Тестирование

Тестирование
  1. Газ сжимают в сосуде с подвижным поршнем. Какой из графиков правильно отражает зависимость концентрации молекул (числа молекул в единице объёма) газа от объёма?
    1
    2
    3
    4
     
  2. Исследовалась зависимость плотности ρ газа в сосуде от его давления р при постоянной температуре. Погрешность измерения плотности и давления соответственно равны 0,01 кг/м
    3 и 0,1⋅105 Па. Результаты измерений представлены в таблице

    p, 105 Па

    5

    10

    15

    20

    30

    40

    ρ, кг/м3

    1

    2

    3

    4

    5

    5,5

    На основании этих результатов можно сделать вывод:
    данный газ – кислород
    газ можно считать идеальным до значения р ≈ 25⋅105 Па
    данный газ – гелий
    при р ≈ 25⋅105 Па герметичность сосуда нарушилась
  3. В одном из опытов стали нагревать воздух в сосуде постоянного объема.
    При этом температура воздуха в сосуде повысилась в 3 раза, а его давление возросло в 2 раза. Оказалось, что кран у сосуда был закрыт плохо, и через него просачивался воздух. Во сколько раз изменилась масса воздуха в сосуде?
    увеличилась в 6 раз
    уменьшилась в 6 раз
    увеличилась в 1,5 раза
    уменьшилась в 1,5 раза

  4. Какое количество теплоты нужно передать молю одноатомного газа, чтобы вдвое увеличить его объем в изобарном процессе, если начальная температура газа
    Т?
    3RT/2
    3RT
    5RT/2
    5RT
  5. В сосуде, закрытом поршнем, находится идеальный газ.
    Процесс изменения состояния газа показан на диаграмме (см. рисунок). Как менялся объем газа при его переходе из состояния А в состояние В?
    все время увеличивался
    все время уменьшался
    сначала увеличивался, затем уменьшался
    сначала уменьшался, затем увеличивался

  6. Как изменится давление насыщенного пара при повышении его абсолютной температуры в 2 раза?
    уменьшится в 2 раза
    увеличится в 2 раза
    уменьшится более чем в 2 раза
    увеличится более чем в 2 раза

  7. Относительная влажность воздуха в цилиндре под поршнем равна 60%. Воздух изотермически сжали, уменьшив его объем в два раза.
    Относительная влажность воздуха стала
    120%
    100%
    60%
    30%

  8. В воздушном насосе перекрыли выходное отверстие и быстро сжали воздух в цилиндре насоса. Какой процесс происходит с воздухом в цилиндре насоса?
    изобарный
    изохорный
    изотермический
    адиабатный

  9. На рисунке показано, как менялось давление газа в зависимости от его объема при переходе из состояния 1 в состояние 2, а затем в состояние 3. Каково отношение работ газа А
    12/А23 на этих двух отрезках pV-диаграммы?
    6
    2
    3
    4

  10. Кусок льда, имеющий температуру 0
    oС, помещен в калориметр с электронагревателем. Чтобы превратить этот лед в воду с температурой 10oС, требуется количество теплоты 200 кДж. Какая температура установится внутри калориметра, если лед получит от нагревателя 120 кДж? Теплоемкостью калориметра и теплообменом с вненей средой пренебречь.
    4
    6
    2
    0


    
     

Вариант 7

1. Давление р газа равно 1 МПа, концентрация n его молекул равна 1020 см-3. Определите: 1) температуру Т газа; 2) среднюю кинетическую энергию <п> поступательного движения молекул газа.

2. Maccа m = 10 г кислорода находится при давлении р = 304 кПа и температуре t1 = 10°С. После расширения вследствие нагревания при постоянном давлении кислород занял объем V2 = 10 л. Найдите объем

V1 газа до расширения, температуру t2 после расширения, плотности 1 и 2 газа до и после расширения.

3. Вычислить теплоемкость при постоянном объеме двухатомного газа, заключенного в сосуд V = 10 л при нормальных условиях.

4. Какую работу совершает газ при переходе из состояния 1 в состояние 2?

5. Для повышения температуры газа, имеющего массу 20 кг и молярную массу 0,028 кг/моль, на 50 К при постоянном давлении необходимо затратить количество теплоты 1 МДж. Какое количество теплоты следует отнять от этого газа при постоянном объеме, чтобы его температура понизилась на 50 К?

6. Двухатомный идеальный газ занимает объем V1 = 1 л и находится под давлением р1 = 0,1 Мпа. После адиабатного расширения газ характеризуется объемом V2 и давлением р2. В результате последующего изохорного процесса газ охлаждается до первоначальной температуры, а его давление р3 = 0,2 Мпа. Определите давление р2.

7. Идеальная тепловая машина, работающая по циклу Карно, coвершает за один цикл работу 7,35104 Дж. Температура нагревателя 100°С, температура холодильника – 0°C. Найдите: 1) КПД машины; 2) количество теплоты, получаемoe машиной за один цикл от нагревателя; 3) количество теплоты, отдаваемое за один цикл холодильнику.

8. Масса m = 10 г кислорода нагревается от температуры Т1 = 323 К до температуры Т2 = 423 К. Найдите изменение ΔS энтропии, если нагревание происходит изобарически.

9. Обсерватория расположена на высоте h = 3250 м над уровнем моря. Найдите давление воздуха на этой высоте. Температуру воздуха считайте постоянной и равной 5°С. Молярная масса воздуха μ = 0,029 кг/моль.

Давление воздуха на уровне моря р0 = 101,3 кПа.

10. При каком давлении средняя длина свободного пробега молекул водорода равна 2,5 см, если температура газа равна 67°С? Диаметр молекулы водорода примите равным 0,28 нм.

Модуль 4. Основы молекулярной физики и термодинамики.

1. Найдите среднюю квадратичную <vкв> скорость молекул водорода. Вычисления произведите для трех значений температуры: 1) Т = 20 К; 2) Т = 300 К; 3) Т = 5 кК.

2. Массу m = 5 г азота, находящуюся в закрытом сосуде объемом

V = 4 л при температуре 20°С, нагревают до температуры 40°С. Найдите давления газа до и после нагревания.

3. Разность удельных теплоемкостей сР — сV некоторого двухатомного газа равна 260 Дж/(кг·К). Найдите молярную массу μ газа и его удельные теплоемкости сР и сV.

4. На рисунке показано, как менялось давление идеаль­ного газа в зависимости от его объема при переходе из состояния 1 в состояние 2, а затем в состояние 3. Како­во отношение работ газа А12/А23 на этих двух отрезках рV— диаграммы?

5. На нагревание кислорода массой m = 160 г на Т = 12 К было затрачено количество теплоты Q = 1,76 кДж. Как протекал процесс: при постоянном объеме или при постоянном давлении?

6. Кислород, занимающий при давлении р1 = 1 МПа объем V1 = 5 л, адиабатно расширяется в n = 3 раза. Определите работу расширения газа.

7. Совершая цикл Карно, газ получил от нагревателя теплоту QН = 1 кДж и совершил работу А = 200 Дж. Температура нагревателя ТН = 375 К. Определите температуру холодильника.

8. Масса m = 10 г кислорода нагревается от температуры Т1 = 323 К до температуры Т2 = 423 К. Найдите изменение ΔS энтропии, если нагревание происходит изохорически.

9. На какой высоте h давление воздуха составляет 75% от давления на уровне моря? Температуру воздуха считать постоянной и равной 0°С.

10. Средняя длина свободного пробега молекул водорода при нормальных условиях составляет 0,1 мкм. Определите среднюю длину их свободного пробега при давлении 0,1 мПа, если температура газа остается постоянной.

Модуль 4. Основы молекулярной физики и термодинамики.

газовых законов

газовых законов

Нижеследующее является содержанием лекции 18. В этой лекции мы рассмотрим газовые законы: Шарля, Бойля, Авагадро и Гей-Люссака, а также законы идеального и комбинированного газа.

 

Законы свойств газа

Существует 4 общих закона, связывающих 4 основных характерных свойства газов друг с другом. Каждый закон назван по имени его первооткрывателя. Хотя важно понимать отношения, охватываемые каждым законом, знание отправителя не так важно и станет излишним после введения комбинированного закона о газах. Так что сконцентрируйтесь на понимании взаимосвязей, а не на запоминании имен.

Закон Чарльза — дает связь между объемом и температурой , если давление и количество газа поддерживаются постоянными :

1) Если температура газа по шкале Кельвина увеличивается, объем газа увеличивается. (P, n Постоянная)
2) Если температура газа по Кельвину уменьшается, объем газа уменьшается. (P, n постоянная)

Это означает, что объем газа прямо пропорционален его температуре по Кельвину. Подумайте об этом так: если вы увеличиваете объем газа и должны поддерживать постоянное давление, единственный способ добиться этого — повысить температуру газа.

Расчеты по закону Шарля включают изменение либо температуры (T 2 ), либо объема (V 2 ) от известного начального количества каждого из них (V 1 и T 1 ):

 

Закон Бойля — гласит, что объем данного количества газа при постоянной температуре изменяется обратно пропорционально приложенному давлению, когда температура и масса постоянны.

Уменьшение объема газа означает, что молекулы чаще ударяются о стенки, увеличивая давление, и наоборот, если объем увеличивается, расстояние, которое молекулы должны пройти, чтобы удариться о стенки, увеличивается, и они реже ударяются о стенки, тем самым уменьшая давление. давление.

Как и закон Чарльза, закон Бойля можно использовать для определения текущего давления или объема газа, если известны начальные состояния и одно из изменений:

Закон Авагадро- Определяет соотношение между объемом и количеством газа в молях, когда давление и температура поддерживаются постоянными.

Если количество газа в контейнере увеличивается, объем увеличивается. Если количество газа в сосуде уменьшается, объем уменьшается. Это предполагает, конечно, что контейнер имеет расширяемые стенки.

Отношения снова прямо пропорциональны, поэтому уравнение для расчетов

 

Закон Гей-Люссака гласит, что давление данного количества газа при постоянном объеме прямо пропорционально температуре Кельвина.

 

Если вы нагреваете газ, вы даете молекулам больше энергии, чтобы они двигались быстрее. Это означает большее количество ударов о стенки контейнера и увеличение давления. И наоборот, если вы охладите молекулы, они замедлятся, и давление уменьшится.

Чтобы рассчитать изменение давления или температуры с помощью закона Гей-Люссака, уравнение выглядит следующим образом:

Чтобы немного поиграть с отношениями, попробуйте эту симуляцию.

Закон идеального газа:

Комбинация представленных выше законов порождает закон идеального газа:

Добавление константы пропорциональности, называемой идеальной или универсальной газовой постоянной (R), завершает уравнение.

Как видите, существует множество возможных единиц измерения константы. Единственная постоянная константа заключается в том, что температурная шкала во всем — КЕЛЬВИН.

При использовании Закона об идеальном газе для расчета любого свойства газа вы должны сопоставить единицы измерения с выбранной вами газовой постоянной, и вы всегда должны указывать свою температуру в градусах Кельвина.

Чтобы использовать уравнение, вам просто нужно определить, чего не хватает в вопросе, и перестроить уравнение, чтобы решить его.

Типичный вопрос: 6,2 литра идеального газа содержится при давлении 3,0 атм и температуре 37 °C. Сколько из этих молей газа присутствует?

Поскольку единицы газовой постоянной задаются с использованием атмосферы, молей и Кельвина, важно убедиться, что вы конвертируете значения, данные в других шкалах температуры или давления. Для этой задачи переведите температуру в градусах Цельсия в К, используя уравнение:

.

Т = °С + 273

Т = 37 °С + 273
Т = 310 К

Теперь вы можете подставить значения. Решите для количества родинок

n = PV/RT

n = (3,0 атм x 6,2 л) / (0,08206 л атм/моль К x 310 К)
n = 0,75 моль

 

Вот несколько практических задач на использование закона идеального газа: Практика

Закон о комбинированном газе

Выше я сказал, что запоминание всех уравнений для каждого из отдельных газовых законов станет неактуальным после введения последующих законов. Закон, о котором я говорил, — это Закон о комбинированном газе:

Комбинированный газовый закон позволяет вам получить любое из необходимых соотношений, комбинируя все изменяемые части в законе об идеальном газе: а именно: давление, температуру и объем. R и количество молей не фигурируют в уравнении, поскольку они обычно постоянны и, следовательно, сокращаются, поскольку они появляются в равных количествах в обеих частях уравнения.

Как видно выше, уравнение можно решить для любого из входящих в него параметров. Но что еще более важно, вы можете исключить из уравнения все, что останется постоянным.

Например, если в вопросе говорилось, что система при 1 атм и объеме 2 литра претерпела изменение на 3,5 литра, рассчитайте новое давление, вы можете просто исключить температуру из уравнения и получить:

P 2 = P 1 V 1 /V 2 = (1 атм)(2 л)/3,5 л) = 0,6 атм

Поскольку в вопросе никогда не упоминается температура, мы можем предположить, что она остается постоянной и, следовательно, не учитывается в расчетах. Вы также должны подумать об ответе, который вы получите, с точки зрения того, что вы знаете о газах и о том, как они действуют. Мы увеличили объем, поэтому давление должно снизиться. Если проверить наш ответ, это кажется правильным, поскольку давление увеличилось с 1 атм до 0,6 атм.

Таким образом, единственное уравнение, которое вам действительно нужно знать, это комбинированный газовый закон, чтобы рассчитать изменения свойств газа.

Вот несколько практических задач с решениями: Практика

Вот некоторые задачи для других газовых законов, которые вы можете вывести из комбинированного газового закона: Практика и КЛЮЧ

Работа, совершаемая газом

Термодинамика — раздел физики который имеет дело с энергией и работой системы. Термодинамика занимается только широкомасштабный ответ системы, которую мы можем наблюдать и измерить в опытах. В аэродинамике мы больше всего интересует термодинамика потоки с высокой скоростью, а в двигательные установки которые создают тягу за счет ускоряющий газ. Чтобы понять, как создается тяга, полезно изучать основы термодинамики газов.

Состояние газа определяется значения некоторых измеряемых свойств как давление, температура, и объем которую занимает газ. Значения этих переменных и состояние газа можно изменить. На этом рисунке мы показываем газ в синей банке в двух разных состояниях. Слева, в штате 1 газ находится под более высоким давлением и занимает меньший объем, чем в состоянии 2, справа. Мы можем изобразить состояние газа на графике давления по отношению к объему, который называется диаграмма p-V как показано справа. Чтобы изменить состояние газа с состояния 1 на Состояние 2, мы должны изменить условия в банке, либо нагревая газ, или физически изменяющийся объем, перемещая поршень, или изменяя давление, добавляя или удаляя вес от поршня. В некоторых из этих изменений мы действительно работаем на, или есть работа, выполненная газом, в других изменениях, которые мы добавляем, или удалить тепло. Термодинамика помогает нам определить объем работы и количество теплоты, необходимое для изменения состояния газа. Обратите внимание, что в этом примере у нас есть фиксированная масса газа. Мы можем поэтому постройте либо физический объем или удельный объем, объем, деленный на массу, так как изменение одинаково для постоянной массы. На фигуре, мы используем физический том.

Ученые определяют произведение W как продукт силы F , действующей на расстоянии с :

Вт = F * с

Для газа работа есть произведение давление p и громкость V во время смены громкости.

Вт = р * В

Мы можем сделать быстрые единицы проверяют, чтобы увидеть, что давление сил / площадь умножить на объем площадь * длина дает единицы силы, умноженные на длину, которые являются единицами работы.

W = (сила / площадь) * (площадь * длина) = сила * длина

В метрической системе единицей работы является джоуль, в английской системе единицей является фут-фунт. Как правило, при изменении состояния громкость и изменение давления. Поэтому правильнее определить работу как интегрированное или суммированное переменное давление, умноженное на изменение объема из состояния 1 в состояние 2. Если мы используем символ S [ ] ds для интеграла, тогда:

W = S [p] dV

На графике зависимости давления от объема, работа – это площадь под кривой, описывает, как состояние изменяется с состояния 1 на состояние 2.

Как упоминалось выше, существует несколько вариантов изменения состояния газ из одного состояния в другое. Таким образом, мы можем ожидать, что количество работа, совершаемая газом или газом, может быть разной в зависимости от того, как именно изменен. В качестве примера на графике на рисунке изображена кривая черная линия от состояния 1 до состояния 2 нашего ограниченного газа. Эта линия представляет собой изменение, вызванное удалением весов и уменьшая давление и позволяя объему регулироваться в соответствии с по закону Бойля без подвода тепла. Линия изогнута, а количество работы, проделанной над газом, показано красным заштрихованная область ниже этой кривой. Однако мы могли бы перейти из состояния 1 в состояние 2, удерживая постоянное давление и увеличение объема на нагревание газа по закону Шарля. результирующее изменение состояния происходит из состояния 1 в промежуточное Обозначьте «а» на графике. Состояние «а» находится под тем же давлением, что и состояние 1, но с другой громкостью. Если мы затем удалим веса, удерживая постоянного объема, мы переходим к состоянию 2. Работа, выполненная в этом процесс показан желтой заштрихованной областью. Используя либо процесс меняем состояние газа с State 1 на State 2. Но работа для процесс при постоянном давлении больше, чем работа при криволинейном линейный процесс. Работа, совершаемая газом, зависит не только от начального и конечные состояния газа, но и процесс, используемый для изменения штат. Различные процессы могут создавать одно и то же состояние, но производят разный объем работы.

Related Posts

Leave A Comment