa. kušanas un
sacietēšana.
11. Termodinamika: iekšējā enerģija, siltuma daudzums, darbs.
12. Pirmais termodinamikas likums
13. Otrais termodinamikas likums.
14. Pirmā termodinamikas likuma pielietošana izoprocesiem.
15.Siltuma dzinēju efektivitāte.
ICB pamatnoteikumi
Molekulāri kinētisko teoriju saucdoktrīna par matērijas uzbūvi un īpašībām, kas balstās uz
idejas par atomu un molekulu esamību kā
mazākās ķīmiskās vielas daļiņas.
Galvenie IKT noteikumi:
1. Visas vielas - šķidras, cietas un gāzveida -
sastāv no sīkām daļiņām, molekulām
kuras pašas sastāv no atomiem.
2. Atomi un molekulas ir nepārtraukti
haotiska kustība.
3. Daļiņas mijiedarbojas viena ar otru ar spēkiem,
kam ir elektrisks raksturs (tiek piesaistīti un
tiek atbaidīti).
Atom. Molekula.
Atoms ir mazākaisdaļa no ķīmiskās vielas
elements, kuram ir
tās īpašības,
spējīgs uz
neatkarīgs
esamību.
Molekula -
mazākais stallis
matērijas daļiņa
sastāv no atomiem
viens vai vairāki
ķīmiskie elementi,
saglabājot galveno
Ķīmiskās īpašības
šī viela.
Molekulu masa. Vielas daudzums.
Relatīvā molekulārā (vai atomu)vielas masa ir attiecība
masu
m0
M r vielas līdz 1/12
dotā molekula (vai atoms).
1
oglekļa atoma masa 12C.
m0C
Vielas daudzums ir 12
molekulu skaits tajā
ķermenis, bet izteikts relatīvās vienībās.
Mols ir vielas daudzums, kas satur
tik daudz daļiņu (molekulu), cik ir atomu
satur 0,012 kg oglekļa 12C.
23
1
Līdzekļi
jebkura
saturošās vielas
N A 6v 110mol
kurmis
vienāds daļiņu (molekulu) skaits. Šis numurs
sauc par Avogadro konstanti NA.
Vielas daudzums ir vienāds ar skaitļa attiecību
molekulas noteiktā ķermenī uz konstanti
Avogadro, t.i.
NA
uz molekulu skaitu 1 molā vielas.
Kilograms
3
m
MM
M
r10
m0 N A
Vielas molmasu sauc
masa
kurmis
viela, kas ņemta 1 mol.
Lielākās daļas cieto vielu molekulas
atrodas noteiktā secībā.
Šādas cietvielas sauc
kristālisks.
Daļiņu kustības ir
svārstības ap līdzsvara pozīcijām.
Ja savienojam pozīciju centrus
daļiņu līdzsvars, tad
pareizs telpiskais režģis,
sauc par kristālisku.
Attālumi starp molekulām ir salīdzināmi
ar molekulu lielumu.
Galvenās īpašības: saglabā savu formu un
apjoms. Atsevišķi kristāli ir anizotropi.
Anizotropija ir fiziskā atkarība
īpašības no virziena kristālā.
l r0
Cietvielu, šķidrumu un gāzu struktūras modeļi
Attālumi starp molekulāmpēc izmēra salīdzināmi šķidrumi
molekulas, tāpēc šķidrums ir mazs
saraujas.
Šķidruma molekula svārstās
tuvu provizoriskajai pozīcijai
līdzsvars, sadursme ar citiem
molekulas no tuvākās
vide. Ik pa laikam viņa
izdodas veikt lēcienu
turpināt darīt
svārstības starp citiem kaimiņiem.
Līdzi notiek molekulu "lēcieni".
visos virzienos ar vienu un to pašu
biežums, kas izskaidro
šķidruma plūstamība un kāda tā ir
iegūst kuģa formu
l r0
Cietvielu, šķidrumu un gāzu struktūras modeļi
Attālums starp gāzes molekulāmdaudz lielākas par viņiem pašiem
molekulas, tāpēc gāzi var saspiest tā, ka
ka tā apjoms samazināsies par vairākiem
vienreiz.
Molekulas ar milzīgu ātrumu
pārvietojas telpā starp
sadursmes. Laikā
sadursmes molekulas krasi mainās
kustības ātrums un virziens.
Molekulas ir ļoti vāji piesaistītas
savā starpā, tāpēc gāzēm nav
sava forma un pastāvīga
apjoms.
l r0
Molekulu termiskā kustība
Nejauši haotiska kustībaMolekulas sauc par termiskām
kustība. Pierādījums
termiskā kustība ir
Brauna kustība un difūzija.
Brauna kustība ir termiska
sīku daļiņu kustība
suspendēts šķidrumā vai gāzē,
notiek trieciena ietekmē
vides molekulas.
Difūzija ir parādība
divu vai vairāku iespiešanās
vielas, kas saskaras viena ar otru
draugs.
Difūzijas ātrums ir atkarīgs no
vielas agregātstāvoklis un
ķermeņa temperatūra.
10. Vielas daļiņu mijiedarbība
Mijiedarbības spēki starp molekulām.Ļoti mazos attālumos starp molekulām
jābūt klāt atgrūdošiem spēkiem.
Attālumos, kas pārsniedz 2 - 3 diametrus
molekulas, darbojas pievilcīgi spēki.
11. Ideāls gāzes modelis
Ideāla gāze ir teorētisks modelisgāze, kurā izmēri un
gāzu daļiņu mijiedarbību un ņemt vērā
tikai to elastīgās sadursmes.
Ideālas gāzes kinētiskajā modelī
molekulas tiek uzskatītas par ideālām
elastīgās bumbiņas, kas mijiedarbojas starp
pati un ar sienām tikai elastības laikā
sadursmes.
Tiek pieņemts visu molekulu kopējais tilpums
mazs salīdzinājumā ar kuģa tilpumu,
kurā atrodas gāze.
Sadursme ar trauka sieniņu, gāzes molekulas
izdarot uz viņu spiedienu.
Mikroskopiskie parametri: masa,
ātrums, molekulu kinētiskā enerģija.
Makroskopiskie parametri: spiediens,
tilpums, temperatūra.
12. MKT gāzu pamatvienādojums
Ideālas gāzes spiediens ir divas trešdaļasvidējā translācijas kinētiskā enerģija
tilpuma vienībā esošo molekulu kustība
kur n = N / V ir molekulu koncentrācija (t.i., skaits
molekulas uz trauka tilpuma vienību)
Daltona likums: spiediens maisījumā ir ķīmisks
gāzēm, kas mijiedarbojas, ir vienāda ar to summu
daļējs spiediens
p = p1 + p2 + p3
13. Absolūtā temperatūra
Temperatūra raksturo ķermeņa sildīšanas pakāpi.Termiskais līdzsvars ir sistēmas stāvoklis
termiskā kontaktā esošie ķermeņi, kuros Nr
siltuma pārnese notiek no viena ķermeņa uz otru, un
saglabājas visi ķermeņu makroskopiskie parametri
nemainīgs.
Temperatūra ir fizisks parametrs, tas pats
visiem ķermeņiem termiskā līdzsvarā.
Temperatūra tiek mērīta, izmantojot fizisku
ierīces - termometri.
Ir minimālā iespējamā temperatūra, pie kuras
kas aptur molekulu haotisko kustību.
To sauc par absolūtās nulles temperatūru.
Kelvina temperatūras skalu sauc par absolūto
temperatūras skala.
T t 273
14. Absolūtā temperatūra
Haotiskas kustības vidējā kinētiskā enerģijaGāzes molekulas ir tieši proporcionālas absolūtajam
temperatūra.
3
EkT
2
2
p nE p nkT
3
k — Bolcmaņa konstante — saista temperatūru collās
enerģijas vienības ar temperatūru kelvinos
Temperatūra ir vidējās kinētiskās enerģijas mērs
molekulu translācijas kustība.
Pie tādiem pašiem spiedieniem un temperatūrām koncentrācija
molekulas ir vienādas visām gāzēm.
Avogadro likums: vienādos gāzu tilpumos vienlaikus
temperatūras un spiediena rādītāji satur vienu un to pašu skaitli
molekulas
15. Mendeļejeva-Klepeirona vienādojums
Ideālas gāzes stāvokļa vienādojums ir attiecība starpideālās gāzes parametri - spiediens, tilpums un
absolūtā temperatūra, kas nosaka tās stāvokli.
pVRT
m
RT
M
R kN A 8.31
Dž
mols K
R ir universālā gāzes konstante.
Avogadro likums: viens mols jebkuras gāzes normālos apstākļos
aizņem tādu pašu tilpumu V0, kas vienāds ar 0,0224 m3/mol.
No stāvokļa vienādojuma izriet attiecības starp spiedienu,
ideālās gāzes tilpums un temperatūra
būt jebkuros divos stāvokļos.
Klepeirona vienādojums
pV
pV
1 1
T1
2 2
T2
konst.
16. Izoprocesi
Izoprocesi ir procesi, kurosviens no parametriem (p, V vai T) paliek
nemainīgs.
Izotermisks process (T = konst.) –
stāvokļa maiņas process
termodinamiskā sistēma, plūstoša
nemainīgā temperatūrā T.
Boila-Mariota likums: noteiktai gāzei
masa ir reizinājums no gāzes spiediena uz to
tilpums ir nemainīgs, ja gāzes temperatūra nav
mainās.
konst
pV konst p
V
T3 > T2 > T1
17. Izoprocesi
Izohoriskais process ir pārmaiņu processnemainīgs apjoms.
Kārļa likums: noteiktas masas gāzei
spiediena un temperatūras attiecība ir nemainīga,
ja skaļums nemainās.
lpp
const p const T
T
V3 > V2 > V1
18.Izoprocesi
Izobāriskais process ir pārmaiņu processtermodinamiskās sistēmas stāvoklis plkst
pastāvīgs spiediens.
Geja-Lusaka likums: noteiktas masas gāzei
tilpuma attiecība pret temperatūru ir nemainīga, ja
gāzes spiediens nemainās.
V
V V0 1 t
const V const T
T
Pie nemainīga spiediena ideālas gāzes tilpums
mainās lineāri ar temperatūru.
kur V0 ir gāzes tilpums 0 °C temperatūrā.
α = 1/273,15 K–1 - tilpuma temperatūras koeficients
gāzu izplešanās.
p3 > p2 > p1
19. Šķidrumu un gāzu savstarpējās pārvērtības
Iztvaikošana ir vielas pārnešana nono šķidra stāvokļa uz gāzveida stāvokli.
Kondensācija ir vielas pāreja no
gāzveida stāvoklī uz šķidrumu.
Iztvaikošana ir iztvaikošana
nāk no brīvās virsmas
šķidrumi.
No molekulārās kinētikas viedokļa
teorija, iztvaikošana ir process, kurā
šķidruma virsma izlido visvairāk
ātras molekulas, kinētiskā enerģija
kas pārsniedz to savienojuma enerģiju ar
pārējās šķidruma molekulas. Tas ved
līdz vidējās kinētiskās enerģijas samazinājumam
pārējās molekulas, t.i., atdzesēšanai
šķidrumi.
Izdalās kondensāts
neliels siltums apkārtējai videi
trešdiena.
20. Šķidrumu un gāzu savstarpējās pārvērtības Piesātinātie un nepiesātinātie tvaiki
Slēgtā traukā šķidrums un tātvaiks var būt stāvoklī
dinamiskais līdzsvars, kad
izdalīto molekulu skaits no
šķidrums, vienāds ar molekulu skaitu,
atgriežoties pie šķidruma
tvaiks, t.i., kad procesu ātrums
iztvaikošana un kondensācija
ir vienādi.
Tvaiks līdzsvarā ar
to šķidrumu sauc
piesātināts.
Piesātināta tvaika spiediens p0
Šīs vielas daudzums ir atkarīgs no
tā temperatūra un nav atkarīga no
apjoms
Piesātināto tvaiku spiediens paaugstinās
ne tikai pieauguma rezultātā
šķidruma temperatūra, bet
pieauguma dēļ
tvaika molekulu koncentrācija.
p0 nkT
21. Šķidrumu un gāzu savstarpējās pārvērtības Vārīšanās
Vārīšana ir iztvaikošanakas notiek visā šķidrumā.
Šķidrums sāk vārīties plkst
temperatūra, kurā
tā piesātinātā tvaika spiediens
kļūst vienāds ar spiedienu
šķidrums, kas sastāv no
gaisa spiediens uz virsmas
šķidrumi (ārējais spiediens) un
kolonnas hidrostatiskais spiediens
šķidrumi.
Katram šķidrumam ir sava temperatūra
vārīšanās, kas ir atkarīga no spiediena
piesātināts tvaiks. Jo zemāks spiediens
piesātināts tvaiks, jo augstāks
atbilstošā viršanas temperatūra
šķidrumi
22.Mitrums
Mitrums ir ūdens daudzums gaisāpāri.
Jo vairāk ūdens tvaiku ir noteiktā tilpumā
gaiss, jo tuvāk tvaiks ir piesātinājumam. Jo augstāks
gaisa temperatūra, jo lielāks ir ūdens tvaiku daudzums
nepieciešams, lai to piesātinātu.
Absolūtais mitrums ir ūdens tvaiku blīvums
izteikts kg/m3 vai tā parciālais spiediens – spiediens
ūdens tvaikus, ko tas radītu, ja visi pārējie
gāzu nebija.
Relatīvais mitrums ir attiecība
no absolūtā gaisa mitruma līdz piesātināta tvaika blīvumam
tajā pašā temperatūrā vai tā ir daļējā attiecība
tvaika spiedienu gaisā līdz piesātināta tvaika spiedienam
tāda pati temperatūra.
lpp
100%;
100%
0
p0
Lai noteiktu gaisa mitrumu, tiek izmantoti higrometri:
kondensāts un mati; un psihrometrs.
23. Vielas agregācijas stāvokļa maiņa: kušana un kristalizācija
Kušana ir vielas pāreja nocietā stāvoklī uz šķidrumu.
sacietēšana vai kristalizācija vielas pāreja no šķidra stāvokļa uz
grūti.
Temperatūra, kurā viela
sāk kust, sauc
kušanas temperatūra.
Tās vielas kušanas laikā
temperatūra nemainās, jo enerģija,
saņemtā viela tiek iztērēta
kristāla režģa iznīcināšana. Plkst
sacietēšana veido kristālisku
režģis, un enerģija tiek atbrīvota un
vielas temperatūra nemainās.
Amorfajiem ķermeņiem nav specifiska
kušanas temperatūra.
24. Termodinamika
Termodinamika ir termisko procesu teorija,kas neņem vērā molekulāro struktūru
tālr.
Termodinamikas pamatjēdzieni:
Makroskopiskā sistēma ir sistēma, kas sastāv no
no liela skaita daļiņu.
Slēgta sistēma ir sistēma, kas ir izolēta no
jebkādas ārējas ietekmes.
Līdzsvara stāvoklis ir stāvoklis
makroskopiskā sistēma, kurā
parametri, kas raksturo tā stāvokli,
paliek nemainīgs visās sistēmas daļās.
Termodinamikā sauc procesu
ķermeņa stāvokļa izmaiņas laika gaitā.
25.Iekšējā enerģija
Ķermeņa iekšējā enerģija ir summavisu tās molekulu kinētiskā enerģija un
to mijiedarbības potenciālā enerģija.
Ideālas gāzes iekšējā enerģija
nosaka tikai kinētiskā enerģija
viņa neregulāra kustība uz priekšu
molekulas.
3 m
3
U
RT
UpV
2 miljoni
2
Ideālas monatomijas iekšējā enerģija
gāze ir tieši proporcionāla tās temperatūrai.
Iekšējo enerģiju var mainīt par diviem
veidi: veicot darbu un
siltuma pārnesi.
26.Siltuma pārnese
Siltuma pārnese irspontānas transmisijas process
siltums, kas rodas starp ķermeņiem
ar dažādām temperatūrām.
Siltuma pārneses veidi
Siltumvadītspēja
Konvekcija
Radiācija
27.Siltuma daudzums
Siltuma daudzumu saucizmaiņu kvantitatīvs mērs
ķermeņa iekšējā enerģija
siltuma apmaiņa (siltuma pārnese).
sildot ķermeni vai izdalās ar to
par dzesēšanu:
с – īpatnējā siltumietilpība –
fiziskā daudzuma uzrādīšana
cik daudz siltuma nepieciešams
1 kg vielas karsēšanai par 1 0C.
Siltuma daudzums, kas izdalās laikā
pilnīga degvielas sadegšana.
q – īpatnējais sadegšanas siltums –
siltuma daudzums, kas izdalās, kad
pilnīga degvielas sadegšana, kas sver 1 kg.
Q cm t2 t1
Qqm
28.Siltuma daudzums
Siltuma daudzums, kas nepieciešams, laikristāliska ķermeņa kušana vai
ko atbrīvo ķermenis sacietēšanas laikā.
λ – īpatnējais saplūšanas siltums –
vērtība, kas parāda ko
nepieciešamo siltuma daudzumu
informē kristālisko ķermeni
kas sver 1 kg, lai temperatūrā
kušanas pilnībā pārvērst to par
šķidrs stāvoklis.
Siltuma daudzums, kas nepieciešams, lai
pilnīga šķidruma pārvēršana
vielas nonāk tvaikos vai izdalās no organisma
kondensācijas laikā.
r vai L - īpatnējais siltums
iztvaikošana - vērtība,
parāda, cik daudz
lai atgrieztos, ir nepieciešams siltums
1 kg šķidruma tvaikos bez
temperatūras izmaiņas.
Q m
QRm; QLm
29. Darbs termodinamikā
Termodinamikā atšķirībā no mehānikasneuzskatīja ķermeņa kustību kopumā,
bet tikai kustīgās daļas
Makroskopisks ķermenis attiecībā pret otru
draugs. Tā rezultātā mainās ķermeņa apjoms, un
tā ātrums paliek nulle.
Paplašinoties, gāze rada
pozitīvs darbs A" \u003d pΔV. Darbs A,
veic ārējie orgāni virs gāzes
atšķiras no gāzes A darba tikai ar zīmi: A
= - A".
Grafikā par spiedienu pret tilpumu
darbs ir definēts kā attēla laukums zem
grafiks.
30. Pirmais termodinamikas likums
Pirmais termodinamikas likums ir saglabāšanas likums unenerģijas pārveide termodinamiskai sistēmai.
Sistēmas iekšējās enerģijas izmaiņas tās pārejas laikā
no viena stāvokļa uz otru ir vienāds ar darba summu
ārējie spēki un sistēmai nodotā siltuma daudzums.
U A Q
Ja darbu veic sistēma, nevis ārējie spēki:
Q U A
Sistēmai nodotais siltuma daudzums iet uz
mainīt savu iekšējo enerģiju un apņemties
ārējo struktūru darba sistēma.
31. Pirmā termodinamikas likuma pielietojums dažādiem procesiem
izobāriskais process.Sistēmai nodotā siltuma daudzums,
Q U A
iet mainīt savu iekšējo enerģiju un
sistēmas veiktspēja darbam ar ārējo
ķermeņi.
Izohoriskais process: V - const => A = 0
Iekšējās enerģijas izmaiņas ir
nodotā siltuma daudzums.
Izotermiskais process: T - const => ΔU = 0
Viss gāzei nodotais siltums aiziet
par darba veikšanu.
Adiabātiskais process: notiek sistēmā,
kas neapmaina siltumu ar
apkārtējie ķermeņi, t.i. Q=0
Iekšējās enerģijas izmaiņas ir
tikai darot darbu.
UQ
QA
U A
32.Otrais termodinamikas likums
Visi procesi notiek spontāniviens konkrēts virziens. Viņi ir
neatgriezeniski. Siltums vienmēr tiek pārnests no
karstu korpusu uz aukstu un mehānisku
makroskopisko ķermeņu enerģija - iekšējā.
Procesu virziens dabā norāda
otrais termodinamikas likums.
R. Klausiuss (1822 - 1888): neiespējami
pārnest siltumu no aukstākas sistēmas uz
karstāks citu prombūtnē
vienlaicīgas izmaiņas abās sistēmās vai
apkārtējos ķermeņos.
33.Siltuma dzinēja efektivitāte
Siltuma dzinēji ir ierīcespārvēršot iekšējo enerģiju
degviela uz mehānisko.
Darba šķidrums visiem AP ir gāze,
ko iegūst kurināmā sadegšanas rezultātā
siltuma daudzums Q1, padara
darbs A" paplašinot. Daļa
siltums Q2 neizbēgami tiek pārnests
ledusskapis, t.i. ir zaudēts.
Efektivitāte
sauc siltumdzinēju
padarītā darba attiecība
dzinējs atkarībā no siltuma daudzuma,
saņemts no sildītāja:
Carnot ideālais siltuma dzinējs
ideāla gāze kā darba līdzeklis
ķermenim ir maksimālais iespējamais
efektivitāte:
A Q1 Q2
A Q1 Q2
Q1
Q1
maks
T1 T2
T1
34.
35.
1. termometrs nav paredzēts augstām temperatūrāmun ir jānomaina
2. termometrs rāda augstāk
temperatūra
3. termometrs rāda zemāku temperatūru
4. Termometrs parāda aprēķināto temperatūru
36.
1. 180C.2. 190C
3. 210C.
4. 220C.
37.
T, K350
300
0
t(min)
2
4
6
8
1. ūdens siltumietilpība ar laiku palielinās
2. Pēc 5 minūtēm viss ūdens ir iztvaikojis
3. 350 K temperatūrā ūdens izdala tik daudz siltuma gaisā,
cik viņš saņem no gāzes
4. pēc 5 minūtēm ūdens sāk vārīties
38.
1. Ūdens virzās nocietā stāvoklī
šķidrums 00C temperatūrā.
2. Ūdens vārās 1000C.
3. Ūdens siltumietilpība
ir vienāds ar 4200 J/(kg 0C).
4. Jo ilgāks laiks nepieciešams, lai uzsiltu
ūdens, jo augstāks tas
temperatūra.
39.
1. I pozīcijā siltuma pārnese tiek veikta no 1. korpusa uz 2. korpusu.2. II pozīcijā siltuma pārnese tiek veikta no 1. korpusa uz 2. korpusu.
3. Jebkurā pozīcijā siltuma pārnese tiek veikta no ķermeņa 2
uz korpusu 1.
4. Siltuma padeve tiek veikta tikai II pozīcijā.
40.
RR
P
R
50
50
50
50
(AT)
40
40
(A)
(B)
30
(G)
40
30
30
20
20
20
10
10
10
0
0
0
0
2
4
6
8
2
4
6
8
10
00
10
2
4
6
8
10
10
1) A diagramma
V
V
V
2) B diagramma
3) B grafiks
V
4) G grafiks.
41.
1. tikai A2. tikai B
3. tikai B
4. A, B un C
42.
E k1
1. 1
2. 2
3. 3
4. 4
1
2
3
4
0
T
43.
44.
1. A2. B
3. Iekšā
4. G
P, kPa
BET
B
2
AT
1
0
G
1
2
3
V, m
45.
1. vienāds ar molekulu vidējo kinētisko enerģijušķidrumi
2. Pārsniedz vidējo kinētisko enerģiju
šķidrās molekulas
3. mazāka par molekulu vidējo kinētisko enerģiju
šķidrumi
4. vienāds ar molekulu kopējo kinētisko enerģiju
šķidrumi
46.
1. Palielināts 4 reizes2. Samazināts 2 reizes
3. Palielināts 2 reizes
4. Nav mainījies
pV
konstante T
const p
T
V
47.
48.
1.2.
3.
4.
200 K
400 K
600 K
1200 K
P, kPa
200
100
0
2
1
4
1
3
2
3
3 V, m
p4V4 p2V2
p2V2
200 3 200
T2
T4
1200 tūkst
T4
T2
p4V4
100 1
49.
1.2.
3.
4.
samazinājās 3 reizes
palielinājās 3 reizes
palielinājās 9 reizes
nav mainījies
2
pnE
3
50.
1.2.
3.
4.
izobāriskā apkure
izohoriskā dzesēšana
izotermiska kompresija
izohoriskā apkure
51.
1. sildītāja jauda2. trauka viela, kurā silda ūdeni
3. Atmosfēras spiediens
4. sākuma ūdens temperatūra
3. kad augsts, kā šis sviedri
64.
1.2.
3.
4.
tikai šķidrā stāvoklī
tikai cietā stāvoklī
gan šķidrā, gan cietā stāvoklī
gan šķidrā, gan gāzveida stāvoklī
65.
ISOPROCESA ĪPAŠĪBASTITLE
ISOPROCESS
A) Viss siltums, kas nodots gāzei, aiziet uz
veicot darbu, un gāzes iekšējo enerģiju
paliek nemainīgs.
1) izotermisks
B) Notiek gāzes iekšējās enerģijas izmaiņas
tikai darot darbu, jo
nav siltuma apmaiņas ar apkārtējiem ķermeņiem.
2) izobarisks
3) izohorisks
4) adiabātisks
BET
B
1
4
66.
12
3
67.
1. Pēc kannas nolikšanas uz uguns tajā esošais ūdenssilda caur burkas plāno sieniņu no karsta
gāzes sadegšanas produkti. Tomēr, palielinoties temperatūrai
ūdens iztvaikoja un tā tvaika spiediens paaugstinājās
burka, kas pamazām izspieda no tās gaisu.
Kad ūdens uzvārījās un gandrīz viss iztvaikoja, gaiss
bankā iekšā praktiski nav. Spiediens
piesātinātie tvaiki burkā šajā gadījumā kļuva vienādi ar
ārējais atmosfēras spiediens.
2. Kad burku noņēma no uguns, pārklāj ar vāku un atdzesē
auksts ūdens līdz gandrīz istabas temperatūrai,
karstā ūdens tvaiki burkas iekšpusē ir atdzisuši un praktiski
pilnīgi kondensēts uz tās sienām, dodot
kondensāta siltums uz āru, auksts ūdens, pateicoties
siltuma vadīšanas process caur sienām.
68.
1. Saskaņā ar Klapeirona–Mendeļejeva vienādojumu2.
tvaika spiediens burkā strauji kritās - pirmkārt, sakarā ar
samazinot burkā paliekošā tvaika masu, un, otrkārt -
temperatūras krituma dēļ. Ņemiet vērā, ka asās
spiediena samazināšanos bankā var izskaidrot arī šādi: kad
pazeminot temperatūru līdz istabas tvaikiem, tie kondensējas,
paliek piesātināti, bet viņu spiediens kļūst daudz
mazāks par ūdens piesātināta tvaika spiedienu temperatūrā
vārot (apmēram 40 reizes).
Tā kā istabas temperatūrā spiediens piesātināts
ūdens tvaiki ir tikai neliela daļa no atmosfēras
spiedienu (ne vairāk kā 3–4%), pēc laistīšanas plānā burciņā
ūdens būs šīs lielās starpības ietekmē
ārējais spiediens un zems tvaika spiediens iekšpusē. Ar šo
iemesla dēļ uz burku sāks iedarboties liels saspiešanas spiediens
spēki, kas centīsies saplacināt burku. Vienreiz
šie spēki pārsniegs ierobežojošo vērtību, kāda var būt
izturēt kannas sienas, tad tā saplacinās un asi
samazināsies apjoms.
69.
Saskaņā ar pirmotermodinamika siltuma daudzums,
nepieciešams ledus kausēšanai, ΔQ1
= λm, kur λ ir īpatnējais siltums
kūstošs ledus. ΔQ2 - summēts
Džūlu siltums: ΔQ2 = ηPt. AT
atbilstoši dotajiem nosacījumiem
ΔQ1 = 66 kJ un ΔQ2 = 84 kJ, kas nozīmē, ka
∆Q1< ΔQ2, и поставленная задача
izdarāms
70.
Saskaņā ar pirmo termodinamikas likumu daudzumssiltums Q, nodots gāzei, iet to mainīt
iekšējā enerģija ΔU un šīs gāzes veiktais darbs
A, tas ir, Q \u003d ΔU + A. Kad gāze tiek uzkarsēta,
tā izobariskā izplešanās. Šajā procesā darbs, ko veic gāze
vienāds ar A = pΔV , kur gāzes tilpuma izmaiņas ir ΔV = Sl = πR2l.
No virzuļa līdzsvara stāvokļa (sk. attēlu) mēs atrodam
gāzes spiediens: pS = p0S + Mgcosα, no kurienes
Mg cos
p p0
S
Tad vēlamā vērtība ir vienāda ar
Mg cos
U Q R l p0
2
R
2
71.
1. Berkovs, A.V. utt Vispilnīgākais tipisko variantu izdevumsreāli uzdevumi USE 2010, Fizika [Teksts]: mācību grāmata priekš
absolventi. sk. mācību grāmata iestādes / A.V. Berkovs, V.A. Sēnes. - OOO
"Izdevniecība Astrel", 2009. - 160 lpp.
2. Kasjanovs, V.A. Fizika, 11. klase [Teksts]: mācību grāmata priekš
vidusskolas / V.A. Kasjanovs. - SIA "Drofa", 2004. -
116 lpp.
3. Mjakiševs, G.Ya. utt Fizika. 11. klase [Teksts]: mācību grāmata priekš
vispārizglītojošās skolas / vispārējās izglītības mācību grāmata
skolas G.Ya. Mjakiševs, B.B. Bukhovcevs. - "Apgaismība", 2009. - 166 lpp.
4. Atveriet fiziku [teksts, skaitļi]/ http://www.physics.ru
5. Sagatavošanās eksāmenam / http://egephizika
6. Federālais pedagoģisko mērījumu institūts. Kontrole
mērīšanas materiāli (CMM) Fizika //[Elektroniskais resurss]//
http://fipi.ru/view/sections/92/docs/
7. Fizika skolā. Fizika - 10. klase. Molekulārā fizika.
Molekulāri kinētiskā teorija. fizikas rasējumi/
http://gannalv.narod.ru/mkt/
8. Šī apbrīnojamā fizika / http://sfiz.ru/page.php?id=39
Videokursā "Iegūsti A" iekļautas visas matemātikas eksāmena sekmīgai nokārtošanai par 60-65 punktiem nepieciešamās tēmas. Pilnīgi visi profila uzdevumi 1-13 USE matemātikā. Piemērots arī matemātikas pamata USE nokārtošanai. Ja gribi nokārtot eksāmenu ar 90-100 punktiem, 1.daļa jāatrisina 30 minūtēs un bez kļūdām!
Sagatavošanas kurss eksāmenam 10.-11.klasei, kā arī skolotājiem. Viss nepieciešamais, lai atrisinātu eksāmena 1. daļu matemātikā (pirmās 12 problēmas) un 13. uzdevumu (trigonometrija). Un tas ir vairāk nekā 70 punkti vienotajā valsts eksāmenā, un bez tiem nevar iztikt ne simt ballu students, ne humānists.
Visa nepieciešamā teorija. Eksāmena ātrie risinājumi, lamatas un noslēpumi. Analizēti visi būtiskie FIPI bankas 1. daļas uzdevumi. Kurss pilnībā atbilst USE-2018 prasībām.
Kursā ir 5 lielas tēmas, katra 2,5 stundas. Katra tēma ir dota no nulles, vienkārši un skaidri.
Simtiem eksāmenu uzdevumu. Teksta problēmas un varbūtību teorija. Vienkārši un viegli iegaumējami problēmu risināšanas algoritmi. Ģeometrija. Teorija, izziņas materiāls, visu veidu USE uzdevumu analīze. Stereometrija. Viltīgi triki risināšanai, noderīgas blēžu lapas, telpiskās iztēles attīstīšana. Trigonometrija no nulles - līdz 13. uzdevumam. Sapratne, nevis pieblīvēšanās. Sarežģītu jēdzienu vizuāls skaidrojums. Algebra. Saknes, pakāpes un logaritmi, funkcija un atvasinājums. Eksāmena 2.daļas sarežģītu uzdevumu risināšanas bāze.
LIETOŠANA 2018. Fizika. Es nokārtošu eksāmenu! Mehānika. Molekulārā fizika. Tipiski uzdevumi. Demidova M.Ju., Gribovs V.A., Žigolo A.I.
M.: 2018 - 204 lpp.
Moduļu kurss “Es nokārtošu eksāmenu! Fizika" izveidoja autoru komanda no Federālās komisijas kontrolmērījumu materiālu izstrādes vienotajam valsts eksāmenam fizikā. Tajā ir iekļautas rokasgrāmatas "Pašapmācības kurss" un "Tipiski uzdevumi". Kurss paredzēts 10.-11.klašu studentu sagatavošanai valsts gala atestācijai. Nodarbību secība ir izklāstīta eksāmena darba loģikā fizikā, pamatojoties uz moduļu principu. Katra nodarbība ir vērsta uz konkrētu rezultātu un satur teorētiskās pamatinformācijas un praktisko iemaņu pilnveidošanu, lai izpildītu konkrētu eksāmena darba uzdevumu. Rokasgrāmatā ir izklāstīti tematiskie moduļi, kas sastādīti atbilstoši eksāmena darba loģikai. Kurss ir adresēts skolotājiem, skolēniem un viņu vecākiem, lai pārbaudītu/pašpārbaudītu izglītības standarta prasību izpildi līdz absolventu sagatavotības līmenim.
Formāts: pdf
Izmērs: 45 MB
Skatīties, lejupielādēt: drive.google
SATURS
3. priekšvārds
Nodarbība 1-25. Mehānika
Nodarbība 1-5. Kinemātika
Uzziņas materiāli 8
Patstāvīgā darba uzdevumi 12
Pārbaudes darbs par tēmu "Kinemātika" 29
Nodarbība 6-10. Dinamika
Uzziņas materiāli 33
Patstāvīgā darba uzdevumi 36
Pārbaudes darbs par tēmu "Dinamika" 58
Nodarbība 11-15. Saglabāšanas likumi mehānikā
Uzziņas materiāli 62
Patstāvīgā darba uzdevumi 64
Pārbaudes darbs par tēmu "Saglabāšanas likumi mehānikā" 88
Nodarbība 16-20. Statika
Uzziņas materiāli 91
Patstāvīgā darba uzdevumi 93
Pārbaudes darbs par tēmu "Statika" 102
Nodarbība 21-25. Mehāniskās vibrācijas un viļņi
Uzziņas materiāli 104
Patstāvīgā darba uzdevumi 106
Pārbaudes darbs par tēmu "Mehāniskās vibrācijas un viļņi" 128
Nodarbība 26-35. Molekulārā fizika
Nodarbības 26-30. Molekulārā kinētiskā teorija
Uzziņas materiāli 132
Patstāvīgā darba uzdevumi 137
Pārbaudes darbs par tēmu "Molekulāri kinētiskā teorija" 158
Nodarbība 31-35. Termodinamika
Uzziņas materiāli 163
Patstāvīgā darba uzdevumi 166
Pārbaudes darbs par tēmu "Termodinamika" 187
Atbildes uz patstāvīgā darba uzdevumiem 192
Atsauces materiāli satur teorētisko pamatinformāciju par tēmu. Tajos ir iekļauti visi USE kodētāja satura elementi fizikā, bet katra kodifikatora pozīcija ir izklāstīta sīkāk: dotas visu jēdzienu definīcijas, likumu formulējumi u.c.. Pirms darba uzsākšanas pie tematiskā bloka, tas ir nepieciešams izpētīt šos izziņas materiālus, saprast visus tajos uzskaitītos satura elementus par šo tēmu. Ja kaut kas paliek nesaprotams, tad ir jāatgriežas pie atbilstošās mācību grāmatas rindkopas, vēlreiz izpētot nepieciešamo teorētisko materiālu.
Varat atsaukties uz izziņas materiāliem, pildot patstāvīgā darba uzdevumus, un, veicot pārbaudes darbu par tēmu, mēģiniet vairs neatsaukties uz izziņas materiāliem. Šajā brīdī visas nepieciešamās formulas jau ir jāatceras un pārliecinoši jāpiemēro uzdevumu risināšanā.
Patstāvīgā darba uzdevumi ietver uzdevumu atlasi tām KIM USE rindām, kurās tiek pārbaudīti šīs tēmas satura elementi. Vispirms tiek parādīta visdetalizētākā uzdevumu atlase pamata līmeņa līnijām. Šeit krājumi ir izcelti katram satura elementam, un šāda krājuma ietvaros katram eksāmena darba uzdevumu modelim ir vismaz divi uzdevumi.
Nodarbība 1-5. Kinemātika
ATSAUCES MATERIĀLI
1.1.1. Mehāniskā kustība ir ķermeņa stāvokļa izmaiņas telpā attiecībā pret citiem ķermeņiem (vai ķermeņa formas izmaiņas) laika gaitā.
Šīs definīcijas rezultātā mehāniskā kustība ir relatīva: ķermeņa kustība ir atkarīga no objekta, attiecībā pret kuru šī kustība tiek aplūkota. Piemērs: čemodāns nekustīgi guļ uz vagona plaukta, bet pārvietojas attiecībā pret Zemi kopā ar vilcienu.
Atsauces sistēma kalpo, lai kvantitatīvi aprakstītu mehānisko kustību. Tāpēc mehāniskās kustības definīcijas dēļ atskaites sistēmu veido:
1) atskaites korpuss (nemainot savu formu);
2) koordinātu sistēma, kas stingri savienota ar atskaites ķermeni;
3) pulkstenis (ierīce laika mērīšanai), stingri savienots ar atskaites korpusu.
1.1.2. Materiāls punkts ir vienkāršākais reāla ķermeņa modelis, kas ir ģeometrisks punkts, ar kuru ir saistīta ķermeņa masa, tā lādiņš utt. Šis modelis ir piemērojams, ja ķermeņa izmērus šajā uzdevumā var neievērot. Divi visbiežāk sastopamie šādu uzdevumu piemēri ir:
- ķermeņa nobrauktais attālums ir daudz lielāks par paša ķermeņa izmēru (automašīna nobrauca 100 km ar ātrumu 50 km/h. Atrodi kustības laiku);
- stingra ķermeņa translācijas kustības gadījums (skatīt tālāk). Šajā gadījumā visi ķermeņa punkti pārvietojas vienādi, tāpēc pietiek izpētīt viena ķermeņa punkta kustību.
Turpinām analizēt fizikas eksāmena pirmās daļas uzdevumus, kas veltīti tēmai "Molekulārā fizika un termodinamika". Kā parasti, visi risinājumi tiek nodrošināti ar detalizētiem fizikas pasniedzēja komentāriem. Ir arī visu piedāvāto uzdevumu video analīze. Raksta beigās varat atrast saites uz citu fizikas eksāmena uzdevumu analīzi.
Ar termodinamisko līdzsvaru saprot sistēmas stāvokli, kurā tās makroskopiskie parametri laika gaitā nemainās. Šis stāvoklis tiks sasniegts, kad slāpekļa un skābekļa temperatūra traukā izlīdzināsies. Visi pārējie parametri būs atkarīgi no katras gāzes masas un kopumā nebūs vienādi, pat ja ir sasniegts termodinamiskais līdzsvars. Pareizā atbilde: 1.
Izobāriskā procesā apjoms V un temperatūru T
Tātad atkarība V no T jābūt tieši proporcionālam, un, ja temperatūra pazeminās, tad arī tilpumam vajadzētu samazināties. 4. grafiks atbilst.
Siltumdzinēja efektivitāti nosaka pēc formulas:
Šeit A- darbs, kas veikts ciklā, J 1 ir siltuma daudzums, ko darba šķidrums saņem vienā ciklā no sildītāja. Aprēķini dod šādu rezultātu: kJ.
11. Izoprocesu izpētē tika izmantots mainīga tilpuma slēgts trauks, kas piepildīts ar gaisu un savienots ar manometru. Tvertnes tilpums tiek lēnām palielināts, saglabājot tajā nemainīgu gaisa spiedienu. Kā mainās gaisa temperatūra traukā un tā blīvums? Katram daudzumam nosakiet atbilstošo tā izmaiņu raksturu: 1) palielināt 2) samazinājums 3) nemainīsies Ierakstiet tabulā izvēlētos skaitļus katram fiziskajam lielumam. Cipari atbildē var tikt atkārtoti. |
Process ir izobārs. Izobāriskā procesā apjoms V un temperatūru T ideālā gāze ir saistīta ar attiecību:
Tātad atkarība V no T tieši proporcionāli, tas ir, palielinoties tilpumam, palielinās arī temperatūra.
Vielas blīvums ir saistīts ar masu m un apjoms V attiecība:
Tātad pie nemainīgas masas m atkarība ρ no V apgriezti proporcionāls, tas ir, ja tilpums palielinās, tad blīvums samazinās.
Pareizā atbilde: 12.
12. Attēlā parādīta četru secīgu ideālās gāzes 2 molu stāvokļa izmaiņu diagramma. Kurā procesā gāzes darbs ir pozitīvs un minimāls, un kurā ārējo spēku darbs ir pozitīvs un minimāls? Saskaņojiet šos procesus ar procesu numuriem diagrammā. Katrai pirmās kolonnas pozīcijai izvēlieties atbilstošo pozīciju no otrās kolonnas un pierakstiet atlasītos ciparus tabulā zem atbilstošajiem burtiem. |
Gāzes darbs ir skaitliski vienāds ar laukumu zem gāzes procesa grafika koordinātēs. Zīmē tas ir pozitīvs procesā, kas notiek, palielinoties apjomam, un negatīvs pretējā gadījumā. Savukārt ārējo spēku darbs pēc absolūtās vērtības un pēc zīmes ir pretējs gāzes darbam tajā pašā procesā.
Tas ir, gāzes darbs ir pozitīvs 1. un 2. procesā. Tajā pašā laikā 2. procesā tas ir mazāks nekā 1. procesā, jo dzeltenās trapeces laukums attēlā ir mazāks par laukumu brūnā trapece:
Gluži pretēji, 3. un 4. procesos gāzes darbs ir negatīvs, kas nozīmē, ka šajos procesos ārējo spēku darbs ir pozitīvs. Turklāt 4. procesā tas ir mazāks nekā 3. procesā, jo zilās trapeces laukums attēlā ir mazāks par sarkanās trapeces laukumu:
Tātad pareizā atbilde ir 42.
Šis bija pēdējais uzdevums par tēmu "Molekulārā fizika un termodinamika" no fizikas eksāmena pirmās daļas. Meklējiet uzdevumu analīzi mehānikā.
Materiālu sagatavojis Sergejs Valerijevičs