Forberedelse til eksamen i fysik molekylær fysik. Molekylær fysik

Vi fortsætter med at analysere opgaver fra den første del af Unified State Exam in Physics, dedikeret til emnet "Molekylær fysik og termodynamik". Som sædvanlig er alle løsninger forsynet med detaljerede kommentarer fra en fysikvejleder. Der er også en videoanalyse af alle de foreslåede opgaver. Sidst i artiklen kan du finde links til analyser af andre opgaver fra Unified State Exam i fysik.

Termodynamisk ligevægt forstås som tilstanden af ​​et system, hvor dets makroskopiske parametre ikke ændrer sig over tid. Denne tilstand vil blive opnået, når temperaturerne af nitrogen og oxygen i beholderen udlignes. Alle andre parametre vil afhænge af massen af ​​hver gas og vil generelt ikke være de samme, selv når der opstår termodynamisk ligevægt. Det rigtige svar: 1.

I en isobar proces er volumen V og temperatur T

Altså afhængighed V fra T skal være direkte proportional, og hvis temperaturen falder, så skal volumen falde. Skema 4 er passende.

Effektiviteten af ​​en varmemotor bestemmes af formlen:

Her EN- arbejde udført pr. cyklus, Q 1 er mængden af ​​varme modtaget af arbejdsfluidet pr. cyklus fra varmelegemet. Beregninger giver følgende resultat: kJ.

11. Ved undersøgelse af isoprocesser blev der brugt en lukket beholder med variabel volumen, fyldt med luft og tilsluttet en trykmåler. Beholderens volumen øges langsomt, hvilket holder lufttrykket i det konstant. Hvordan ændres temperaturen af ​​luften i beholderen og dens massefylde? Bestem for hver mængde den tilsvarende karakter af dens ændring: 1) vil stige 2) vil falde 3) vil ikke ændre sig Skriv de valgte tal ned for hver fysisk mængde i tabellen. Tallene i svaret kan gentages.

Processen er isobarisk. I en isobar proces er volumen V og temperatur T idealgas er forbundet med relationen:

Altså afhængighed V fra T direkte proportional, det vil sige, at når volumen stiger, stiger temperaturen også.

Et stofs massefylde er relateret til massen m og volumen V forhold:

Altså ved konstant masse m afhængighed ρ fra V omvendt proportional, det vil sige, hvis volumenet stiger, så falder tætheden.

Rigtigt svar: 12.

12. Figuren viser et diagram over fire på hinanden følgende ændringer i tilstanden af ​​2 mol af en ideel gas. I hvilken proces er gassens arbejde positivt og minimalt i værdi, og i hvilken proces er ydre kræfters arbejde positivt og minimalt i værdi? Match disse processer med procesnumrene på diagrammet. For hver position i den første kolonne skal du vælge den tilsvarende position fra den anden kolonne og skrive de valgte tal ned i tabellen under de tilsvarende bogstaver.

En gass arbejde er numerisk lig med arealet under grafen for gasprocessen i koordinater. Ved fortegn er det positivt i en proces, der sker med en stigning i volumen, og negativ i det modsatte tilfælde. Ydre kræfters arbejde er til gengæld af samme størrelse og modsatte fortegn til gassens arbejde i samme proces.

Det vil sige, at gassens arbejde er positivt i proces 1 og 2. Desuden er det i proces 2 mindre end i proces 1, da arealet af den gule trapez i figuren er mindre end arealet af brun trapez:

Tværtimod er gasarbejdet negativt i proces 3 og 4, hvilket betyder, at i disse processer er ydre kræfters arbejde positivt. Desuden er det i proces 4 mindre end i proces 3, da arealet af det blå trapez på figuren er mindre end arealet af det røde trapez:

Så det rigtige svar er: 42.

Dette var den sidste opgave om emnet "Molekylær fysik og termodynamik" fra første del af Unified State Exam in Physics. Se efter analyse af opgaver på mekanik.

Materiale udarbejdet af Sergei Valerievich

Molekylær kinetisk teori kaldet læren om stoffets struktur og egenskaber baseret på ideen om eksistensen af ​​atomer og molekyler som de mindste partikler af et kemisk stof. Den molekylære kinetiske teori er baseret på tre hovedprincipper:

• Alle stoffer - flydende, faste og gasformige - er dannet af bittesmå partikler - molekyler, som selv består af atomer("elementære molekyler"). Et kemisk stofs molekyler kan være simple eller komplekse og bestå af et eller flere atomer. Molekyler og atomer er elektrisk neutrale partikler. Under visse forhold kan molekyler og atomer erhverve yderligere elektrisk ladning og blive til positive eller negative ioner (henholdsvis anioner og kationer).
• Atomer og molekyler er i kontinuerlig kaotisk bevægelse og interaktion, hvis hastighed afhænger af temperaturen, og hvis art afhænger af stoffets aggregeringstilstand.
• Partikler interagerer med hinanden af ​​kræfter, der er elektriske i naturen. Gravitationsinteraktionen mellem partikler er ubetydelig.

Atom– den mindste kemisk udelelige partikel af et grundstof (jern, helium, oxygenatom). Molekyle- den mindste partikel af et stof, der bevarer sine kemiske egenskaber. Molekylet består af et eller flere atomer (vand - H 2 O - 1 oxygenatom og 2 hydrogenatomer). Og han– et atom eller molekyle, der har en eller flere elektroner ekstra (eller mangler elektroner).

Molekyler er ekstremt små i størrelse. Simple monoatomiske molekyler har en størrelse i størrelsesordenen 10-10 m. Komplekse polyatomiske molekyler kan have størrelser hundreder og tusinder af gange større.

Den tilfældige kaotiske bevægelse af molekyler kaldes termisk bevægelse. Den kinetiske energi af termisk bevægelse stiger med stigende temperatur. Ved lave temperaturer kondenserer molekyler til en væske eller et fast stof. Når temperaturen stiger, bliver den gennemsnitlige kinetiske energi i et molekyle større, molekylerne flyver fra hinanden, og der dannes et gasformigt stof.

I faste stoffer gennemgår molekyler tilfældige vibrationer omkring faste centre (ligevægtspositioner). Disse centre kan være placeret i rummet på en uregelmæssig måde (amorfe legemer) eller danne ordnede volumetriske strukturer (krystallinske legemer).

I væsker har molekyler meget større frihed til termisk bevægelse. De er ikke bundet til specifikke centre og kan bevæge sig gennem hele væskevolumenet. Dette forklarer væskernes fluiditet.

I gasser er afstandene mellem molekyler normalt meget større end deres størrelser. Interaktionskræfterne mellem molekyler på så store afstande er små, og hvert molekyle bevæger sig langs en lige linje indtil næste kollision med et andet molekyle eller med beholderens væg. Den gennemsnitlige afstand mellem luftmolekyler under normale forhold er omkring 10 –8 m, det vil sige hundredvis af gange større end molekylernes størrelse. Den svage interaktion mellem molekyler forklarer gassers evne til at udvide sig og fylde hele karrets volumen. I grænsen, når interaktionen har en tendens til nul, når vi frem til ideen om en ideel gas.

Ideel gas er en gas, hvis molekyler ikke interagerer med hinanden, med undtagelse af elastiske kollisionsprocesser, og betragtes som materielle punkter.

I molekylær kinetisk teori anses mængden af ​​stof for at være proportional med antallet af partikler. Mængdenheden af ​​et stof kaldes en muldvarp (mol). Muldvarp- det er den mængde stof, der indeholder det samme antal partikler (molekyler), som der er atomer i 0,012 kg kulstof 12 C. Et kulstofmolekyle består af et atom. Således indeholder et mol af ethvert stof det samme antal partikler (molekyler). Dette nummer kaldes Avogadros konstant: N A = 6,022·1023 mol –1.

Avogadros konstant er en af ​​de vigtigste konstanter i molekylær kinetisk teori. Mængde af stof er defineret som forholdet mellem antallet N partikler (molekyler) af stof til Avogadros konstant N A, eller som forholdet mellem masse og molær masse:

Massen af ​​en mol af et stof kaldes normalt molær masse M. Molær masse er lig med produktet af masse m 0 af et molekyle af et givet stof pr. Avogadro-konstant (det vil sige pr. antal partikler i et mol). Molær masse er udtrykt i kilogram pr. mol (kg/mol). For stoffer, hvis molekyler består af et enkelt atom, bruges ofte betegnelsen atommasse. I det periodiske system er molær masse angivet i gram pr. mol. Derfor har vi en anden formel:

Hvor: M- Molar masse, N A – Avogadros nummer, m 0 - masse af en partikel af stof, N– antallet af partikler af et stof indeholdt i et stofs masse m. Derudover skal du bruge konceptet koncentrationer(antal partikler pr. volumenenhed):

Lad os også huske på, at densiteten, volumen og massen af ​​et legeme er forbundet med følgende formel:

Hvis problemet involverer en blanding af stoffer, så taler vi om den gennemsnitlige molære masse og den gennemsnitlige massefylde af stoffet. Som ved beregning af gennemsnitshastigheden for ujævn bevægelse, bestemmes disse værdier af blandingens samlede masser:

Glem ikke, at den samlede mængde af et stof altid er lig med summen af ​​mængderne af stoffer, der indgår i blandingen, og du skal være forsigtig med volumen. Gasblandingsvolumen Ikke lig med summen af ​​mængderne af gasser inkluderet i blandingen. Så 1 kubikmeter luft indeholder 1 kubikmeter ilt, 1 kubikmeter nitrogen, 1 kubikmeter kuldioxid osv. For faste stoffer og væsker (medmindre andet er angivet i betingelsen), kan vi antage, at volumenet af blandingen er lig med summen af ​​volumen af ​​dens dele.

Grundlæggende ligning for MKT idealgas

Mens de bevæger sig, kolliderer gasmolekyler konstant med hinanden. På grund af dette ændrer deres bevægelses karakteristika, derfor, når vi taler om impulser, hastigheder og kinetiske energier af molekyler, mener vi altid gennemsnitsværdierne af disse mængder.

Antallet af kollisioner af gasmolekyler under normale forhold med andre molekyler måles millioner af gange i sekundet. Hvis vi negligerer størrelsen og interaktionen af ​​molekyler (som i den ideelle gasmodel), så kan vi antage, at mellem på hinanden følgende kollisioner bevæger molekylerne sig ensartet og retlinet. Når man nærmer sig væggen i karret, hvori gassen er placeret, oplever molekylet naturligvis også en kollision med væggen. Alle kollisioner af molekyler med hinanden og med beholderens vægge betragtes som absolut elastiske kollisioner af kugler. Når det kolliderer med en væg, ændres molekylets momentum, hvilket betyder, at en kraft virker på molekylet fra siden af ​​væggen (husk Newtons anden lov). Men ifølge Newtons tredje lov, med nøjagtig den samme kraft rettet i den modsatte retning, virker molekylet på væggen og udøver pres på den. Helheden af ​​alle påvirkninger af alle molekyler på væggen af ​​karret fører til udseendet af gastryk. Gastryk er resultatet af kollisioner af molekyler med beholderens vægge. Hvis der ikke er nogen væg eller nogen anden hindring for molekylerne, så mister selve begrebet tryk sin betydning. Det er for eksempel helt uvidenskabeligt at tale om tryk i midten af ​​rummet, for dér trykker molekylerne ikke på væggen. Hvorfor bliver vi så overraskede over, når vi placerer et barometer der, at det viser en form for tryk? Højre! Fordi selve barometeret er selve væggen, som molekylerne trykker på.

Da tryk er en konsekvens af molekylers påvirkning på væggen af ​​et kar, er det indlysende, at dets værdi bør afhænge af de individuelle molekylers egenskaber (på gennemsnitskarakteristika husker du selvfølgelig, at hastighederne af alle molekyler er forskellige ). Denne afhængighed kommer til udtryk den grundlæggende ligning for den molekylære kinetiske teori for en ideel gas:

Hvor: s- gastryk, n- koncentration af dets molekyler, m 0 - masse af et molekyle, v kv - rodmiddelkvadrathastighed (bemærk at selve ligningen indeholder kvadratet af rodmiddelhastigheden). Den fysiske betydning af denne ligning er, at den etablerer en forbindelse mellem egenskaberne af hele gassen (trykket) og parametrene for bevægelsen af ​​individuelle molekyler, det vil sige forbindelsen mellem makro- og mikroverdenen.

Følger fra den grundlæggende MKT-ligning

Som allerede nævnt i det foregående afsnit bestemmes hastigheden af ​​termisk bevægelse af molekyler af stoffets temperatur. For en ideel gas er denne afhængighed udtrykt ved simple formler for rod gennemsnitlig hastighed bevægelse af gasmolekyler:

Hvor: k= 1,38∙10 –23 J/K – Boltzmann konstant, T– absolut temperatur. Lad os straks tage forbehold for, at du fremover i alle problemer uden tøven skal omregne temperaturen til kelvin fra grader Celsius (bortset fra problemer på varmebalanceligningen). Lov om tre konstanter:

Hvor: R= 8,31 J/(mol∙K) – universel gaskonstant. Den næste vigtige formel er formlen for gennemsnitlig kinetisk energi af translationel bevægelse af gasmolekyler:

Det viser sig, at den gennemsnitlige kinetiske energi af molekylers translationelle bevægelse kun afhænger af temperaturen og er den samme ved en given temperatur for alle molekyler. Og endelig er de vigtigste og mest brugte konsekvenser fra den grundlæggende MKT-ligning følgende formler:

Temperaturmåling

Begrebet temperatur er tæt forbundet med begrebet termisk ligevægt. Legemer i kontakt med hinanden kan udveksle energi. Den energi, der overføres fra en krop til en anden under termisk kontakt, kaldes mængden af ​​varme.

Termisk ligevægt- dette er en tilstand af et system af kroppe i termisk kontakt, hvor der ikke er varmeoverførsel fra en krop til en anden, og alle makroskopiske parametre for kroppe forbliver uændrede. Temperatur er en fysisk parameter, der er ens for alle legemer i termisk ligevægt.

For at måle temperatur bruges fysiske instrumenter - termometre, hvor temperaturværdien bedømmes ved en ændring i enhver fysisk parameter. For at lave et termometer skal du vælge et termometrisk stof (f.eks. kviksølv, alkohol) og en termometrisk mængde, der kendetegner stoffets egenskab (f.eks. længden af ​​en kviksølv- eller alkoholsøjle). Forskellige termometerdesigns bruger forskellige fysiske egenskaber af et stof (for eksempel en ændring i de lineære dimensioner af faste stoffer eller en ændring i den elektriske modstand af ledere, når de opvarmes).

Termometre skal kalibreres. For at gøre dette bringes de i termisk kontakt med kroppe, hvis temperaturer anses for givet. Oftest anvendes simple naturlige systemer, hvor temperaturen forbliver uændret trods varmeudveksling med omgivelserne - en blanding af is og vand og en blanding af vand og damp ved kogning ved normalt atmosfærisk tryk. På Celsius-temperaturskalaen tildeles isens smeltepunkt en temperatur på 0°C, og kogepunktet for vand: 100°C. Ændringen i længden af ​​væskesøjlen i termometerets kapillærer pr. hundrededel af længden mellem mærkerne 0°C og 100°C tages lig med 1°C.

Den engelske fysiker W. Kelvin (Thomson) i 1848 foreslog at bruge punktet med nul gastryk til at konstruere en ny temperaturskala (Kelvin-skala). I denne skala er temperaturenheden den samme som i Celsius-skalaen, men nulpunktet er forskudt:

I dette tilfælde svarer en temperaturændring på 1ºC til en temperaturændring på 1 K. Temperaturændringer på Celsius- og Kelvin-skalaerne er ens. I SI-systemet kaldes temperaturenheden målt på Kelvin-skalaen kelvin og betegnes med bogstavet K. F.eks. stuetemperatur T C = 20°C på Kelvin-skalaen er T K = 293 K. Kelvin temperaturskalaen kaldes den absolutte temperaturskala. Det viser sig at være mest praktisk, når man konstruerer fysiske teorier.

Tilstandsligning for en ideel gas eller Clapeyron-Mendeleev ligning

Tilstandsligning for en ideel gas er en anden konsekvens af den grundlæggende MKT-ligning og er skrevet på formen:

Denne ligning etablerer et forhold mellem hovedparametrene for tilstanden af ​​en ideel gas: tryk, volumen, mængde af stof og temperatur. Det er meget vigtigt, at disse parametre hænger sammen; ændring af nogen af ​​dem vil uundgåeligt føre til ændring af mindst én mere. Det er derfor, denne ligning kaldes tilstandsligningen for en ideel gas. Det blev først opdaget for ét mol gas af Clapeyron, og efterfølgende generaliseret til tilfældet med et større antal mol af Mendeleev.

Hvis gastemperaturen er T n = 273 K (0°C) og tryk s n = 1 atm = 1 10 5 Pa, så siger de at gassen er kl normale forhold.

Gas love

Løsning af problemer til beregning af gasparametre er meget forenklet, hvis du ved, hvilken lov og hvilken formel du skal anvende. Så lad os se på de grundlæggende gaslove.

1. Avogadros lov. Et mol af ethvert stof indeholder det samme antal strukturelle elementer, svarende til Avogadros antal.

2. Daltons lov. Trykket af en blanding af gasser er lig med summen af ​​partialtrykket af gasserne inkluderet i denne blanding:

En gass partialtryk er det tryk, den ville producere, hvis alle de andre gasser pludselig forsvandt fra blandingen. For eksempel er lufttrykket lig med summen af ​​partialtrykket af nitrogen, oxygen, kuldioxid og andre urenheder. I dette tilfælde optager hver af gasserne i blandingen hele det tilførte volumen, det vil sige, at volumenet af hver af gasserne er lig med blandingens volumen.

3. Boyle-Mariotte lov. Hvis gassens masse og temperatur forbliver konstant, ændres produktet af gastrykket og dets volumen ikke, derfor:

En proces, der foregår ved en konstant temperatur, kaldes isotermisk. Bemærk, at denne simple form for Boyle-Marriott-loven kun gælder, hvis gassens masse forbliver konstant.

4. Gay-Lussacs lov. Gay-Lussacs lov i sig selv er ikke af særlig værdi, når man forbereder sig til eksamen, så vi vil kun give et resultat af den. Hvis gassens masse og tryk forbliver konstant, ændres forholdet mellem gassens volumen og dens absolutte temperatur ikke, derfor:

En proces, der foregår ved konstant tryk, kaldes isobar eller isobar. Bemærk, at denne simple form for Gay-Lussacs lov kun gælder, hvis massen af ​​gassen forbliver konstant. Glem ikke at konvertere temperaturen fra grader Celsius til Kelvin.

5. Karls lov. Ligesom Gay-Lussacs lov er Charles's lov i dens nøjagtige formulering ikke vigtig for os, så vi vil kun give et resultat af den. Hvis gassens masse og volumen forbliver konstant, ændres forholdet mellem gastrykket og dens absolutte temperatur ikke, derfor:

En proces, der forekommer ved konstant volumen, kaldes isokorisk eller isokorisk. Bemærk, at denne simple form for Charles's lov kun gælder, hvis massen af ​​gassen forbliver konstant. Glem ikke at konvertere temperaturen fra grader Celsius til Kelvin.

6. Universel gaslov (Clapeyron). Ved en konstant masse af en gas ændres forholdet mellem produktet af dens tryk og volumen til temperatur ikke, derfor:

Bemærk venligst, at massen skal forblive den samme, og glem ikke kelvins.

Så der er flere gaslove. Vi lister de tegn på, at du skal bruge et af dem, når du løser et problem:

1. Avogadros lov gælder for alle problemer, der involverer antallet af molekyler.
2. Daltons lov gælder for alle problemer, der involverer en blanding af gasser.
3. Charles's lov bruges i problemer, hvor volumen af ​​gas forbliver konstant. Normalt er dette enten angivet eksplicit, eller problemet indeholder ordene "gas i en lukket beholder uden stempel."
4. Gay-Lussacs lov anvendes, hvis gastrykket forbliver uændret. Se efter ordene "gas i en beholder lukket af et bevægeligt stempel" eller "gas i en åben beholder" i problemerne. Nogle gange bliver der ikke sagt noget om fartøjet, men ifølge betingelsen er det tydeligt, at det kommunikerer med atmosfæren. Derefter antages det, at det atmosfæriske tryk altid forbliver uændret (medmindre andet er angivet i betingelsen).
5. Boyle-Marriott lov. Det er her, det er sværest. Det er godt, hvis problemet siger, at temperaturen på gassen er konstant. Det er lidt værre, hvis ordet "langsom" er til stede i tilstanden. For eksempel bliver en gas langsomt komprimeret eller langsomt udvidet. Endnu værre er det, hvis man siger, at gassen lukkes af et varmeikke-ledende stempel. Endelig er det rigtig slemt, hvis der ikke bliver sagt noget om temperaturen, men ud fra tilstanden kan det antages, at den ikke ændrer sig. Normalt i dette tilfælde anvender eleverne Boyle-Marriott-loven af ​​fortvivlelse.
6. Universel gaslov. Det bruges, hvis massen af ​​gassen er konstant (for eksempel er gassen i en lukket beholder), men ifølge betingelsen er det klart, at alle andre parametre (tryk, volumen, temperatur) ændres. Generelt kan du ofte bruge Clapeyron-Mendeleev-ligningen i stedet for den universelle lov; du vil få det rigtige svar, kun du vil skrive to ekstra bogstaver i hver formel.

Grafisk fremstilling af isoprocesser

I mange grene af fysikken er det praktisk at afbilde mængdernes afhængighed af hinanden grafisk. Dette gør det lettere at forstå sammenhængen mellem parametre, der forekommer i et processystem. Denne tilgang bruges meget ofte i molekylær fysik. De vigtigste parametre, der beskriver tilstanden af ​​en ideel gas, er tryk, volumen og temperatur. Den grafiske metode til at løse problemer består i at skildre forholdet mellem disse parametre i forskellige gaskoordinater. Der er tre hovedtyper af gaskoordinater: ( s; V), (s; T) Og ( V; T). Bemærk, at disse kun er de grundlæggende (mest almindelige typer koordinater). Fantasien hos forfatterne af problemer og test er ikke begrænset, så du kan støde på andre koordinater. Så lad os skildre de vigtigste gasprocesser i hovedgaskoordinaterne.

Isobarisk proces (p = const)

En isobar proces er en proces, der foregår ved konstant tryk og gasmasse. Som det følger af tilstandsligningen for en ideel gas, ændres volumenet i dette tilfælde i direkte forhold til temperaturen. Grafer over den isobariske proces i koordinater R–V; V–T Og R–T har følgende form:

V–T koordinaterne er rettet nøjagtigt til origo, men denne graf kan aldrig starte direkte fra origo, da gas ved meget lave temperaturer bliver til væske og volumen afhængig af temperaturændringer.

Isokorisk proces (V = const)

En isochorisk proces er processen med opvarmning eller afkøling af en gas ved et konstant volumen og forudsat at mængden af ​​stof i beholderen forbliver uændret. Som det følger af tilstandsligningen for en ideel gas, ændres gastrykket under disse forhold i direkte forhold til dens absolutte temperatur. Grafer over en isochorisk proces i koordinater R–V; R–T Og V–T har følgende form:

Bemærk venligst, at fortsættelsen af ​​grafen i s–T koordinater er rettet nøjagtigt til oprindelsen, men denne graf kan aldrig starte direkte fra oprindelsen, da gas bliver til væske ved meget lave temperaturer.

Isoterm proces (T = const)

En isoterm proces er en proces, der foregår ved en konstant temperatur. Af tilstandsligningen for en ideel gas følger det, at ved en konstant temperatur og en konstant mængde stof i beholderen skal produktet af gastrykket og dets volumen forblive konstant. Grafer over en isoterm proces i koordinater R–V; R–T Og V–T har følgende form:

Bemærk, at når du udfører opgaver på grafer i molekylær fysik Ikke der kræves særlig nøjagtighed ved plotning af koordinater langs de tilsvarende akser (f.eks. således at koordinaterne s 1 og s 2 to gastilstande i systemet s(V) faldt sammen med koordinaterne s 1 og s 2 af disse tilstande i systemet s(T). For det første er der tale om forskellige koordinatsystemer, hvori forskellige skalaer kan vælges, og for det andet er der tale om en unødvendig matematisk formalitet, der distraherer fra det vigtigste - analysen af ​​den fysiske situation. Hovedkravet: at kvaliteten af ​​graferne er korrekte.

Nonisoprocesser

I problemer af denne type ændres alle tre hovedgasparametre: tryk, volumen og temperatur. Kun gassens masse forbliver konstant. Det enkleste tilfælde er, hvis problemet løses "head-on" ved hjælp af den universelle gaslov. Det er lidt sværere, hvis du skal finde en ligning for en proces, der beskriver en ændring i en gass tilstand, eller analysere gasparametrenes adfærd ved hjælp af denne ligning. Så skal du opføre dig sådan her. Skriv ned denne ligning af processen og den universelle gaslov (eller Clapeyron-Mendeleev-ligningen, alt efter hvad der passer dig bedst) og eliminer konsekvent unødvendige mængder fra dem.

Ændring i mængde eller masse af et stof

I bund og grund er der ikke noget kompliceret i sådanne opgaver. Du skal bare huske, at gaslovene ikke er opfyldt, da formuleringerne af nogen af ​​dem siger "ved konstant masse." Derfor handler vi enkelt. Vi skriver Clapeyron-Mendeleev-ligningen for gassens begyndelses- og sluttilstand og løser problemet.

Baffler eller stempler

I problemer af denne type anvendes gaslovgivningen igen, og følgende bemærkninger skal tages i betragtning:

• For det første passerer gas ikke gennem skillevæggen, det vil sige, at massen af ​​gas i hver del af beholderen forbliver uændret, og dermed er gaslovene opfyldt for hver del af beholderen.
• For det andet, hvis skillevæggen er varme-ikke-ledende, så når gassen opvarmes eller afkøles i en del af beholderen, vil temperaturen af ​​gassen i den anden del forblive uændret.
• For det tredje, hvis skillevæggen er bevægelig, så er trykket på begge sider ens på ethvert givet tidspunkt (men dette tryk, ens på begge sider, kan ændre sig over tid).
• Og så skriver vi gaslove for hver gas separat og løser problemet.

Gaslove og hydrostatik

Det specifikke ved problemerne er, at det i trykket vil være nødvendigt at tage højde for de "tillægsvægte", der er forbundet med væskesøjlens tryk. Hvilke muligheder kan der være:

• En beholder med gas er nedsænket under vand. Trykket i beholderen vil være lig med: s = s atm + ρgh, Hvor: h– nedsænkningsdybde.
• Vandret røret er lukket fra atmosfæren af ​​en søjle af kviksølv (eller anden væske). Gastrykket i røret er nøjagtigt lig med: s = s atm atmosfærisk, da en vandret søjle af kviksølv ikke udøver tryk på gassen.
• Lodret gasrøret lukkes ovenpå med en søjle af kviksølv (eller anden væske). Gastryk i røret: s = s atm + ρgh, Hvor: h– højden af ​​kviksølvsøjlen.
• Et lodret smalt rør indeholdende gas drejes med den åbne ende nedad og forsegles med en søjle af kviksølv (eller anden væske). Gastryk i røret: s = s hæveautomat – ρgh, Hvor: h– højden af ​​kviksølvsøjlen. "–" tegnet bruges, fordi kviksølv ikke komprimerer, men strækker gassen. Studerende spørger ofte, hvorfor kviksølvet ikke flyder ud af røret. Faktisk, hvis røret var bredt, ville kviksølvet strømme ned ad væggene. Og da røret er meget smalt, tillader overfladespændingen ikke kviksølvet at briste i midten og lukke luft ind, og gastrykket indeni (mindre end atmosfærisk) forhindrer kviksølvet i at strømme ud.

Når du har været i stand til korrekt at registrere gastrykket i røret, skal du anvende en af ​​gaslovene (normalt Boyle-Mariotte, da de fleste af disse processer er isotermiske, eller den universelle gaslov). Anvend den valgte lov for gas (i intet tilfælde for væske) og løs problemet.

Termisk udvidelse af legemer

Når temperaturen stiger, øges intensiteten af ​​den termiske bevægelse af partikler af et stof. Dette får molekylerne til at frastøde hinanden mere "aktivt". På grund af dette øges de fleste kroppe i størrelse, når de opvarmes. Begå ikke den typiske fejl; atomer og molekyler udvider sig ikke, når de opvarmes. Kun de tomme rum mellem molekyler øges. Den termiske udvidelse af gasser er beskrevet af Gay-Lussacs lov. Den termiske udvidelse af væsker overholder følgende lov:

Hvor: V 0 – volumen væske ved 0°C, V- ved en temperatur t, γ – væskens volumetriske udvidelseskoefficient. Bemærk venligst, at alle temperaturer i dette emne skal tages i grader Celsius. Den volumetriske ekspansionskoefficient afhænger af typen af ​​væske (og af temperaturen, som ikke tages i betragtning i de fleste problemer). Bemærk venligst, at den numeriske værdi af koefficienten, udtrykt i 1/°C eller 1/K, er den samme, da opvarmning af et legeme med 1°C er det samme som at opvarme det med 1 K (og ikke med 274 K).

Til ekspansion af faste stoffer Tre formler bruges til at beskrive ændringen i lineære dimensioner, areal og volumen af ​​en krop:

Hvor: l 0 , S 0 , V 0 – kroppens længde, overfladeareal og volumen ved henholdsvis 0°C, α - koefficient for lineær udvidelse af kroppen. Den lineære udvidelseskoefficient afhænger af kroppens type (og af temperaturen, som ikke tages i betragtning i de fleste problemer) og måles i 1/°C eller 1/K.

Lær alle formler og love i fysik, og formler og metoder i matematik. Faktisk er dette også meget enkelt at gøre; der er kun omkring 200 nødvendige formler i fysik, og endda lidt færre i matematik. I hvert af disse fag er der omkring et dusin standardmetoder til at løse problemer af et grundlæggende kompleksitetsniveau, som også kan læres, og dermed helt automatisk og uden besvær at løse det meste af CT'en på det rigtige tidspunkt. Herefter skal du kun tænke på de sværeste opgaver.

Deltag i alle tre faser af repetitionstest i fysik og matematik. Hver RT kan besøges to gange for at tage stilling til begge muligheder. Igen skal du på CT'en, udover evnen til hurtigt og effektivt at løse problemer, og kendskab til formler og metoder, også kunne planlægge tid ordentligt, fordele kræfter og vigtigst af alt korrekt udfylde svarskemaet, uden at forvirrende antallet af svar og problemer, eller dit eget efternavn. Også under RT er det vigtigt at vænne sig til stilen med at stille spørgsmål i problemer, hvilket kan virke meget usædvanligt for en uforberedt person på DT.

Succesfuld, flittig og ansvarlig implementering af disse tre punkter vil give dig mulighed for at vise et fremragende resultat ved CT, det maksimale af hvad du er i stand til.

Har du fundet en fejl?

Hvis du mener, at du har fundet en fejl i undervisningsmaterialet, så skriv venligst om det på e-mail. Du kan også rapportere en fejl på det sociale netværk (). Angiv i brevet emnet (fysik eller matematik), navnet eller nummeret på emnet eller testen, nummeret på opgaven eller det sted i teksten (siden), hvor der efter din mening er en fejl. Beskriv også, hvad den formodede fejl er. Dit brev vil ikke gå ubemærket hen, fejlen bliver enten rettet, eller du får forklaret, hvorfor det ikke er en fejl.

 § 2. Molekylær fysik. Termodynamik

Grundlæggende bestemmelser i molekylær kinetisk teori(MCT) er som følger.
1. Stoffer består af atomer og molekyler.
2. Atomer og molekyler er i kontinuerlig kaotisk bevægelse.
3. Atomer og molekyler interagerer med hinanden med tiltræknings- og frastødningskræfter
Arten af ​​molekylers bevægelse og interaktion kan være forskellig; i denne henseende er det sædvanligt at skelne mellem 3 tilstande af aggregering af stof: fast, flydende og gasformigt. Interaktionerne mellem molekyler er stærkest i faste stoffer. I dem er molekylerne placeret i krystalgitterets såkaldte noder, dvs. i positioner, hvor tiltræknings- og frastødningskræfterne mellem molekyler er lige store. Bevægelsen af ​​molekyler i faste stoffer reduceres til vibrationsbevægelse omkring disse ligevægtspositioner. I væsker er situationen anderledes, idet molekylerne ofte ændrer dem efter at have svinget omkring nogle ligevægtspositioner. I gasser er molekyler langt fra hinanden, så vekselvirkningskræfterne mellem dem er meget små, og molekylerne bevæger sig fremad og kolliderer af og til med hinanden og med væggene i det kar, hvori de befinder sig.
 Relativ molekylvægt M r kaldes forholdet mellem massen m o af et molekyle og 1/12 af massen af ​​et kulstofatom m oc:

I molekylær fysik måles mængden af ​​et stof normalt i mol.
 Molem ν er mængden af ​​et stof, der indeholder det samme antal atomer eller molekyler (strukturelle enheder), som der er i 12 g kulstof. Dette antal atomer i 12 g kulstof kaldes Avogadros nummer:

 Molær masse M = M r 10 −3 kg/mol er massen af ​​et mol af et stof. Antallet af mol i et stof kan beregnes ved hjælp af formlen

 Den grundlæggende ligning for den molekylære kinetiske teori for en ideel gas:

Hvor m 0- massen af ​​molekylet; n- koncentration af molekyler; Ṽ - molekylernes gennemsnitlige kvadratiske hastighed.

 2.1. Gas love

 Tilstandsligningen for en ideel gas er Mendeleev-Clapeyron-ligningen:

 Isoterm proces(Boyle-Mariotte lov):
For en given gasmasse ved en konstant temperatur er produktet af tryk og dets volumen en konstant:

I koordinater p−V isoterm er en hyperbel, og i koordinater V−T Og p−T- lige (se fig. 4)

 Isokorisk proces(Charles lov):
For en given gasmasse ved et konstant volumen er forholdet mellem tryk og temperatur i grader Kelvin en konstant værdi (se fig. 5).

 Isobarisk proces(Gay-Lussacs lov):
For en given gasmasse ved konstant tryk er forholdet mellem gasvolumen og temperatur i grader Kelvin en konstant værdi (se fig. 6).

 Daltons lov:
Hvis der er en blanding af flere gasser i en beholder, så er blandingens tryk lig med summen af ​​partialtrykkene, dvs. de tryk, som hver gas ville skabe i fravær af de andre.

 2.2. Elementer af termodynamik

 Indre kropsenergi lig med summen af ​​de kinetiske energier af den tilfældige bevægelse af alle molekyler i forhold til kroppens massecenter og de potentielle interaktionsenergier af alle molekyler med hinanden.
 Intern energi af en ideel gas repræsenterer summen af ​​de kinetiske energier af den tilfældige bevægelse af dets molekyler; Da molekylerne i en ideel gas ikke interagerer med hinanden, forsvinder deres potentielle energi.
For en ideel monatomisk gas er den indre energi

 Mængde varme Q er et kvantitativt mål for ændringen i intern energi under varmeveksling uden at udføre arbejde.
 Specifik varme- dette er mængden af ​​varme, som 1 kg af et stof modtager eller afgiver, når dets temperatur ændres med 1 K

 Arbejde med termodynamik:
arbejde under isobarisk ekspansion af en gas er lig med produktet af gastrykket og ændringen i dets volumen:

 Loven om energibevarelse i termiske processer (termodynamikkens første lov):
ændringen i et systems indre energi under dets overgang fra en tilstand til en anden er lig med summen af ​​ydre kræfters arbejde og mængden af ​​varme, der overføres til systemet:

Anvendelse af termodynamikkens første lov på isoprocesser:
 EN) isotermisk proces T = const ⇒ ∆T = 0.
I dette tilfælde ændringen i indre energi af en ideel gas

Derfor: Q = A.
Al den varme, der overføres til gassen, bruges på at udføre arbejde mod ydre kræfter;

 b) isokorisk proces V = const ⇒ ∆V = 0.
I dette tilfælde virker gassen

Derfor, ∆U = Q.
Al varme, der overføres til gassen, bruges på at øge dens indre energi;

 V) isobarisk proces p = const ⇒ ∆p = 0.
I dette tilfælde:

 Adiabatisk er en proces, der foregår uden varmeudveksling med miljøet:

I dette tilfælde A = −∆U, dvs. Ændringen i gassens indre energi opstår på grund af det arbejde, som gassen udfører på eksterne legemer.
Når en gas udvider sig, virker den positivt. Arbejdet A, der udføres af eksterne organer på en gas, adskiller sig fra arbejdet udført af en gas, kun i fortegn:

 Mængden af ​​varme, der kræves for at opvarme kroppen i fast eller flydende tilstand inden for en aggregeringstilstand, beregnet ved formlen

hvor c er kroppens specifikke varmekapacitet, m er kroppens masse, t 1 er starttemperaturen, t 2 er sluttemperaturen.
 Mængden af ​​varme, der kræves for at smelte en krop ved smeltepunktet, beregnet ved formlen

hvor λ er den specifikke fusionsvarme, m er kroppens masse.
 Mængde varme, der kræves til fordampning, beregnet ved formlen

hvor r er den specifikke fordampningsvarme, m er kropsmassen.

For at omdanne en del af denne energi til mekanisk energi bruges varmemotorer oftest. Varmemotoreffektivitet er forholdet mellem arbejdet A udført af motoren og mængden af ​​varme modtaget fra varmeren:

Den franske ingeniør S. Carnot kom med en ideel varmemotor med en ideel gas som arbejdsvæske. Effektiviteten af ​​en sådan maskine

Luft, som er en blanding af gasser, indeholder vanddamp sammen med andre gasser. Deres indhold er normalt karakteriseret ved udtrykket "fugtighed". Der skelnes mellem absolut og relativ luftfugtighed.
 Absolut fugtighed kaldes tætheden af ​​vanddamp i luften - ρ ([ρ] = g/m3). Absolut fugtighed kan karakteriseres ved vanddampens partialtryk - s([p] = mmHg; Pa).
 Relativ luftfugtighed (ϕ)- forholdet mellem densiteten af ​​vanddampen i luften og densiteten af ​​den vanddamp, der skal være indeholdt i luften ved denne temperatur, for at dampen kan mættes. Relativ luftfugtighed kan måles som forholdet mellem partialtrykket af vanddamp (p) og partialtrykket (p0), som mættet damp har ved denne temperatur:

Mål: gentagelse af grundlæggende begreber, love og formler for molekylær fysik i overensstemmelse med Unified State Examination codifier

Indholdselementer testet ved Unified State Exam 2012:
1.Grundlæggende bestemmelser for IKT.
2. Modeller af strukturen af ​​gasser, væsker og faste stoffer.
3. Ideel gasmodel.
4. Grundlæggende ligning for MKT for en ideel gas.
5. Absolut temperatur som et mål for dens gennemsnitlige kinetiske energi
partikler.
6. Mendeleev-Clapeyron ligning.
7. Isoprocesser.
8. Gensidige omdannelser af væsker og gasser.
9.Mættede og umættede par. Luftfugtighed.
10. Ændringer i stoffets aggregerede tilstande. Smeltning og
hærdning.
11. Termodynamik: indre energi, varmemængde, arbejde.
12. Termodynamikkens første lov
13. Termodynamikkens anden lov.
14. Anvendelse af termodynamikkens første lov på isoprocesser.
15. Effektivitet af varmemotorer.

Grundlæggende bestemmelser i IKT

Den molekylære kinetiske teori kaldes
studiet af stoffets struktur og egenskaber ud fra
ideer om eksistensen af ​​atomer og molekyler som
de mindste partikler af et kemisk stof.
Vigtigste bestemmelser i IKT:
1. Alle stoffer - flydende, faste og gasformige -
dannet af bittesmå partikler - molekyler,
som selv er lavet af atomer.
2. Atomer og molekyler er kontinuerligt
kaotisk bevægelse.
3. Partikler vekselvirker med hinanden ved kræfter,
har en elektrisk karakter (de er tiltrukket og
frastøde).

Atom. Molekyle.

Et atom er det mindste
del af kemikaliet
element, der har
dens egenskaber,
i stand til
uafhængig
eksistens.
Molekyle -
mindste stald
partikel af stof
består af atomer
en eller flere
kemiske grundstoffer,
bevare det grundlæggende
Kemiske egenskaber
af dette stof.

Masse af molekyler. Mængde af stof.

Relativ molekylær (eller atomær)
massen af ​​et stof kaldes forholdet
masser
m0
M r af stof til 1/12
molekyle (eller atom) af et givet
1
masse af carbonatom 12C.
mOC
Mængden af ​​stof er 12
antal molekyler i
krop, men udtrykt i relative enheder.
En muldvarp er mængden af ​​stof, der indeholder
lige så mange partikler (molekyler) som atomer
indeholdt i 0,012 kg kulstof 12C.
23
1
Midler
nogen
indeholdte stoffer
N A 6c 110 mol
muldvarp
samme antal partikler (molekyler). Dette nummer
kaldes Avogadros konstant NА.
Mængden af ​​stof er lig med N forholdet mellem antallet
molekyler i en given krop til en konstant
Avogadro, dvs.
N.A.
til antallet af molekyler i 1 mol af et stof.
kg
3
m
MM
M
r 10
m0 N A
Molmassen af ​​et stof kaldes
masse
muldvarp
stof taget i en mængde på 1 mol.

Molekyler af de fleste faste stoffer
arrangeret i en bestemt rækkefølge.
Sådanne faste stoffer kaldes
krystallinsk.
Partikelbevægelser er
svingninger omkring ligevægtspositioner.
Hvis vi forbinder centrene af positioner
ligevægt af partikler, så viser det sig
korrekte rumlige gitter,
kaldet krystallinsk.
Afstandene mellem molekyler er sammenlignelige
med molekylære størrelser.
Hovedegenskaber: bevarer deres form og
bind. Enkeltkrystaller er anisotrope.
Anisotropi er afhængigheden af ​​fysisk
egenskaber afhængig af retningen i krystallen.
l r0

Modeller af strukturen af ​​faste stoffer, væsker og gasser

Afstande mellem molekyler
væsker sammenlignelige i størrelse
molekyler, så der er lidt væske
krymper.
Flydende molekyle vibrerer
nær positionen af ​​den midlertidige
balance, når man står over for andre
molekyler fra de nærmeste
miljø. Fra tid til anden hun
formår at springe
at blive ved med at gøre
udsving blandt andre naboer.
"Hopping" af molekyler sker langs
i alle retninger med det samme
frekvens, forklarer dette
en væskes fluiditet og hvad den
tager form af et kar
l r0

Modeller af strukturen af ​​faste stoffer, væsker og gasser

Afstand mellem gasmolekyler
meget større end dem selv
molekyler, så gas kan komprimeres så
at dens volumen vil falde med flere
enkelt gang.
Molekyler med enorme hastigheder
bevæger sig i mellemrummet
kollisioner. I løbet af
kollisioner ændrer molekyler dramatisk
hastighed og bevægelsesretning.
Molekyler tiltrækker meget svagt
til hinanden, så gasserne ikke har
egen form og konstant
bind.
l r0

Termisk bevægelse af molekyler

Uregelmæssig kaotisk bevægelse
molekyler kaldes termiske
bevægelse. Bevis
termisk bevægelse er
Brownsk bevægelse og diffusion.
Brownsk bevægelse er termisk
bevægelse af små partikler
suspenderet i væske eller gas,
sker under påvirkning af slag
miljøets molekyler.
Diffusion er et fænomen
penetration af to eller flere
stoffer i kontakt med hinanden
ven.
Diffusionshastigheden afhænger af
materiens aggregerede tilstand og
kropstemperatur.

10. Interaktion mellem stofpartikler

Interaktionskræfter mellem molekyler.
Ved meget små afstande mellem molekyler
Frastødende kræfter er nødvendigvis på arbejde.
Ved afstande over 2 - 3 diametre
molekyler virker tiltrækkende kræfter.

11. Ideel gasmodel

Idealgas er en teoretisk model
gas, hvori dimensionerne og
interaktioner af gaspartikler og tage højde for
kun deres elastiske kollisioner.
I den kinetiske model af en ideel gas
molekyler betragtes som ideelle
elastiske bolde, der interagerer imellem
med sig selv og med væggene kun under elastik
kollisioner.
Det samlede volumen af ​​alle molekyler antages
lille sammenlignet med karrets volumen, in
hvor gassen er placeret.
Kolliderer med væggen af ​​en beholder, gasmolekyler
lægge pres på hende.
Mikroskopiske parametre: masse,
hastighed, kinetisk energi af molekyler.
Makroskopiske parametre: tryk,
volumen, temperatur.

12. Grundlæggende ligning for MCT-gasser

Trykket af en ideel gas er to tredjedele
gennemsnitlig kinetisk energi af translationel
bevægelse af molekyler indeholdt i en enhedsvolumen
hvor n = N/V – koncentration af molekyler (dvs. antal
molekyler pr. volumenenhed af karret)
Daltons lov: trykket i en blanding er kemisk
af ikke-interagerende gasser er lig med deres sum
deltryk
p = p1 + p2 + p3

13. Absolut temperatur

Temperatur karakteriserer graden af ​​opvarmning af kroppen.
Termisk ligevægt er en tilstand af systemet
legemer i termisk kontakt, hvori der ikke er nogen
varmeoverførsel sker fra en krop til en anden, og
alle makroskopiske parametre for legemer forbliver
uændret.
Temperatur er en fysisk parameter, der er den samme
for alle legemer i termisk ligevægt.
At måle temperatur, fysisk
enheder - termometre.
Der er en mindst mulig temperatur kl
som stopper den kaotiske bevægelse af molekyler.
Det kaldes absolut nultemperatur.
Kelvin temperaturskalaen kaldes absolut
temperaturskala.
T t 273

14. Absolut temperatur

Gennemsnitlig kinetisk energi af kaotisk bevægelse
gasmolekyler er direkte proportional med det absolutte
temperatur.
3
E kT
2
2
p nE p nkT
3
k – Boltzmann konstant – relaterer temperaturen til
energienheder med temperatur i kelvin
Temperatur er et mål for gennemsnitlig kinetisk energi
translationel bevægelse af molekyler.
Ved samme tryk og temperaturer, koncentrationen
molekyler er ens for alle gasser
Avogadros lov: i lige store mængder gasser ved lige
temperaturer og tryk indeholder det samme tal
molekyler

15. Mendeleev-Clapeyron ligning

Den ideelle gasligning for tilstand er forholdet mellem
ideelle gasparametre - tryk, volumen og
absolut temperatur, der bestemmer dens tilstand.
pV RT
m
RT
M
R kN A 8,31
J
muldvarp K
R er den universelle gaskonstant.
Avogadros lov: et mol af enhver gas under normale forhold
optager samme volumen V0, svarende til 0,0224 m3/mol.
Fra tilstandsligningen følger forholdet mellem tryk,
volumen og temperatur af en ideel gas, der kan
være i hvilke som helst to stater.
Clapeyrons ligning
pV
pV
1 1
T1
2 2
T2
konst.

16. Isoprocesser

Isoprocesser er processer, hvori
en af ​​parametrene (p, V eller T) forbliver
uændret.
Isoterm proces (T = const) –
tilstandsændringsproces
termodynamisk system flyder
ved konstant temperatur T.
Boyle-Mariottes lov: for en given gas
masseprodukt af gastryk og dets
volumen er konstant, hvis gastemperaturen ikke er det
er under forandring.
konst
pV konst p
V
T3 > T2 > T1

17. Isoprocesser

En isochorisk proces er en forandringsproces

konstant volumen.
Charles's lov: for en gas af en given masse
forholdet mellem tryk og temperatur er konstant,
hvis lydstyrken ikke ændres.
s
const p const T
T
V3 > V2 > V1

18. Isoprocesser

En isobarisk proces er en forandringsproces
tilstand af det termodynamiske system kl
konstant tryk.
Gay-Lussacs lov: for en gas af en given masse
Forholdet mellem volumen og temperatur er konstant if
gastrykket ændres ikke.
V
V V01t
konst V konst T
T
Ved konstant tryk er volumenet af en ideel gas
varierer lineært med temperaturen.
hvor V0 er volumenet af gas ved en temperatur på 0 °C.
α = 1/273,15 K–1 - volumetrisk temperaturkoefficient
udvidelse af gasser.
p3 > p2 > p1

19. Gensidige omdannelser af væsker og gasser

Fordampning er overgangen af ​​et stof fra
flydende tilstand til gasformig tilstand.
Kondensation er overgangen af ​​et stof fra
gasformig tilstand til væske.
Fordampning er dannelsen af ​​damp
stammer fra en fri overflade
væsker.
Fra et molekylærkinetisk synspunkt
teori, er fordampning en proces, hvori
flydende overflader flyver mest af
hurtige molekyler, kinetisk energi
som overstiger energien i deres forbindelse med
væskens resterende molekyler. Dette fører
til et fald i den gennemsnitlige kinetiske energi
resterende molekyler, dvs. til afkøling
væsker.
Under kondens er der en udslip
en vis mængde varme til miljøet
Onsdag.

20. Gensidige omdannelser af væsker og gasser Mættede og umættede dampe

I en lukket beholder er der væske og dens
damp kan være i en tilstand
dynamisk ligevægt når
antal molekyler, der forlader
væske er lig med antallet af molekyler
vender tilbage til væsken fra
damp, dvs. når hastigheden af ​​processer
fordampning og kondensering
er det samme.
Damp i ligevægt med
dens væske kaldes
mættet.
Mættet damptryk p0
af dette stof afhænger kun af
dens temperatur og ikke afhænger af
bind
Mættet damptryk stiger
ikke kun som følge af stigningen
væsketemperatur, men også
på grund af stigning
koncentration af dampmolekyler.
p0 nkT

21. Gensidige omdannelser af væsker og gasser Kogning

Kogning er fordampning
forekommer i hele væskevolumenet.
Væsken begynder at koge kl
sådan en temperatur, hvor
dets mættede damptryk
bliver lig med trykket i
væske, som består af
lufttryk på overfladen
væsker (ydre tryk) og
søjle hydrostatisk tryk
væsker.
Hver væske har sin egen temperatur
kogepunkt, som afhænger af tryk
mættet damp. Jo lavere tryk
mættet damp, jo højere
tilsvarende kogetemperatur
væsker

22. Fugtighed

Fugtighed er indholdet af vand i luften
par.
Jo mere vanddamp der er i et bestemt volumen
luft, jo tættere er dampen på mætningstilstanden. Jo højere
lufttemperatur, jo større mængde vanddamp
nødvendig for dens mætning.
Absolut luftfugtighed er tætheden af ​​vanddamp
udtrykt i kg/m3 eller dets partialtryk - tryk
vanddamp det ville producere, hvis alle de andre
der var ingen gasser.
Relativ luftfugtighed er forholdet
absolut luftfugtighed til mættet damptæthed
ved samme temperatur eller er det forholdet mellem partial
damptryk i luft til mættet damptryk ved det
samme temperatur.
s
100%;
100%
0
p0
Hygrometre bruges til at bestemme luftfugtighed:
kondens og hår; og et psykrometer.

23. Ændring i aggregative tilstande af stof: smeltning og krystallisation

Smeltning er overgangen af ​​et stof fra
fast til flydende tilstand.
Størkning eller krystallisation - et stofs overgang fra flydende tilstand til
solid.
Den temperatur, ved hvilken et stof
det begynder at smelte, hedder det
smeltetemperatur.
Under smeltningen af ​​dets stof
temperaturen ændrer sig ikke, pga energi,
modtaget af stoffet er brugt på
ødelæggelse af krystalgitteret. På
størkning danner en krystallinsk
gitter, i dette tilfælde frigives energi og
stoffets temperatur ændres ikke.
Amorfe kroppe har ikke en specifik
smeltetemperatur.

24. Termodynamik

Termodynamik er teorien om termiske processer,
som ikke tager højde for molekylstrukturen
tlf.
Grundlæggende begreber inden for termodynamik:
Makroskopisk system er et system bestående af
fra et stort antal partikler.
Lukket system - et system isoleret fra
enhver ydre påvirkning.
Ligevægtstilstanden er tilstanden
makroskopisk system, hvori
parametre, der karakteriserer dens tilstand,
forblive uændret i alle dele af systemet.
En proces i termodynamik kaldes
ændring i kroppens tilstand over tid.

25. Intern energi

Den indre energi i et legeme er summen
kinetisk energi af alle dets molekyler og
potentielle energi af deres interaktion.
Intern energi af en ideel gas
kun bestemt af kinetisk energi
dens tilfældige fremadgående bevægelse
molekyler.
3 m
3
U
RT
U pV
2M
2
Intern energi af en ideel monatomisk
af en gas er direkte proportional med dens temperatur.
Intern energi kan ændres med to
måder: at udføre arbejde og
varmeoverførsel.

26. Varmeoverførsel

Varmeoverførsel er
spontan transmissionsproces
varme, der opstår mellem kroppe
med forskellige temperaturer.
Typer af varmeoverførsel
Varmeledningsevne
Konvektion
Stråling

27. Mængde varme

Mængden af ​​varme kaldes
kvantitativt mål for forandring
kroppens indre energi kl
varmeveksling (varmeoverførsel).

opvarmning af kroppen eller udsendes af den
ved afkøling:
с – specifik varmekapacitet –
fysisk mængde vises
hvor meget varme der kræves
at opvarme 1 kg stof med 1 0C.
Mængden af ​​varme, der frigives når
fuldstændig forbrænding af brændstof.
q – specifik forbrændingsvarme –

mængden af ​​frigivet varme når
fuldstændig forbrænding af brændstof, der vejer 1 kg.
Q cm t2 t1
Qqm

28. Mængde varme

Mængden af ​​varme, der kræves til
smeltning af et krystallinsk legeme eller
udskilles af kroppen under hærdning.
λ – specifik fusionsvarme –
en værdi, der angiver hvad
den nødvendige mængde varme
informere det krystallinske legeme
vejer 1 kg, således at ved en temperatur
smeltning helt omdanne det til
flydende tilstand.
Mængden af ​​varme, der kræves til
fuldstændig omdannelse af væske
stoffer, der fordampes eller frigives af kroppen
under kondens.
r eller L – specifik varme
fordampning - værdi,
viser hvor meget
varme er nødvendig for at omdanne
væske vejer 1 kg i damp uden
temperaturændringer.
Q m
Q rm; Q Lm

29. Arbejde i termodynamik

I termodynamik, i modsætning til mekanik,
det er ikke kroppens bevægelse som helhed, der tages i betragtning,
men kun bevægelige dele
makroskopiske kroppe i forhold til hinanden
ven. Som et resultat ændres kroppens volumen, og
dens hastighed forbliver nul.
Ved udvidelse laver gassen
positivt arbejde A" = pΔV. Arbejde A,
udføres af eksterne organer over en gas
adskiller sig fra arbejdet med gas A" kun ved tegnet: A
= - A".
På grafen over tryk versus volumen
arbejde defineres som arealet af en figur under
tidsplan.

30. Termodynamikkens første lov

Termodynamikkens første lov er bevaringsloven og
energiomdannelse til et termodynamisk system.
Ændring i systemets indre energi under dets overgang
fra en stat til en anden er lig med mængden af ​​arbejde
eksterne kræfter og mængden af ​​varme, der overføres til systemet.
U A Q
Hvis arbejdet udføres af systemet og ikke af eksterne kræfter:
Q U A
Mængden af ​​varme, der overføres til systemet, går til
ændring i dens indre energi og til at udføre
system til at arbejde på eksterne organer.

31. Anvendelse af termodynamikkens første lov på forskellige processer

Isobarisk proces.
Mængden af ​​varme, der overføres til systemet er
Q U A
går til at ændre sin indre energi og
systemet udfører arbejde på eksternt
kroppe.
Isokorisk proces: V – const => A = 0
Ændringen i indre energi er
mængden af ​​overført varme.
Isoterm proces: T – const => ΔU = 0
Hele mængden af ​​varme, der overføres til gassen, går
at fuldføre arbejdet.
Adiabatisk proces: sker i et system
som ikke udveksler varme med
omgivende kroppe, dvs. Q = 0
Ændringen i indre energi sker
kun ved at udføre arbejde.
U Q
Q A
U A

32. Termodynamikkens anden lov

Alle processer sker spontant i
en bestemt retning. De
irreversible. Varmen kommer altid fra
varm krop til kold, og mekanisk
energien af ​​makroskopiske legemer - ind i den indre.
Retningen af ​​processer i naturen indikerer
termodynamikkens anden lov.
R. Clausius (1822 – 1888): umuligt
overføre varme fra et koldere system til
varmere i fravær af andre
samtidige ændringer i begge systemer eller
i omgivende kroppe.

33. Effektivitet af en varmemotor

Varmemotorer – enheder,
omdannelse af indre energi
brændstof til mekanisk.
Arbejdsvæsken for alle TD'er er gas,
som opnås ved brændstofforbrænding
mængde varme Q1, gør
arbejde A" under ekspansion. Del
varme Q2 overføres uundgåeligt
køleskab, dvs. farer vild.
Effektivitetsfaktor
en varmemotor kaldes
forholdet mellem udført arbejde
motor, til mængden af ​​varme,
modtaget fra varmeren:
En ideel Carnot varmemotor med
ideel gas som arbejdsgas
kroppen har det maksimale mulige
Effektivitet:
Et Q1 Q2
Et Q1 Q2
Q1
Q1
max
T1 T2
T1

34.

35.

1. Termometeret er ikke designet til høje temperaturer
og kræver udskiftning
2. Termometeret viser højere
temperatur
3. Termometeret viser en lavere temperatur
4. Termometeret viser den beregnede temperatur

36.

1. 180C.
2. 190С
3. 210°C.
4. 220°C.

37.

T,K
350
300
0
t(min)
2
4
6
8
1. Vandets varmekapacitet stiger med tiden
2. efter 5 minutter er alt vandet fordampet
3. ved en temperatur på 350 K afgiver vand så meget varme til luften,
hvor meget får han af gas?
4. efter 5 minutter begynder vandet at koge

38.

1. Vand bevæger sig fra
fast tilstand i
væske ved 00C.
2. Vand koger ved 1000C.
3. Vandets varmekapacitet
lig med 4200 J/(kg 0C).
4. Jo længere tid tager det at varme op
vand, jo højere er det
temperatur.

39.

1. I position I sker varmeoverførslen fra krop 1 til krop 2.
2. I position II sker varmeoverførslen fra krop 1 til krop 2.
3. I enhver stilling sker varmeoverførsel fra krop 2
til kroppen 1.
4. Varmeoverførsel sker kun i position II.

40.

R
R
P
R
50
50
50
50
(I)
40
40
(EN)
(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) Skema A
V
V
V
2) Skema B
3) Skema B
V
4) Skema G.

41.

1. kun A
2. kun B
3. kun B
4. A, B og C

42.

E k
1
1. 1
2. 2
3. 3
4. 4
1
2
3
4
0
T

43.

44.

1. A
2. B
3. B
4. G
P, kPa
EN
B
2
I
1
0
G
1
2
3
V,m

45.

1. lig med den gennemsnitlige kinetiske energi af molekyler
væsker
2. overstiger den gennemsnitlige kinetiske energi
flydende molekyler
3. mindre end den gennemsnitlige kinetiske energi af molekyler
væsker
4. lig med den samlede kinetiske energi af molekyler
væsker

46.

1. Øget 4 gange
2. Nedsat 2 gange
3. Øget med 2 gange
4. Har ikke ændret sig
pV
konst T
konst 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 K
T4
T2
p4V4
100 1

49.

1.
2.
3.
4.
faldet 3 gange
øget 3 gange
øget 9 gange
har ikke ændret sig
2
pnE
3

50.

1.
2.
3.
4.
isobarisk opvarmning
isokorisk afkøling
isotermisk kompression
isokorisk opvarmning

51.

1. varmelegeme effekt
2. stoffer i beholderen, hvori vand opvarmes
3. atmosfærisk tryk
4. indledende vandtemperatur

3. når det er højt, da dette forårsager sved

64.

1.
2.
3.
4.
kun i flydende tilstand
kun i fast tilstand
i både flydende og fast tilstand
i både flydende og gasformig tilstand

65.

ISOPROCESSENS FUNKTIONER
NAVN
ISOPROCES
A) Hele mængden af ​​varme, der overføres til gassen, går til
udført arbejde og gassens indre energi
forbliver uændret.
1) isotermisk
B) Gassens indre energi ændres
kun ved at udføre arbejde, siden
der er ingen varmeudveksling med omgivende kroppe.
2) isobarisk
3) isokorisk
4) adiabatisk
EN
B
1
4

66.

1
2
3

67.

1. Efter at have placeret krukken på ilden, vandet i det
opvarmet gennem den tynde væg af krukken fra varm
gasforbrændingsprodukter. Desuden med stigende temperatur
vandet fordampede og dets damptryk steg
krukke, som gradvist fortrængte luften fra den.
Når vandet kogte og næsten alt fordampede, blev luften
Der er praktisk talt intet tilbage inde i krukken. Tryk
mættet damp i krukken blev lig med
eksternt atmosfærisk tryk.
2. Når glasset var taget af varmen, lukkes det med låg og afkøles
koldt vand til næsten stuetemperatur,
varm vanddamp inde i krukken er kølet ned og er næsten
fuldstændig kondenseret på sine vægge, giver
varme af kondens til det ydre, koldt vand, takket være
processen med varmeledning gennem væggene.

68.

1. I overensstemmelse med Clapeyron-Mendeleev-ligningen
2.
damptrykket i krukken faldt kraftigt - for det første pga
reducere mængden af ​​damp, der er tilbage i dåsen, og for det andet
på grund af et fald i dens temperatur. Bemærk det skarpe
et fald i trykket i banken kan forklares på denne måde: hvornår
Når temperaturen falder til stuetemperatur, kondenserer damp,
forbliver mættet, men deres pres bliver meget
mindre end det mættede damptryk af vand ved temperatur
kogende (ca. 40 gange).
Da ved stuetemperatur det mættede tryk
vanddamp er kun en lille brøkdel af atmosfærisk
tryk (ikke mere end 3-4%), en tynd krukke efter vanding
vand vil være under indflydelse af forskellen på denne store
eksternt tryk og lavt damptryk indvendigt. Med dette
forårsage store trykkræfter vil begynde at virke på krukken
kræfter, der vil have en tendens til at flade krukken. Så snart
disse kræfter vil overstige den maksimale værdi, der kan
modstå krukkens vægge, vil det flade og skarpt
vil falde i volumen.

69.

Ifølge den første lov
termodynamik mængden af ​​varme,
kræves for at smelte is, ΔQ1
= λm, hvor λ er specifik varme
smeltende is. ΔQ2 – medfølger
Joule varme: ΔQ2 = ηPt. I
efter nærmere angivne forhold
ΔQ1 = 66 kJ og ΔQ2 = 84 kJ, hvilket betyder
ΔQ1< ΔQ2, и поставленная задача
muligt

70.

Ifølge termodynamikkens første lov, mængden
varme Q, der overføres til gassen, går til at ændre den
intern energi ΔU og arbejde udført af denne gas
A, det vil sige Q = ΔU + A. Når gassen opvarmes,
dens isobariske ekspansion. I denne proces arbejder gas
er lig med A = pΔV, hvor ændringen i gasvolumen ΔV = Sl = πR2l.
Ud fra stempelligevægtstilstanden (se figur) finder vi
gastryk: pS = p0S + Mgcosα, hvorfra
Mgcos
p p0
S
Så er den nødvendige værdi
Mgcos
U Q R l p0
2
R
2

71.

1. Berkov, A.V. osv. Den mest komplette udgave af standardoptioner
reelle opgaver i Unified State Exam 2010, Fysik [Tekst]: en lærebog for
dimittender. ons lærebog etablissementer / A.V. Berkov, V.A. Gribov. - ÅÅÅÅ
"Astrel Publishing House", 2009. – 160 s.
2. Kasyanov, V.A. Fysik, 11. klasse [Tekst]: lærebog til
gymnasier / V.A. Kasyanov. – Drofa LLC, 2004. –
116 s.
3. Myakishev, G.Ya. og andre Fysik. 11. klasse [Tekst]: lærebog til
gymnasier / lærebog for gymnasier
skoler G.Ya. Myakishev, B.B. Bukhovtsev. – “Oplysning”, 2009. – 166 s.
4. Åbn fysik [tekst, billeder]/ http://www.physics.ru
5. Forberedelse til Unified State-eksamenen /http://egephizika
6. Føderale Institut for Pædagogiske Målinger. Tests
målematerialer (CMM) Fysik //[Elektronisk ressource]//
http://fipi.ru/view/sections/92/docs/
7. Fysik i skolen. Fysik - 10. klasse. Molekylær fysik.
Molekylær kinetisk teori. Fysik tegninger/
http://gannalv.narod.ru/mkt/
8. Denne fantastiske fysik/ http://sfiz.ru/page.php?id=39