Сборник задач по физике с решениями и ответами. Часть II -
Сборник задач по физике с решениями и ответами. Часть II
Автор: Долгова А.Н.Другие авторы: Протасов В.П., Соболев Б.В.
Издательство: M.: МИФИ
Год издания: 2001
Страницы: 108
Читать: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25
Скачать:
Сборник задач по физике с решениями и ответами. Часть II. Молекулярная физика и термодинамика: Для учащихся 9-11 классов, абитуриентов и студентов младших курсов /
Под ред. А.Н. Долгова.
M.: МИФИ, 2001. — 108 с.
Авторы: А.Н. Долгов, В.П. Протасов, Б.В. Соболев
Во вторую часть сборника включены задачи по молекулярной физике и термодинамике, предлагавшиеся за последние годы на вступительных экзаменах в МИФИ, в лицеи при МИФИ, а также на олимпиадах им. И В. Курчатова и И.В. Савельева. Для основной части задач приведены решения, для задач с однотипным решением даны только ответы.
Сборник предназначен для поступающих в МИФИ и физико-математические лицеи при МИФИ, а также может быть использован студентами младших курсов и слушателями всех форм подготовительного обучения.
Рекомендован редсоветом МИФИ в качестве учебного пособия СОДЕРЖАНИЕ
Предисловие.......................................................................................4
Задачи Решения и ответы
1. Газовые законы. Уравнение состояния
идеального газа.......................................................5 6 42
2. Закон Дальтона................................................. 10 10 52
3. Основы молекулярно-кинетической
теории газа............................................................14 16 63
4. Термодинамика газа.........................................18 21 72
5. Теплообмен. Уравнение теплового баланса.
Фазовые переходы................................................ 27 28 89
6. Насыщенные и ненасыщенные пары.
Влажность............................................................. 34 35 100
7. Поверхностное натяжение.
Капиллярные явления.......................................... 38 40 105
3 ПРЕДИСЛОВИЕ
Предлагаемый сборник задач по молекулярной физике и термодинамике является второй частью учебного пособия по физике, цель которого — оказать помощь учащимся в самостоятельной работе над физическими задачами. Первая часть пособия «Механика» издана МИФИ в 2000 г.
В данный сборник включены задачи по основным разделам молекулярной физики и термодинамики: основы молекулярно-кинетической теории газа, газовые законы, термодинамика газа, насыщенные и ненасыщенные пары, теплообмен и фазовые переходы в термодинамических системах и т.д. Как и в первой части пособия, каждый раздел начинается с краткого теоретического введения, которое дает возможность вспомнить ключевые положения этого раздела физики и поможет в решении задач.
Задачи повышенной сложности отмечены звездочкой.
4 1. ГАЗОВЫЕ ЗАКОНЫ. УРАВНЕНИЕ СОСТОЯНИЯ ИДЕАЛЬНОГО ГАЗА
Идеальным называют газ, состоящий из молекул или атомов, взаимодействием и собственным объемом которых можно пренебречь. При давлениях меньших или порядка 10 атм. (-I lO6Па) любой газ можно считать идеальным.
Основными макроскопическими параметрами, характеризующими состояние газа в целом, являются объем тела V. давление Р, абсолютная температура Т, которая связана с температурой по шкале Цельсия t формулой:
T = t + 273.
Макроскопические параметры идеального газа связаны уравнением состояния:
pV =-RT = vRT, Ц
называемым уравнением Клапейрона — Менделеева. Здесь R = = 8,31 Дж/(моль К) — универсальная газовая постоянная, m — мас-
m
са газа, ц — молярная масса газа, V =--количество газа, выра-
V
женное в молях.
Газовая постоянная R связана с числом Авогадро N^ и посто-
янной Больцмана к = 1,38 • 10 Дж/К соотношением:
R = kNA.
С учетом этого соотношения уравнение состояния идеального газа можно записать как
PV = NkT, 5 или
р = пкТ.
Такая форма записи уравнения состояния удобна для описания смесей газов, так как в этом случае параметры газа не связаны с сортом частиц.
Уравнение Клапейрона — Менделеева можно считать результатом обобщения ряда частных законов.
Закон Бойля — Mapuomma. Для данной массы идеального газа при постоянной температуре (изотермический процесс) произведение его объема на давление является постоянной величиной:
pV = const.
Закон Гей — Люссака. Для данной массы идеального газа при постоянном давлении (изобарический процесс) объем газа с изменением температуры изменяется по линейному закону:
V = const • T .
Закон Шарля. Для данной массы газа при постоянном объеме (изохорический процесс) отношение его давления к температуре не изменяется при изменении температуры:
рIT = const.
ЗАДАЧИ
1.1. В сосуде находится 1 л воды при температуре 27 °С. Чему стало бы равно давление внутри сосуда, если бы силы притяжения между молекулами воды внезапно исчезли?
1.2. Сухой воздух по объему состоит на 78 % из азота и на 21 % из кислорода. Определить для воздуха отношение азота к кислороду по массе.
1.3. Масса m = 716 мг органического соединения в газообразном состоянии, имеющего формулу (C3H6O)w при давлении
р = IO5 Па и температуре t = 200 °С занимает объем V = 243 см3 .
6 Найдите значение параметра п. Атомные массы: углерода Hl = 12 г/моль, водорода |а2 = 1 г/моль, кислорода ц3 = 16 г/моль.
