14. Реальные газы и жидкости

А. Реальные газы

19. Какой процесс возможен при дросселировании водорода? Объясните этот процесс.

2.19. Найти изменение U внутренней энергии в результате изо­термического расширения т = 40 г углекислого газа от объема V₁ = 300 см³ до V₂ = 600 см³.

Ответ: 496 Дж.

3.19. Найти эффективный диаметр молекулы кислорода, если Т_к = 154 К и Р_к = = 50 атм.

Ответ:  3 Å.

Б. Поверхностное натяжение. Формула Лапласа. Явления ка­пиллярности и смачивания. Испарение и кипение жидкостей

19. Объясните появление «ленгмюровского частокола» на по­верхности раствора.

2.19. Определить массу капли спирта, вытекающего по каплям из капилляра, если диаметр шейки капли в момент отрыва равен 1 мм, а коэффициент поверхностного натяжения спирта  = 0,022 Н/м.

Ответ 7,1 мг

3.19. Две капли воды радиусом r = 1 мм каждая слились в одну каплю. Определить изменение свободной энергии  в данном процессе. Считать T = const.

Ответ: 378 нДж.

Вариант № 20.

ДАВЛЕНИЕ ГАЗА. ТЕМПЕРАТУРА И СРЕДНЯЯ ЭНЕРГИЯ

ТЕПЛОВОГО ДВИЖЕНИЯ МОЛЕКУЛ.

УРАВНЕНИЕ СОСТОЯНИЯ ИДЕАЛЬНОГО ГАЗА

1.20. Как связана температура и средняя кинетическая энергия теплового движения атомов и молекул?

2.20. Под каким давлением находится 0,1 кг метана в баллоне объемом 15 л и температуре 27 С? Какова средняя энергия одной молекулы?

Ответ: 10⁶ Па; 1,2410^20 Дж.

3.20. Определить среднее значение полной кинетической энергии молекулы гелия, кислорода и водяного пара при Т = 400 К.

Ответ: 8,2810^21 Дж; 13,810^21 Дж; 16,610^21 Дж.

4.20. Сосуд емкостью 10 л содержит азот массой m₁ = 7 г и водород массой m₂ = = 1 г при температуре Т = 280 К. Определить давление смеси газов.

Ответ: 175 кПа.

Распределения максвелла и больцмана

1.20. Какую роль играют столкновения молекул в газе на закон распределения молекул?

2.20. Вычислить при температуре t = 17 С среднюю квадратичную скорость капельки воды диаметром d = 0,1 мкм, взвешенной в воздухе. Сделайте анализ решения задачи.

Ответ: 0,15 м/с.

3.13. Найти для азота температуру, при которой скоростям молекул v₁ = 300 м/с и v₂ = 600 м/с соответствуют одинаковые значения функции распределения Максвелла f(v). Нарисуйте поясняющие графики.

Ответ: 330 К.

4.20. Найти для газообразного азота температуру, при которой скоростям молекул v₁ = 400 м/с и v₂ = 700 м/с соответствуют одинаковые значения функции распределения Максвелла. Нарисовать график с указанием полученных результатов.

Ответ: 500 К.

ЯВЛЕНИЯ ПЕРЕНОСА

19. Оцените среднее время свободного пробега молекул в различных газах. Чем определяется их различие?

2.20. Сколько молекул находится в сосуде объемом V = 2 л. Теплопроводность газа  = 14 мВт/(мК), а коэффициент диффузии D = 2,0210^5 м²/с. Газ двухатомный.

Ответ: N = 410²².

3.20. Найти эффективный диаметр гелия, если при нормальных условиях коэффициент диффузии гелия равен D = 8,2510^5 м²/с.

Ответ: d_He = 0,12 нм.

Первое начало термодинамики

1.20. Являются ли теплота и работа функциями состояния системы или это только две эквивалентные формы передачи энергии?

2.20. Идеальный газ, занимавший первоначально объем 12 л при давлении 10⁵ Па и температуре 300 К, был изобарно нагрет на 100 С. Найти работу расширения газа.

Ответ: 400 Дж.

3.20. Один моль идеального двухатомного газа при постоянном давлении нагрели на 50 К. Какое количество теплоты при этом было сообщено газу?

Ответ: 1454 Дж.

4.20. В стальном баллоне при температуре 27 С и давлении 0,1 МПа находится 0,2 кг гелия. После нагревания давление в баллоне возросло в 5 раз. Найти объем баллона и количество теплоты, сообщенной газу.

Ответ: 1,25 м³; 747,9 кДж.