Продовжуємо розбирати завдання з першої частини ЄДІ з фізики, присвячені темі «Молекулярна фізика та термодинаміка». Як завжди, всі рішення забезпечені докладними коментарями від репетитора з фізики. Також є відеорозбір всіх запропонованих завдань. Наприкінці статті можна знайти посилання на розбір інших завдань з ЄДІ з фізики.
Під термодинамічною рівновагою розуміється стан системи, у якому її макроскопічні параметри змінюються з часом. Такий стан буде досягнуто, коли температури азоту та кисню у посудині вирівняються. Решта всіх параметрів залежатиме від маси кожного з газів і в загальному випадку не будуть однакові, навіть при настанні термодинамічної рівноваги. Правильна відповідь: 1.
При ізобарному процесі обсяг Vі температура T
Отже, залежність Vвід Tповинна бути прямо пропорційною, при цьому якщо температура зменшується, то і обсяг повинен зменшуватися. Підходить графік 4.
ККД теплового двигуна визначається за формулою:
Тут A- Здійснена за цикл робота, Q 1 - кількість теплоти, отримане робочим тілом за цикл від нагрівача. Розрахунки дають такий результат: кДж.
| 11. При дослідженні ізопроцесів використовувалася закрита посудина змінного об'єму, заповнена повітрям і з'єднана з манометром. Об'єм судини повільно збільшують, зберігаючи тиск повітря в ньому постійним. Як змінюються при цьому температура повітря в посудині та її щільність? Для кожної величини визначте відповідний її зміни: 1) збільшиться 2) зменшиться 3) не зміниться Запишіть у таблиці вибрані цифри кожної фізичної величини. Цифри у відповіді можуть повторюватися. |
Процес ізобарний. При ізобарному процесі обсяг Vі температура Tідеального газу пов'язані співвідношенням:
Отже, залежність Vвід Tпрямо пропорційна, тобто зі збільшенням обсягу, збільшується і температура.
Щільність речовини пов'язана з масою mта обсягом Vспіввідношенням:
Отже, за постійної маси mзалежність ρ від Vобернено пропорційна, тобто, якщо обсяг збільшується, то щільність зменшується.
Правильна відповідь: 12.
| 12. На малюнку зображено діаграму чотирьох послідовних змін стану 2 моль ідеального газу. У якому процесі робота газу має позитивне значення та мінімальна за величиною, а в якому робота зовнішніх сил позитивна та мінімальна за величиною? Встановіть відповідність між цими процесами та номерами процесів на діаграмі. До кожної позиції першого стовпця підберіть відповідну позицію другого стовпця і запишіть у таблицю вибрані цифри під відповідними літерами. |
Робота газу чисельно дорівнює площі під графіком газового процесу в координатах. За знаком вона позитивна у процесі, що відбувається зі збільшенням обсягу, і негативна у разі. Робота зовнішніх сил, у свою чергу, дорівнює модулю і протилежна за знаком роботи газу в цьому ж процесі.
Тобто робота газу позитивна в процесах 1 і 2. При цьому в процесі 2 вона менша, ніж у процес 1, так як площа жовтої трапеції на малюнку менше площі коричневої трапеції:
Навпаки, робота газу негативна у процесах 3 і 4, отже, у цих процесах робота зовнішніх сил позитивна. При цьому в процесі 4 вона менша, ніж у процесі 3, оскільки площа синій трапеції на малюнку менше площі червоної трапеції:
Отже, правильна відповідь: 42.
Це було останнє завдання на тему «Молекулярна фізика та термодинаміка» з першої частини ЄДІ з фізики. Розбір завдань з механіки шукайте.
Матеріал підготовлений Сергієм Валерійовичем
Молекулярно-кінетична теоріяназивають вчення про будову та властивості речовини на основі уявлення про існування атомів та молекул як найменших частинок хімічної речовини. В основі молекулярно-кінетичної теорії лежать три основні положення:
- Усі речовини – рідкі, тверді та газоподібні – утворені з найдрібніших частинок – молекул, які самі складаються з атомів(«елементарних молекул»). Молекули хімічної речовини можуть бути простими та складними та складатися з одного або декількох атомів. Молекули і атоми є електрично нейтральні частинки. За певних умов молекули та атоми можуть набувати додаткового електричного заряду і перетворюватися на позитивні або негативні іони (відповідно, аніони та катіони).
- Атоми та молекули перебувають у безперервному хаотичному русі та взаємодії, швидкість якого залежить від температури, а характер – від агрегатного стану речовини.
- Частинки взаємодіють одна з одною силами, що мають електричну природу. Гравітаційна взаємодія між частинками дуже мало.
атом- Найменша хімічно неподільна частка елемента (атом заліза, гелію, кисню). Молекула- Найменша частка речовини, що зберігає його хімічні властивості. Молекула складається з одного і більше атомів (вода – Н 2 Про – 1 атом кисню та 2 атоми водню). Іон- Атом або молекула, у яких один або кілька електронів зайві (або електронів не вистачає).
Молекули мають дуже малі розміри. Прості одноатомні молекули мають розмір близько 10 -10 м. Складні багатоатомні молекули можуть мати розміри в сотні та тисячі разів більше.
Безладний хаотичний рух молекул називається тепловим рухом. Кінетична енергія теплового руху зростає із зростанням температури. За низьких температур молекули конденсуються в рідку або тверду речовину. При підвищенні температури середня кінетична енергія молекули стає більшою, молекули розлітаються, і утворюється газоподібна речовина.
У жорстких тілах молекули роблять безладні коливання у фіксованих центрів (положень рівноваги). Ці центри можуть бути розташовані у просторі нерегулярним чином (аморфні тіла) або утворювати впорядковані об'ємні структури (кристалічні тіла).
У рідин молекули мають значно більшу свободу для теплового руху. Вони не прив'язані до певних центрів і можуть переміщатись по всьому об'єму рідини. Цим пояснюється плинність рідин.
У газах відстані між молекулами зазвичай значно більші за їх розміри. Сили взаємодії між молекулами на таких великих відстанях малі, і кожна молекула рухається вздовж прямої лінії до зіткнення з іншою молекулою або зі стінкою судини. Середня відстань між молекулами повітря за нормальних умов близько 10 –8 м, тобто у сотні разів перевищує розмір молекул. Слабка взаємодія між молекулами пояснює здатність газів розширюватися та заповнювати весь обсяг судини. У межі, коли взаємодія прагне нулю, ми приходимо до ставлення до ідеальному газі.
Ідеальний газ– це газ, молекули якого взаємодіють друг з одним, крім процесів пружного зіткнення і є матеріальними точками.
У молекулярно-кінетичній теорії кількість речовини прийнято вважати пропорційною числу частинок. Одиниця кількості речовини називається молем (моль). Міль- Це кількість речовини, що містить стільки ж частинок (молекул), скільки міститься атомів в 0,012 кг вуглецю 12 C. Молекула вуглецю складається з одного атома. Таким чином, в одному молі будь-якої речовини міститься те саме число частинок (молекул). Це число називається постійної Авогадро: NА = 6,022 · 10 23 моль -1.
Постійна Авогадро – одна з найважливіших постійних у молекулярно-кінетичній теорії. Кількість речовинивизначається як відношення числа Nчастинок (молекул) речовини до постійної авогадро NА, або як відношення маси до молярної маси:
Масу одного молячи речовини прийнято називати молярною масою M. Молярна маса дорівнює добутку маси m 0 однієї молекули даної речовини на постійну Авогадро (тобто кількість частинок в одному молі). Молярна маса виявляється у кілограмах на моль (кг/моль). p align="justify"> Для речовин, молекули яких складаються з одного атома, часто використовується термін атомна маса. У таблиці Менделєєва молярна маса вказана у грамах моль. Таким чином маємо ще одну формулу:
де: M- молярна маса, N A – число Авогадро, m 0 – маса однієї частинки речовини, N– число частинок речовини, що містяться в масі речовини m. Крім цього знадобиться поняття концентрації(кількість частинок в одиниці обсягу):
Нагадаємо також, що щільність, об'єм та маса тіла пов'язані наступною формулою:
Якщо в задачі йдеться про суміш речовин, то говорять про середню молярну масу і середню щільність речовини. Як і при обчисленні середньої швидкості нерівномірного руху ці величини визначаються повними масами суміші:
Не забувайте, що повна кількість речовини завжди дорівнює сумі кількостей речовин, що входять до суміші, а з об'ємом треба бути акуратними. Об'єм суміші газів недорівнює сумі обсягів газів, що входять до суміші. Так, в 1 кубометр повітря міститься 1 кубометр кисню, 1 кубометр азоту, 1 кубометр вуглекислого газу і т.д. Для твердих тіл і рідин (якщо інше не зазначено в умові) можна вважати, що об'єм суміші дорівнює сумі об'ємів її частин.
Основне рівняння МКТ ідеального газу
При своєму русі молекули газу безперервно стикаються одна з одною. Через це характеристики їх руху змінюються, тому, говорячи про імпульси, швидкості, кінетичні енергії молекул, завжди мають на увазі середні значення цих величин.
Число зіткнень молекул газу в нормальних умовах з іншими молекулами вимірюється мільйонами разів на секунду. Якщо знехтувати розмірами і взаємодією молекул (як моделі ідеального газу), можна вважати, що між послідовними зіткненнями молекули рухаються рівномірно і прямолінійно. Звичайно, підлітаючи до стінки судини, в якій розташований газ, молекула відчуває зіткнення і зі стіною. Усі зіткнення молекул одна з одною і зі стінками судини вважаються абсолютно пружними зіткненнями кульок. При зіткненні зі стінкою імпульс молекули змінюється, отже, на молекулу з боку стінки діє сила (згадайте другий закон Ньютона). Але за третім законом Ньютона з такою ж силою, спрямованою в протилежний бік, молекула діє на стінку, чинячи на неї тиск. Сукупність всіх ударів всіх молекул об стінку судини і призводить до виникнення тиску газу. Тиск газу – це результат зіткнень молекул із стінками судини. Якщо немає стінки чи будь-якої іншої перешкоди для молекул, саме поняття тиску втрачає сенс. Наприклад, антинауково говорити про тиск у центрі кімнати, адже там молекули не тиснуть на стінку. Чому ж тоді, помістивши туди барометр, ми з подивом виявимо, що він демонструє якийсь тиск? Правильно! Тому що сам собою барометр є тією самою стінкою, на яку і тиснуть молекули.
Оскільки тиск є наслідок ударів молекул об стінку судини, очевидно, що його величина повинна залежати від характеристик окремо взятих молекул (від середніх характеристик, звичайно, Ви пам'ятаєте про те, що швидкості всіх молекул різні). Ця залежність виражається основним рівнянням молекулярно-кінетичної теорії ідеального газу:
де: p- тиск газу, n- Концентрація його молекул, m 0 - маса однієї молекули, vкв – середня квадратична швидкість (зверніть увагу, що у самому рівнянні стоїть квадрат середньої квадратичної швидкості). Фізичний зміст цього рівняння полягає в тому, що воно встановлює зв'язок між характеристиками всього газу цілком (тиском) та параметрами руху окремих молекул, тобто зв'язок між макро- та мікросвітом.
Наслідки з основного рівняння МКТ
Як було зазначено у попередньому параграфі, швидкість теплового руху молекул визначається температурою речовини. Для ідеального газу ця залежність виражається простими формулами для середньої квадратичної швидкостіруху молекул газу:
де: k= 1,38∙10 –23 Дж/К – постійна Больцмана, T- Абсолютна температура. Відразу ж зауважимо, що далі у всіх завданнях Ви повинні, не замислюючись, переводити температуру в кельвіни із градусів Цельсія (крім завдань на рівняння теплового балансу). Закон трьох постійних:
де: R= 8,31 Дж/(моль∙К) – універсальна газова постійна. Наступною важливою формулою є формула для середньої кінетичної енергії поступального руху молекул газу:
Виявляється, що середня кінетична енергія поступального руху молекул залежить лише від температури, однакова за даної температури всім молекул. Ну і нарешті, найголовнішими і найчастіше застосовуваними наслідками з основного рівняння МКТ є такі формули:
Вимірювання температури
Поняття температури тісно пов'язане із поняттям теплової рівноваги. Тіла, що перебувають у контакті один з одним, можуть обмінюватися енергією. Енергія, що передається одним тілом іншому при тепловому контакті, називається кількістю теплоти.
Теплова рівновага– це стан системи тіл, що у тепловому контакті, у якому немає теплопередачі від тіла до іншого, і всі макроскопічні параметри тіл залишаються незмінними. Температура– це фізичний параметр, однаковий всім тіл, що у тепловому рівновазі.
Для вимірювання температури використовуються фізичні прилади – термометри, у яких про величину температури судять щодо зміни будь-якого фізичного параметра. Для створення термометра необхідно вибрати термометричну речовину (наприклад, ртуть, спирт) та термометричну величину, що характеризує властивість речовини (наприклад, довжина ртутного або спиртового стовпчика). У різних конструкціях термометрів використовуються різні фізичні властивості речовини (наприклад, зміна лінійних розмірів твердих тіл або зміна електричного опору провідників при нагріванні).
Термометри мають бути калібровані. Для цього їх приводять у тепловий контакт із тілами, температури яких вважаються заданими. Найчастіше використовують прості природні системи, в яких температура залишається незмінною, незважаючи на теплообмін із навколишнім середовищем – це суміш льоду та води та суміш води та пари при кипінні при нормальному атмосферному тиску. За температурною шкалою Цельсія крапці плавлення льоду приписується температура 0°С, а крапці кипіння води: 100°С. Зміна довжини стовпа рідини в капілярах термометра на одну соту довжини між відмітками 0°З 100°З приймається рівним 1°С.
Англійський фізик У.Кельвін (Томсон) у 1848 році запропонував використовувати точку нульового тиску газу для побудови нової температурної шкали (шкала Кельвіна). У цій шкалі одиниця вимірювання температури така сама, як і в шкалі Цельсія, але нульова точка зсунута:
При цьому зміна температури на 1ºС відповідає зміні температури на 1 К. Зміни температури за шкалою Цельсія та Кельвіна рівні. У системі СІ прийнято одиницю вимірювання температури за шкалою Кельвіна називати кельвіном і позначати буквою К. Наприклад, кімнатна температура TС = 20 ° С за шкалою Кельвіна дорівнює TК = 293 К. Температурна шкала Кельвіна називається абсолютною шкалою температур. Вона виявляється найзручнішою при побудові фізичних теорій.
Рівняння стану ідеального газу або рівняння Клапейрона-Менделєєва
Зрівняння стан ідеального газує черговим слідство з основного рівняння МКТ та записується у вигляді:
Це рівняння встановлює зв'язок між основними параметрами стану ідеального газу: тиском, об'ємом, кількістю речовини та температурою. Дуже важливо, що ці параметри взаємопов'язані, зміна будь-якого з них неминуче призведе до зміни ще хоч одного. Саме тому це рівняння і називають рівнянням стану ідеального газу. Воно було відкрито спочатку для одного моля газу Клапейроном, а згодом узагальнено на випадок більшої кількості молей Менделєєвим.
Якщо температура газу дорівнює Tн = 273 К (0 ° С), а тиск pн = 1 атм = 1 · 10 5 Па, то кажуть, що газ знаходиться при нормальних умовах.
Газові закони
Вирішення завдань на розрахунок параметрів газу значно спрощується, якщо Ви знаєте, який закон та яку формулу застосувати. Тож розглянемо основні газові закони.
1. Закон Авогадро.В одному молі будь-якої речовини міститься однакова кількість структурних елементів, що дорівнює числу Авогадро.
2. Закон Дальтона.Тиск суміші газів дорівнює сумі парціальних тисків газів, що входять до цієї суміші:
Парціальним тиском газу називають той тиск, який він виробляв, якби всі інші газ раптово зникли з суміші. Наприклад, тиск повітря дорівнює сумі парціальних тисків азоту, кисню, вуглекислого газу та інших домішок. При цьому кожен із газів у суміші займає весь наданий йому обсяг, тобто обсяг кожного з газів дорівнює обсягу суміші.
3. Закон Бойля-Маріотта.Якщо маса і температура газу залишаються постійними, то тиск тиску газу на його обсяг не змінюється, отже:
Процес, що відбувається за постійної температури, називають ізотермічним. Зверніть увагу, що така проста форма закону Бойля-Маріотта виконується лише за умови, що маса газу залишається незмінною.
4. Закон Гей-Люссака.Сам закон Гей-Люссака не становить особливої цінності під час підготовки до іспитів, тому наведемо лише наслідок із нього. Якщо маса та тиск газу залишаються постійними, то відношення обсягу газу до його абсолютної температури не змінюється, отже:
Процес, що відбувається при постійному тиску називають ізобаричним або ізобарним. Зверніть увагу, що така проста форма закону Гей-Люссака виконується лише за умови, що маса газу залишається незмінною. Не забувайте про переведення температури із градусів Цельсія на кельвіни.
5. Закон Шарля.Як і закон Гей-Люссака, закон Шарля у точному формулюванні для нас не важливий, тому наведемо лише наслідок із нього. Якщо маса та обсяг газу залишаються постійними, то відношення тиску газу до його абсолютної температури не змінюється, отже:
Процес, що відбувається при постійному обсязі, називають ізохоричним або ізохорним. Зверніть увагу, що така проста форма закону Шарля виконується лише за умови, що маса газу залишається незмінною. Не забувайте про переведення температури із градусів Цельсія на кельвіни.
6. Універсальний газовий закон (Клапейрон).При постійній масі газу відношення твору його тиску та об'єму до температури не змінюється, отже:
Зверніть увагу, що маса повинна залишатися незмінною і не забувайте про кельвіни.
Отже, є кілька газових законів. Перерахуємо ознаки того, що потрібно застосовувати один із них при розв'язанні задачі:
- Закон Авогадро застосовується у всіх завданнях, де йдеться про кількість молекул.
- Закон Дальтона застосовується у всіх завданнях, у яких йдеться про суміш газів.
- Закон Шарля застосовують у завданнях, коли обсяг газу залишається незмінним. Зазвичай це або сказано явно, або в задачі є слова «газ у закритій посудині без поршня».
- Закон Гей-Люссака застосовують, якщо незмінним залишається тиск газу. Шукайте у завданнях слова «газ у посудині, закритій рухомим поршнем» або «газ у відкритій посудині». Іноді про судину нічого не сказано, але за умовою зрозуміло, що вона повідомляється з атмосферою. Тоді вважається, що атмосферний тиск завжди залишається незмінним (якщо за умови не сказано іншого).
- Закон Бойля-Маріотта. Тут найскладніше. Добре, якщо завдання написано, що температура газу незмінна. Трохи гірше, якщо в умові є слово «повільно». Наприклад, газ повільно стискають чи повільно розширюють. Ще гірше, якщо сказано, що газ закритий теплонепровідним поршнем. Зрештою, зовсім погано, якщо про температуру не сказано нічого, але з умови можна припустити, що вона не змінюється. Зазвичай у разі учні застосовують закон Бойля-Мариотта від безвиході.
- Універсальний газовий закон. Його використовують, якщо маса газу стала (наприклад, газ знаходиться в закритій посудині), але за умовою зрозуміло, що всі інші параметри (тиск, об'єм, температура) змінюються. Взагалі, часто замість універсального закону можна застосовувати рівняння Клапейрона-Менделєєва, ви отримаєте правильну відповідь, тільки в кожній формулі писатимете по дві зайві літери.
Графічне зображення ізопроцесів
Багато розділах фізики залежність величин друг від друга зручно зображати графічно. Це спрощує розуміння взаємозв'язку параметрів, які у системі процесів. Такий підхід часто застосовується і в молекулярній фізиці. Основними параметрами, що описують стан ідеального газу, є тиск, обсяг та температура. Графічний метод вирішення завдань і полягає у зображенні взаємозв'язку цих параметрів у різних газових координатах. Існує три основні типи газових координат: ( p; V), (p; T) та ( V; T). Зауважте, що це лише основні (часті типи координат). Фантазія укладачів завдань та тестів не обмежена, тому Ви можете зустріти будь-які інші координати. Отже, зобразимо основні газові в основних газових координатах.
Ізобарний процес (p = const)
Ізобарним процесом називають процес, що протікає при незмінному тиску і масі газу. Як випливає з рівняння стану ідеального газу, в цьому випадку обсяг змінюється прямо пропорційно до температури. Графіки ізобаричного процесу в координатах р–V; V–Ті р–Тмають такий вигляд:
V–Tкоординатах направлено точно на початок координат, проте цей графік ніколи не зможе початися прямо з початку координат, так як при дуже низьких температурах газ перетворюється на рідину і залежність об'єму від температури змінюється.
Ізохорний процес (V = const)
Ізохорний процес - це процес нагрівання або охолодження газу при постійному обсязі та за умови, що кількість речовини в посудині залишається незмінною. Як випливає з рівняння стану ідеального газу, за цих умов тиск газу змінюється прямо пропорційно до його абсолютної температури. Графіки ізохорного процесу в координатах р–V; р–Ті V–Тмають такий вигляд:
Зверніть увагу на те, що продовження графіка в p–Tкоординатах направлено точно на початок координат, проте цей графік ніколи не зможе початися прямо з початку координат, так як газ при дуже низьких температурах перетворюється на рідину.
Ізотермічний процес (T = const)
Ізотермічним процесом називають процес, що протікає за постійної температури. З рівняння стану ідеального газу випливає, що при постійній температурі та незмінній кількості речовини в посудині тиск тиску газу на його обсяг повинен залишатися постійним. Графіки ізотермічного процесу у координатах р–V; р–Ті V–Тмають такий вигляд:
Зауважимо, що при виконанні завдань на графіки у молекулярній фізиці непотрібно особливої точності у відкладанні координат по відповідних осях (наприклад, щоб координати p 1 та p 2 двох станів газу в системі p(V) збігалися з координатами p 1 та p 2 цих станів у системі p(T). По-перше, це різні системи координат, у яких може бути обраний різний масштаб, а по-друге, це зайва математична формальність, що відволікає від головного – від аналізу фізичної ситуації. Основна вимога: щоб якісний вид графіків був вірним.
Неізопроцеси
У задачах цього типу змінюються всі три основні параметри газу: тиск, обсяг та температура. Постійною залишається лише маса газу. Найпростіший випадок, якщо завдання вирішується «в лоб» за допомогою універсального газового закону. Трохи складніше, якщо Вам треба знайти рівняння процесу, що описує зміну стану газу, або проаналізувати поведінку параметрів газу за цим рівнянням. Тоді треба діяти так. Записати дане рівняння процесу та універсальний газовий закон (або рівняння Клапейрона-Менделєєва, що Вам зручніше) та послідовно виключати непотрібні величини з них.
Зміна кількості чи маси речовини
По суті нічого складного в таких завданнях немає. Потрібно лише пам'ятати, що газові закони не виконуються, оскільки у формулюваннях будь-яких із них записано «при постійній масі». Тож діємо просто. Записуємо рівняння Клапейрона-Менделєєва для початкового та кінцевого станів газу та вирішуємо завдання.
Перегородки або поршні
У завданнях цього знову застосовуються газові закони, у своїй необхідно врахувати такі зауваження:
- По-перше, газ через перегородку не проходить, тобто маса газу в кожній частині посудини залишається незмінною, і таким чином для кожної частини судини виконуються газові закони.
- По-друге, якщо теплонепровідна перегородка, то при нагріванні або охолодженні газу в одній частині судини температура газу в другій частині залишиться незмінною.
- По-третє, якщо перегородка рухома, то тиски по обидві сторони рівні у кожен конкретний момент часу (але це рівне з обох сторін тиск може змінюватися з часом).
- А далі пишемо газові закони для кожного газу окремо та вирішуємо завдання.
Газові закони та гідростатика
Специфіка завдань полягає в тому, що в тиску треба буде враховувати «доважки», пов'язані з тиском стовпа рідини. Які тут можуть бути варіанти:
- Посудина з газом занурена під воду. Тиск у посудині буде рівний: p = pатм + ρgh, де: h- Глибина занурення.
- Горизонтальнатрубка закрита від атмосфери стовпчиком ртуті (або іншої рідини). Тиск газу в трубці точно дорівнює: p = pатмосферному атм, оскільки горизонтальний стовпчик ртуті не чинить тиску на газ.
- Вертикальнатрубка з газом закрита зверху стовпчиком ртуті (або іншої рідини). Тиск газу в трубці: p = pатм + ρgh, де: h- Висота стовпчика ртуті.
- Вертикальна вузька трубка з газом повернена відкритим кінцем вниз і замкнена стовпчиком ртуті (або іншої рідини). Тиск газу в трубці: p = pатм - ρgh, де: h- Висота стовпчика ртуті. Знак «–» ставиться, тому що ртуть не стискає, а розтягує газ. Часто учні запитують, чому ртуть не витікає із трубки. Справді, якби трубка була широкою, ртуть би скла вниз по стінах. А так, оскільки трубка дуже вузька, поверхневий натяг надає ртуті розірватися посередині і пропустити всередину повітря, а тиск газу всередині (менше, ніж атмосферне) утримує ртуть від витікання.
Як тільки Ви зуміли правильно записати тиск газу в трубці, застосовуйте якийсь із газових законів (як правило, Бойля-Маріотта, так як більшість таких процесів ізотермічні, або універсальний газовий закон). Застосовуйте обраний закон для газу (у жодному разі не для рідини) та вирішуйте завдання.
Теплове розширення тіл
У разі підвищення температури зростає інтенсивність теплового руху частинок речовини. Це призводить до того, що молекули «активніше» відштовхуються одна від одної. Тому більшість тіл збільшує свої розміри при нагріванні. Не припустіть типової помилки, самі атоми і молекули не розширюються при нагріванні. Збільшуються лише порожні проміжки між молекулами. Теплове розширення газів описується законом Гей-Люссака. Теплове розширення рідин підпорядковується наступному закону:
де: V 0 – об'єм рідини при 0°С, V- при температурі t, γ - Коефіцієнт об'ємного розширення рідини. Зверніть увагу, що всі температури у цій темі потрібно брати у градусах Цельсія. Коефіцієнт об'ємного розширення залежить від роду рідини (і від температури, що не враховується в більшості завдань). Зверніть увагу, що чисельне значення коефіцієнта, виражене в 1/°С чи 1/К, однаково, оскільки нагріти тіло на 1°З те саме, що нагріти його за 1 До (а чи не на 274 До).
Для розширення твердих тілзастосовуються три формули, що описують зміну лінійних розмірів, площі та об'єму тіла:
де: l 0 , S 0 , V 0 – відповідно довжина, площа поверхні та об'єм тіла при 0°С, α - Коефіцієнт лінійного розширення тіла. p align="justify"> Коефіцієнт лінійного розширення залежить від роду тіла (і від температури, що не враховується в більшості завдань) і вимірюється в 1/°С або в 1/К.
Успішне, старанне та відповідальне виконання цих трьох пунктів дозволить Вам показати на ЦТ відмінний результат, максимальний з того, на що Ви здатні.
Знайшли помилку?
Якщо Ви, як Вам здається, знайшли помилку в навчальних матеріалах, напишіть, будь ласка, про неї на пошту. Написати про помилку можна також у соціальній мережі (). У листі вкажіть предмет (фізика чи математика), назву чи номер теми чи тесту, номер завдання, чи місце у тексті (сторінку) де на Вашу думку є помилка. Також опишіть у чому полягає ймовірна помилка. Ваш лист не залишиться непоміченим, помилка або буде виправлена, або Вам роз'яснять, чому це не помилка.
§ 2. Молекулярна фізика. Термодинаміка
Основні положення молекулярно-кінетичної теорії(МКТ) полягають у наступному.1. Речовини складаються з атомів та молекул.
2. Атоми та молекули перебувають у безперервному хаотичному русі.
3. Атоми та молекули взаємодіють між собою із силами тяжіння та відштовхування
Характер руху та взаємодії молекул може бути різним, у зв'язку з цим прийнято розрізняти 3 агрегатні стани речовини: тверде, рідке та газоподібне. Найсильніша взаємодія між молекулами у твердих тілах. Вони молекули перебувають у про вузлах кристалічної решітки, тобто. у положеннях, при яких рівні сили тяжіння та відштовхування між молекулами. Рух молекул у твердих тілах зводиться до коливального у цих положень рівноваги. У рідинах ситуація відрізняється тим, що, коливавшись біля якихось положень рівноваги, молекули часто їх змінюють. У газах молекули далекі одна від одної, тому сили взаємодії між ними дуже малі і молекули рухаються поступально, зрідка зіштовхуючись між собою та зі стінками судини, в якій вони знаходяться.
Відносною молекулярною масою M rназивають відношення маси m o молекули до 1/12 маси атома вуглецю m oc:
Кількість речовини в молекулярній фізиці прийнято вимірювати в молях.
Молімо νназивається кількість речовини, в якій міститься стільки ж атомів або молекул (структурних одиниць), скільки їх міститься у 12 г вуглецю. Це число атомів в 12 г вуглецю називається числом Авогадро:
Молярна маса M = M r · 10 −3 кг/моль- це маса одного молячи речовини. Кількість молей у речовині можна розрахувати за формулою
Основне рівняння молекулярно-кінетичної теорії ідеального газу:
де m 0- Маса молекули; n- Концентрація молекул; Ṽ
- Середня квадратична швидкість руху молекул.
2.1. Газові закони
Рівняння стану ідеального газу - рівняння Менделєєва-Клапейрона:Ізотермічний процес(Закон Бойля-Маріотта):
Для цієї маси газу при постійній температурі тиск тиску на його обсяг є величина стала:
у координатах p − Vізотерма – гіпербола, а в координатах V − Tі p − T- Прямі (див. рис. 4) 
Ізохорний процес(Закон Шарля):
Для цієї маси газу при постійному обсязі відношення тиску до температури в градусах Кельвіна є постійною величиною (див. рис. 5). 
Ізобарний процес(Закон Гей-Люссака):
Для цієї маси газу при постійному тиску відношення обсягу газу до температури в градусах Кельвіна є постійна величина (див. рис. 6). 
Закон Дальтона:
Якщо судині перебуває суміш кількох газів, то тиск суміші дорівнює сумі парціальних тисків, тобто. тих тисків, які кожен газ створював би без інших.
2.2. Елементи термодинаміки
Внутрішня енергія тіладорівнює сумі кінетичних енергій безладного руху всіх молекул щодо центру мас тіла та потенційних енергій взаємодії всіх молекул одна з одною.Внутрішня енергія ідеального газує сумою кінетичних енергій безладного руху його молекул; оскільки молекули ідеального газу взаємодіють друг з одним, їх потенційна енергія перетворюється на нуль.
Для ідеального одноатомного газу внутрішня енергія
Кількість теплоти Qназивають кількісну міру зміни внутрішньої енергії при теплообміні без виконання роботи.
Питома теплоємність- це кількість теплоти, яка отримує або віддає 1 кг речовини за зміни її температури на 1 К
Робота в термодинаміці:
робота при ізобарному розширенні газу дорівнює добутку тиску газу на зміну його обсягу:
Закон збереження енергії у теплових процесах (перший закон термодинаміки):
зміна внутрішньої енергії системи при переході її з одного стану в інший дорівнює сумі роботи зовнішніх сил та кількості теплоти, переданої системі:
Застосування першого закону термодинаміки до ізопроцесів:
а)ізотермічний процес T = const ⇒ ∆T = 0.
У цьому випадку зміна внутрішньої енергії ідеального газу
Отже: Q = A.
Все передане газу тепло витрачається на здійснення ним роботи проти зовнішніх сил;
б)ізохорний процес V = const ⇒ ∆V = 0.
У цьому випадку робота газу
Отже, ∆U = Q.
Все передане газу тепло витрачається збільшення його внутрішньої енергії;
в)ізобарний процес p = const ⇒ ∆p = 0.
В цьому випадку:
Адіабатнимназивається процес, що відбувається без теплообміну з навколишнім середовищем:
В цьому випадку A = −∆U, тобто. зміна внутрішньої енергії газу відбувається рахунок здійснення роботи газу над зовнішніми тілами.
При розширенні газ здійснює позитивну роботу. Робота A, що здійснюється зовнішніми тілами над газом, відрізняється від роботи газу тільки знаком:
Кількість теплоти, необхідне нагрівання тілау твердому або рідкому стані в межах одного агрегатного стану, розраховується за формулою
де c – питома теплоємність тіла, m – маса тіла, t 1 – початкова температура, t 2 – кінцева температура.
Кількість теплоти, необхідна для плавлення тілапри температурі плавлення, розраховується за формулою
де - питома теплота плавлення, m - маса тіла.
Кількість теплоти, необхідне для випаровування, розраховується за формулою
де r – питома теплота пароутворення, m – маса тіла.
Для того, щоб перетворити частину цієї енергії на механічну, найчастіше користуються тепловими двигунами. Коефіцієнтом корисної дії теплового двигунаназивають відношення роботи A, що здійснюється двигуном, до кількості теплоти, отриманої від нагрівача:
Французький інженер С. Карно вигадав ідеальну теплову машину з ідеальним газом як робоче тіло. ККД такої машини 
У повітрі, що є сумішшю газів, поряд з іншими газами знаходяться водяні пари. Їх зміст прийнято характеризувати терміном "вологість". Розрізняють абсолютну та відносну вологість.
Абсолютною вологістюназивають щільність водяної пари в повітрі - ρ ([ρ] = г/м3).Можна характеризувати абсолютну вологість парціальним тиском водяної пари. p([p] = мм. рт. стовпа; Па).
Відносна вологість (ϕ)- відношення щільності водяної пари, що є в повітрі, до щільності тієї водяної пари, яка повинна була б утримуватися в повітрі при цій температурі, щоб пара була насиченою. Можна вимірювати відносну вологість як відношення парціального тиску водяної пари (p) до того парціального тиску (p 0), яке має насичену пару при цій температурі: 
Мета: повторення основних понять, законів та формул молекулярної фізики відповідно до кодифікатора ЄДІ
Елементи змісту, що перевіряються на ЄДІ 2012:1.Основні положення МКТ.
2.Моделі будови газів, рідин та твердих тіл.
3.Модель ідеального газу.
4.Основне рівняння МКТ ідеального газу.
5.Абсолютна температура як міра середньої кінетичної енергії його
частинок.
6.Рівняння Менделєєва-Клапейрона.
7.Ізопроцеси.
8.Взаємні перетворення рідин та газів.
9.Насичені та ненасичені пари. Вологість повітря.
10. Зміна агрегатних станів речовини. Плавлення та
затвердіння.
11. Термодинаміка: внутрішня енергія, кількість теплоти, робота.
12. Перший закон термодинаміки
13.Другий закон термодинаміки.
14. Застосування першого закону термодинаміки до ізопроцесів.
15.ККД теплових двигунів.
Основні положення МКТ
Молекулярно-кінетичною теорією називаютьвчення про будову та властивості речовини на основі
уявлення про існування атомів і молекул як
найменших частинок хімічної речовини.
Основні положення МКТ:
1. Усі речовини – рідкі, тверді та газоподібні –
утворені з найдрібніших частинок – молекул,
які самі складаються із атомів.
2. Атоми та молекули знаходяться в безперервному
хаотичний рух.
3. Частинки взаємодіють один з одним силами,
мають електричну природу (притягуються і
відштовхуються).
Атом. Молекули.
Атом – це найменшачастина хімічного
елемента, що володіє
його властивостями,
здатна до
самостійного
існуванню.
Молекула –
найдрібніша стійка
частка речовини,
що складається з атомів
одного чи кількох
хімічних елементів,
що зберігає основні
Хімічні властивості
цієї речовини.
Маса молекул. Кількість речовини.
Відносної молекулярної (або атомної)масою речовини називають відношення
маси
m0
M r речовини до 1/12
молекули (або атома) даного
1
маси атома вуглецю 12С.
m0C
Кількість речовини – це 12
число молекул у
тілі, але виражене у відносних одиницях.
Міль – це кількість речовини, що містить
стільки ж частинок (молекул), скільки атомів
міститься в 0,012 кг вуглецю 12C.
23
1
Значить
будь-якого
речовини міститься
N A 6в 110моль
моль
одне й те число частинок (молекул). Це число
називається постійною Авогадро NА.
Кількість речовини дорівнює N відношенню числа
молекул у цьому тілі до постійної
Авогадро, тобто.
NA
до молекул в 1 моль речовини.
кг
3
m
MM
M
r 10
m0 N A
Молярною масою речовини називають
масу
моль
речовини, взятої у кількості 1 моль.
Молекули більшості твердих тіл
розташовані у визначеному порядку.
Такі тверді тіла називають
кристалічні.
Рухи частинок є
коливання біля положень рівноваги.
Якщо з'єднати центри положень
рівноваги частинок, то вийде
правильні просторові грати,
звана кристалічною.
Відстані між молекулами можна порівняти
із розмірами молекул.
Основні властивості: зберігають форму та
Об `єм. Монокристали анізотропні.
Анізотропія – залежність фізичних
властивостей від напрямку у кристалі.
l r0
Моделі будови твердих тіл, рідин та газів
Відстань між молекуламирідини порівняно з розмірами
молекул, тому рідина мало
стискається.
Молекула рідини коливається
біля становища тимчасового
рівноваги, стикаючись з іншими
молекулами з найближчого
оточення. Іноді їй
вдається зробити «стрибок»,
щоб продовжувати здійснювати
вагання серед інших сусідів.
«Стрибки» молекул відбуваються за
всім напрямкам з однаковою
частотою, цим пояснюється
плинність рідини та те, що вона
набуває форми судини
l r0
Моделі будови твердих тіл, рідин та газів
Відстань між молекулами газівнабагато більше розмірів самих
молекул, тому газ можна стиснути так,
що його обсяг зменшиться в кілька
разів.
Молекули з величезними швидкостями
рухаються у просторі між
зіткненнями. Під час
зіткнень молекули різко змінюють
швидкість та напрямок руху.
Молекули дуже слабко притягуються
один до одного, тому гази не мають
власної форми та постійного
обсягу.
l r0
Тепловий рух молекул
Безладний хаотичний рухмолекул називається тепловим
рухом. Доказом
теплового руху є
броунівський рух та дифузія.
Броунівський рух – це тепловий
рух найдрібніших частинок,
зважених у рідині чи газі,
те, що відбувається під дією ударів
молекул довкілля.
Дифузією називається явище
проникнення двох чи кількох
дотичних речовин один в
друга.
Швидкість дифузії залежить від
агрегатного стану речовини та
Температура тіла.
10. Взаємодія частинок речовини
Сили взаємодії між молекулами.На дуже малих відстанях між молекулами
обов'язково діють сили відштовхування.
На відстанях, що перевищують 2 - 3 діаметри
молекул, діють сили тяжіння.
11. Модель ідеального газу
Ідеальний газ – це теоретична модельгазу, в якій нехтують розмірами та
взаємодіями частинок газу та враховують
лише їх пружні зіткнення.
У кінетичній моделі ідеального газу
молекули розглядаються як ідеально
пружні кульки, що взаємодіють між
собою та зі стінками тільки під час пружних
зіткнень.
Сумарний обсяг всіх молекул передбачається
малим порівняно з обсягом судини,
якому знаходиться газ.
Зіткнувшись зі стінкою судини, молекули газу
чинять на неї тиск.
Мікроскопічні параметри: маса,
швидкість, кінетична енергія молекул.
Макроскопічні параметри: тиск,
об'єм, температура.
12. Основне рівняння МКТ газів
Тиск ідеального газу дорівнює двом третинамсередньої кінетичної енергії поступального
руху молекул, що містяться в одиниці об'єму
де n = N / V - концентрація молекул (тобто число
молекул в одиниці обсягу судини)
Закон Дальтона: тиск у суміші хімічно
невзаємодіючих газів дорівнює сумі їх
парціальних тисків
p = p1 + p2 + p3
13. Абсолютна температура
Температура характеризує ступінь нагрітості тіла.Теплова рівновага – це такий стан системи
тіл, що знаходяться в тепловому контакті, при якому не
відбувається теплопередачі від одного тіла до іншого, та
всі макроскопічні параметри тіл залишаються
незмінними.
Температура – це фізичний параметр, однаковий
для всіх тіл, що перебувають у тепловій рівновазі.
Для вимірювання температури використовуються фізичні
прилади – термометри.
Існує мінімально можлива температура, при
якою припиняється хаотичний рух молекул.
Вона називається абсолютним нулем температури.
Температурна шкала Кельвіна називається абсолютною
шкалою температур.
T t 273
14. Абсолютна температура
Середня кінетична енергія хаотичного рухумолекул газу прямо пропорційна абсолютної
температурі.
3
E kT
2
2
p nE p nkT
3
k – постійна Больцмана – пов'язує температуру в
енергетичних одиницях із температурою в кельвінах
Температура є мірою середньої кінетичної енергії
поступального руху молекул.
При однакових тисках та температурах концентрація
молекул у всіх газів однакова
Закон Авогадро: у рівних обсягах газів за однакових
температурах і тисках міститься однакове число
молекул
15. Рівняння Менделєєва-Клапейрона
Рівняння стану ідеального газу – це залежність міжпараметрами ідеального газу – тиском, об'ємом та
абсолютною температурою, що визначають його стан.
pV RT
m
RT
M
R kN A 8,31
Дж
моль К
R – універсальна газова постійна.
Закон Авогадро: одна моль будь-якого газу за нормальних умов
займає той самий обсяг V0, рівний 0,0224 м3/моль.
З рівняння стану випливає зв'язок між тиском,
обсягом та температурою ідеального газу, який може
перебувати у двох будь-яких станах.
Рівняння Клапейрона
pV
pV
1 1
T1
2 2
T2
const.
16. Ізопроцеси
Ізопроцеси – це процеси, у якиходин із параметрів (p, V або T) залишається
незмінним.
Ізотермічний процес (T = const) -
процес зміни стану
термодинамічної системи, що протікає
за постійної температури T.
Закон Бойля-Маріотта: для даної газу
маси тиск тиску газу на його
обсяг постійно, якщо температура газу не
змінюється.
const
pV const p
V
T3 > T2 > T1
17. Ізопроцеси
Ізохорний процес – це процес змінипостійному обсязі.
Закон Шарля: для газу даної маси
відношення тиску до температури постійно,
якщо обсяг змінюється.
p
const p const T
T
V3 > V2 > V1
18. Ізопроцеси
Ізобарний процес – це процес змінистану термодинамічної системи при
постійному тиску.
Закон Гей-Люссака: для газу даної маси
відношення обсягу до температури постійно, якщо
тиск газу не змінюється.
V
V V0 1 t
const V const T
T
При постійному тиску об'єм ідеального газу
змінюється лінійно із температурою.
де V0 – обсяг газу за нормальної температури 0 °З.
α = 1/273,15 К–1 – температурний коефіцієнт об'ємного
розширення газів.
p3 > p2 > p1
19. Взаємні перетворення рідин та газів
Пароутворення – це перехід речовини зрідкого стану в газоподібний.
Конденсація – перехід речовини з
газоподібного стану у рідкий.
Випаровування – це пароутворення,
те, що відбувається з вільної поверхні
рідини.
З точки зору молекулярно-кінетичної
теорії, випаровування - це процес, при якому з
поверхні рідини вилітають найбільш
швидкі молекули, кінетична енергія
яких перевищує енергію їхнього зв'язку з
решта молекул рідини. Це призводить
до зменшення середньої кінетичної енергії
молекул, що залишилися, тобто до охолодження
рідини.
При конденсації відбувається виділення
деякої кількості теплоти в навколишню
середу.
20. Взаємні перетворення рідин та газів Насичені та ненасичені пари
У закритій посудині рідина та їїпар можуть перебувати у стані
динамічної рівноваги, коли
число молекул, що вилітають з
рідини, що дорівнює числу молекул,
що повертаються в рідину з
пара, тобто коли швидкості процесів
випаровування та конденсації
однакові.
Пара, що знаходиться в рівновазі зі
своєю рідиною, називають
насиченим.
Тиск насиченої пари p0
даної речовини залежить тільки від
його температури і не залежить від
обсягу
Тиск насиченої пари зростає
не тільки внаслідок підвищення
температури рідини, а також
внаслідок збільшення
концентрації молекул пара.
p0 nkT
21. Взаємні перетворення рідин та газів Кипіння
Кипіння - це пароутворення,те, що відбувається по всьому об'єму рідини.
Кипіння рідини починається при
такій температурі, за якої
тиск її насиченої пари
стає рівним тиску в
рідини, що складається з
тиску повітря на поверхню
рідини (зовнішній тиск) та
гідростатичного тиску стовпа
рідини.
Кожна рідина має свою температуру
кипіння, що залежить від тиску
насиченої пари. Чим нижчий тиск
насиченої пари, тим вище
температура кипіння відповідної
рідини
22. Вологість повітря
Вологість повітря – це вміст у повітрі водяногопара.
Чим більше водяної пари перебуває у певному обсязі
повітря, тим ближча пара до стану насичення. Чим вище
температура повітря, тим більша кількість водяної пари
потрібно його насичення.
Абсолютна вологість - це щільність водяної пари,
виражена в кг/м3 або його парціальний тиск - тиск
водяної пари, яку він виробляв би, якби всі інші
гази були відсутні.
Відносна вологість повітря – це відношення
абсолютної вологості повітря до щільності насиченої пари
при тій же температурі або це відношення парціального
тиску пари в повітрі до тиску насиченої пари при тій
ж температурі.
p
100%;
100%
0
p0
Для визначення вологості повітря використовують гігрометри:
конденсаційний та волосний; та психрометр.
23. Зміна агрегатних станів речовини: плавлення та кристалізація
Плавлення - перехід речовини зтвердого стану у рідкий.
Затвердіння або кристалізація перехід речовини з рідкого стану в
тверде.
Температура при якій речовина
починає плавитися називається
температурою плавлення.
Під час плавлення речовини його
температура змінюється, т.к. енергія,
одержувана речовиною, витрачається на
руйнування кристалічних ґрат. При
затвердінні утворюється кристалічна
грати, при цьому енергія виділяється і
температура речовини не змінюється.
У аморфних тіл немає певної
температури плавлення.
24. Термодинаміка
Термодинаміка – це теорія теплових процесів,в якій не враховується молекулярна будова
тел.
Основні поняття термодинаміки:
Макроскопічна система - система, що складається
з великої кількості частинок.
Замкнута система – система ізольована від
будь-яких зовнішніх впливів.
Рівноважний стан – це стан
макроскопічної системи, при якому
параметри, що характеризують її стан,
залишаються незмінними у всіх частинах системи.
Процесом у термодинаміці називається
зміна стану тіла з часом.
25. Внутрішня енергія
Внутрішня енергія тіла – це сумакінетичної енергії всіх його молекул і
потенційної енергії їхньої взаємодії.
Внутрішня енергія ідеального газу
визначається лише кінетичною енергією
безладного поступального руху його
молекул.
3 m
3
U
RT
U pV
2M
2
Внутрішня енергія ідеального одноатомного
газу прямо пропорційна його температурі.
Внутрішню енергію можна змінити двома
способами: здійсненням роботи та
теплопередачею.
26. Теплопередача
Теплопередача – цемимовільний процес передачі
теплоти, що відбувається між тілами
із різною температурою.
Види теплопередачі
Теплопровідність
Конвекція
Випромінювання
27. Кількість теплоти
Кількість теплоти називаютькількісний захід зміни
внутрішньої енергії тіла при
теплообмін (теплопередачі).
нагрівання тіла або виділеного ним
при охолодженні:
с – питома теплоємність –
фізична величина, що показує,
скільки теплоти потрібно
для нагрівання 1 кг речовини на 10С.
Кількість теплоти, що виділяється при
повне згоряння палива.
q – питома теплота згоряння –
кількість теплоти виділяється при
повному згорянні палива масою 1 кг.
Q cm t2 t1
Q qm
28. Кількість теплоти
Кількість теплоти, необхідна дляплавлення кристалічного тіла або
що виділяється тілом при затвердінні.
λ – питома теплота плавлення –
величина, що показує, яке
кількість теплоти необхідна
повідомити кристалічне тіло
масою 1 кг, щоб за температури
плавлення повністю перевести його в
рідкий стан.
Кількість теплоти, необхідна для
повного перетворення рідкого
речовини в пару або виділення тілом
під час конденсації.
r або L – питома теплота
пароутворення – величина,
показує, яка кількість
теплоти необхідно, щоб звернути
рідина масою 1 кг у пару без
зміни температури.
Q m
Q rm; Q Lm
29. Робота в термодинаміці
У термодинаміці, на відміну від механіки,розглядається не рух тіла як цілого,
а лише переміщення частин
макроскопічного тіла щодо друг
друга. В результаті змінюється об'єм тіла, а
його швидкість залишається рівною нулю.
При розширенні газ здійснює
позитивну роботу А" = pΔV. Робота А,
здійснювана зовнішніми тілами над газом
відрізняється від роботи газу А" тільки знаком: А
= - А".
На графіку залежності тиску від обсягу
робота визначається як площа фігури під
графіком.
30. Перший закон термодинаміки
Перший закон термодинаміки – це закон збереження таперетворення енергії для термодинамічної системи
Зміна внутрішньої енергії системи під час переходу її
з одного стану в інший дорівнює сумі роботи
зовнішніх сил та кількості теплоти, переданої системі.
U A Q
Якщо роботу виконує система, а чи не зовнішні сили:
Q U A
Кількість теплоти, передана системі, йде на
зміна її внутрішньої енергії та на вчинення
системою роботи над зовнішніми тілами
31. Застосування першого закону термодинаміки до різних процесів
Ізобарний процес.Кількість теплоти, передана системі,
Q U A
йде на зміну її внутрішньої енергії та на
здійснення системою роботи над зовнішніми
тілами.
Ізохорний процес: V - const => A = 0
Зміна внутрішньої енергії дорівнює
кількості переданої теплоти.
Ізотермічний процес: Т - const => ΔU = 0
Все передане газу кількість теплоти йде
на виконання роботи.
Адіабатний процес: протікає в системі,
яка не обмінюється теплотою з
оточуючими тілами, тобто. Q = 0
Зміна внутрішньої енергії відбувається
лише за рахунок виконання роботи.
U Q
Q A
U A
32. Другий закон термодинаміки
Всі процеси мимоволі протікають уодному певному напрямі. Вони
незворотні. Теплота завжди переходить від
гарячого тіла до холодного, а механічна
енергія макроскопічних тіл - у внутрішню.
Напрямок процесів у природі вказує
другий закон термодинаміки.
Р. Клаузіус (1822 - 1888): неможливо
перевести теплоту від холоднішої системи до
гарячішою за відсутності інших
одночасних змін в обох системах або
у навколишніх тілах.
33. ККД теплової машини
Теплові двигуни – пристрої,що перетворюють внутрішню енергію
палива у механічну.
Робочим тілом у всіх ТД є газ,
який отримує при згорянні палива
кількість теплоти Q1, здійснює
роботу А" при розширенні. Частина
теплоти Q2 неминуче передається
холодильнику, тобто. губиться.
Коефіцієнтом корисної дії
теплового двигуна називають
відношення роботи, що здійснюється
двигуном, до кількості теплоти,
отриманому від нагрівача:
Ідеальна теплова машина Карно з
ідеальним газом як робочий
тіла має максимально можливий
ККД:
A Q1 Q2
A Q1 Q2
Q1
Q1
max
T1 T2
T1
34.
35.
1. термометр не розрахований на високі температурита вимагає заміни
2. термометр показує більш високу
температуру
3. термометр показує нижчу температуру
4. термометр показує розрахункову температуру
36.
1. 180С.2. 190С
3. 210С.
4. 220С.
37.
Т,К350
300
0
t(хв)
2
4
6
8
1. теплоємність води збільшується з часом
2. через 5 хвилин вся вода випарувалася
3. при температурі 350 К вода віддає повітря стільки тепла,
скільки отримує від газу
4. через 5 хвилин вода починає кипіти
38.
1. Вода переходить ізтвердого стану в
рідке при 00С.
2. Вода кипить при 1000С.
3. Теплоємність води
дорівнює 4200 Дж/(кг 0С).
4. Чим довше нагрівається
вода, тим вища її
Температура.
39.
1. У положенні I теплопередача здійснюється від тіла 1 до 2 тіла.2. У положенні II теплопередача здійснюється від тіла 1 до тіла 2.
3. У будь-якому положенні теплопередача здійснюється від тіла.
до тіла 1.
4. Теплопередача здійснюється лише у положенні II.
40.
РР
P
Р
50
50
50
50
(В)
40
40
(A)
(Б)
30
(Г)
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) Графік А
V
V
V
2) Графік Б
3) Графік В
V
4) Графік Р.
41.
1. тільки А2. тільки Б
3. тільки У
4. А, Б та В
42.
E k1
1. 1
2. 2
3. 3
4. 4
1
2
3
4
0
T
43.
44.
1. А2. Б
3. У
4. Г
P, кПа
А
Б
2
У
1
0
Г
1
2
3
V,м
45.
1. дорівнює середній кінетичній енергії молекулрідини
2. перевищує середню кінетичну енергію
молекул рідини
3. менше середньої кінетичної енергії молекул
рідини
4. дорівнює сумарній кінетичній енергії молекул
рідини
46.
1. Збільшилось у 4 рази2. Зменшилось у 2 рази
3. Збільшилось у 2 рази
4. Не змінилося
pV
const T
const p
T
V
47.
48.
1.2.
3.
4.
200 К
400 К
600 К
1200 К
P, кПа
200
100
0
2
1
4
1
3
2
3
3 V, м
p4V4 p2V2
p2V2
200 3 200
T2
T4
1200 K
T4
T2
p4V4
100 1
49.
1.2.
3.
4.
зменшилось у 3 рази
збільшилося в 3 рази
збільшилось у 9 разів
не змінилося
2
p nE
3
50.
1.2.
3.
4.
ізобарне нагрівання
ізохорне охолодження
ізотермічний стиск
ізохорне нагрівання
51.
1. потужності нагрівача2. речовини судини, в якій нагрівається вода
3. атмосферного тиску
4. Початкова температура води
3. при високій, так як при цьому піт
64.
1.2.
3.
4.
тільки в рідкому стані
тільки у твердому стані
і в рідкому, і в твердому стані
і в рідкому, і в газоподібному станах
65.
ОСОБЛИВОСТІ ІЗОПРОЦЕСУНАЗВА
ІЗОПРОЦЕСУ
А) Все передане газу кількість теплоти йде на
здійснення роботи, а внутрішня енергія газу
залишається незмінною.
1) ізотермічний
Б) Зміна внутрішньої енергії газу відбувається
тільки за рахунок виконання роботи, оскільки
теплообмін із оточуючими тілами відсутня.
2) ізобарний
3) ізохорний
4) адіабатний
А
Б
1
4
66.
12
3
67.
1. Після приміщення банки на вогонь вода у нійнагрівалася через тонку стінку банки від гарячих
продуктів горіння газу. При цьому зі зростанням температури
вода випаровувалась, і зростав тиск її парів у
банку, які поступово витісняли з неї повітря.
Коли вода закипіла і майже випарувалася, повітря
всередині банки мало залишилося. Тиск
насичених пар у банку при цьому стало одно
зовнішнього атмосферного тиску.
2. Коли банку зняли з вогню, закрили кришкою та охолодили
холодною водою майже до кімнатної температури,
гарячі пари води всередині банки охолонули і практично
повністю сконденсувалися на її стінах, віддаючи
теплоту конденсації назовні, холодній воді, завдяки
процесу теплопровідності через стінки
68.
1. Відповідно до рівняння Клапейрона-Менделєєва2.
тиск пари в банку різко впав - по-перше, через
зменшення маси пари, що залишилася в банку, і, по-друге –
через падіння його температури. Зауважимо, що різке
зменшення тиску в банку можна пояснити і так: при
зниження температури до кімнатної пари конденсуються,
залишаючись насиченими, але їх тиск стає набагато
менше тиску насиченої пари води при температурі
кипіння (приблизно у 40 разів).
Оскільки при кімнатній температурі тиск насичений
парів води становить лише малу частку від атмосферного
тиску (не більше 3–4%), тонка банка після поливання її
водою виявиться під дією різниці цього великого
зовнішнього тиску та низького тиску пари всередині. За цією
причини на банку почнуть діяти великі стискаючі
сили, які прагнутимуть сплющити банку. Як тільки
ці сили перевищать граничну величину, яку можуть
витримати стінки банки, то вона сплющиться і різко
зменшиться в обсязі.
69.
Відповідно до першого початкутермодинаміки кількість теплоти,
необхідне для плавлення льоду, ΔQ1
= λm, де λ – питома теплота
плавлення льоду. ΔQ2 -підведене
джоулеве тепло: ΔQ2 = ηPt. У
відповідно до заданих умов
ΔQ1 = 66 кДж та ΔQ2 = 84 кДж, а значить,
ΔQ1< ΔQ2, и поставленная задача
здійсненна
70.
Відповідно до першого початку термодинаміки, кількістьтеплоти Q, передане газу, йде зміну його
внутрішньої енергії ΔU та здійснення цим газом роботи
A, тобто Q = U + A. При нагріванні газу відбувається
його ізобарне розширення. У цьому процесі робота газу
дорівнює A = pΔV , де зміна обсягу газу ΔV = Sl = πR2l.
З умови рівноваги поршня знайдемо
тиск газу: pS = p0S + Mgcosα, звідки
Mg cos
p p0
S
Тоді потрібна величина дорівнює
Mg cos
U Q R l p0
2
R
2
71.
1. Берков, А.В. та ін Найповніше видання типових варіантівреальних завдань ЄДІ 2010, Фізика [Текст]: навчальний посібник
випускників. пор. навч. закладів/О.В. Берков, В.А. Грибів. - ТОВ
"Видавництво Астрель", 2009. - 160 с.
2. Касьянов, В.А. Фізика, 11 клас [Текст]: підручник для
загальноосвітніх шкіл/В.А. Касьянов. - ТОВ "Дрофа", 2004. -
116 с.
3. Мякішев, Г.Я. та ін Фізика. 11 клас [Текст]: підручник для
загальноосвітніх шкіл / підручник для загальноосвітніх
шкіл Г.Я. Мякішев, Б.Б. Бухівці. - "Освіта", 2009. - 166 с.
4. Відкрита фізика [текст, малюнки] / http://www.physics.ru
5. Підготовка до ЄДІ/http://egephizika
6. Федеральний інститут педагогічних вимірів. Контрольні
вимірювальні матеріали (КІМ) Фізика //[Електронний ресурс]//
http://fipi.ru/view/sections/92/docs/
7. Фізика у школі. Фізика – 10 клас. Молекулярна фізика
Молекулярно-кінетична теорія. Малюнки з фізики/
http://gannalv.narod.ru/mkt/
8. Ця дивовижна фізика/ http://sfiz.ru/page.php?id=39