План:
Необратимость тепловых процессов и второй закон термодинамики. Тепловые двигатели и охрана окружающей среды. КПД теплового двигателя.
Насыщенный пар, его свойства. Точка росы. Влажность. Кипение.
Поверхностное натяжение. Смачивание и капиллярные явления.
Кристаллические состояния. Плавление и кристаллизация.
Зависимость состояния от давления и температуры. Типы связей в кристаллах. Лабораторная работа№4 «Измерение влажности воздуха»
Контрольная работа по теме: «молекулярная физика»
ФИЗИКА
ПОСОБИЕ ДЛЯ СТУДЕНТОВ
1-го курса на базе 9 классов
дневное отделение
[pic]
«Основы МКТ и термодинамика»
Преподаватель:
Руденко Елена Александровна
МКТ
Основные положения: все тела в природе состоят из молекул.
молекулы находятся в непрерывном хаотичном движении
молекулы взаимодействуют между собой.
Понятия:
молекула (атом)
температура
вещество
молярная масса μ
количество вещества ν
концентрация n
идеальный газ
Характеристики:
броуновское движение
диффузия
силы взаимодействия
тепловое равновесие
параметры P, V, T
число молекул N
Постоянные величины
Постоянная Авогадро
NA = 6,02∙1023 1/моль
Абсолютный нуль
0 К = -273 оС
Постоянная Больцмана
k = 1,38∙10-23 Дж/К
Универсальная газовая постоянная
R = 8,31 Дж/(К∙моль)
Формулы
μ = Mr ∙10-3, [кг/моль]
[pic] , [моль]
[pic]
T = 273o + toC, [K]
[pic] , [1/м3]
Основные уравнения
Изопроцессы
Изотермический
Т = const; PV= const; [pic] [pic]
Изохорный
V= const; P/Т= const; [pic]
Изобарный
P= const; V/Т= const; [pic]
Задание №1
Сформулируйте основные положения МКТ.
Какие явления доказывают, что молекулы находятся в непрерывном хаотическом движении?
Какие явления доказывают, что между молекулами существуют силы притяжения?
Как зависит скорость диффузии от температуры для данного агрегатного состояния вещества?
Чему равна постоянная Авогадро?
[pic] Воспользовавшись таблицей Менделеева, определите относительную молекулярную массу и массу молекулы кислорода, сероводорода и воды.
[pic] Какова масса 50 моль кислорода?
[pic] Сколько молекул содержится в 1г углекислого газа?
Задание №2
Что представляет собой модель идеального газа?
Что показывает постоянная Больцмана?
Что называется давлением?
Какие параметры связывает основное уравнение молекулярно – кинетической теории?
Как изменится средняя кинетическая энергия идеального газа при увеличении абсолютной температуры в 2 раза?
[pic] Какова масса воздуха в комнате размерами 643 м при температуре 20оС и давлении 1000 гПа?
[pic] Какой ёмкости нужен баллон для содержания в нём 50 моль газа, если при максимальной температур 360 К давление не должно превышать 6 МПа?
[pic] Пользуясь таблицей Менделеева, найти плотность ацетилена (С2Н2) при нормальных условиях.
Задание №3
Какие вы знаете изопроцессы?
Как изменится давление идеального газа при увеличении абсолютной температуры и объема в 2 раза?
В [pic] баллоне при неизменной массе газа температура увеличилась от 100 °C до 500 °C. Как изменилось давление газа?
Почему нагретая медицинская банка присасывается к телу?
[pic] Начертите пользуясь координатными осями V(T) и P(V) процесс изображённый в координатных осях Р(Т)?
[pic] Какой объём займёт газ при 77оС, если при 27оС его объём был 6 литров?
Основы термодинамики.
Законы: Понятия:
Физические величины, единицы измерения
с – удельная теплоёмкость [Дж/(кг∙К)]
q – удельная теплота сгорания топлива [Дж/кг]
r – удельная теплота парообразования [Дж/кг]
λ – удельная теплота плавления [Дж/кг]
Формулы
количество теплоты:
[pic]
внутренняя энергия:
[pic]
Уравнение теплового баланса
[pic]
КПД реальной тепловой машины:
[pic]
КПД идеальной машины Карно:
[pic]
Запись первого закона термодинамики для изопроцессов
Изобарный
P= const;
[pic]
Адиабатный
Q= 0;
[pic]
Задание №4
Что изучает термодинамика?
Что называют внутренней энергией системы?
Назовите два способа изменения внутренней энергии.
Какой процесс называют адиабатным?
Как изменится внутренняя энергия газа при изотермическом расширении?
Выполняется ли газом работа при изохорном изменении его состояния?
[pic] В [pic] сосуде, ёмкостью 2 л находится криптон под давлением 1,5 МПа. Газу сообщили некоторое количество теплоты. В результате при неизменном объёме температура увеличилась в 3 раза. Запишите уравнение первого закона термодинамики для этого процесса. Какое количество теплоты сообщили газу?
[pic] Рассмотреть замкнутый процесс, изображённый на рисунке, определить виды процессов, происходящих с газом, рассмотреть энергообмен газа со средой в данном циклическом процессе.
Задание №5
[pic] Некоторые современные диеты для похудения основаны на использовании для питья ледяной воды. Когда вы пьёте такую воду, ваш организм должен выделить энергию, чтобы нагреть воду до температуры человеческого тела (37оС). Сколько ледяной воды (5оС) необходимо выпить, чтобы «нейтрализовать» булочку, энергетическая ценность которой 500 ккал (2100 кДж)?
[pic] При более радикальной диете можно попробовать глотать лёд из морозильной камеры при температуре -10оС. Сколько льда потребуется для того, чтобы скомпенсировать поступившие с пищей 2000 ккал (8400 кДж) (это энергия выделяемая при расщеплении съеденного с аппетитом тортика).
Для того чтобы определить удельную теплоту парообразования воды, Антон выпарил на спиртовке 0,1 л воды, взятой при комнатной температуре (20оС). Какой результат получил Антон, если он сжёг 20 г спирта и при этом 60% выделившейся энергии пошло на нагревание окружающей среды?
Задание №6
Что называется коэффициентом полезного действия нагревателя?
Тепловой двигатель за цикл получает от нагревателя 200 Дж и отдает холодильнику 150 Дж. Чему равен КПД двигателя?
Чему равно максимальное значение КПД, которое может иметь тепловой двигатель с температурой нагревателя 527 °C и температурой холодильника 27 °C?
Сформулируйте второе начало термодинамики.
[pic] В конце сгорания смеси температура в цилиндре карбюраторного двигателя автомобиля «Волга» около 2300 К, температура холодильника около 400 К. Определите КПД идеальной тепловой машины, работающей в тех же температурных условиях.
[pic] В конце сгорания смеси температура в цилиндре карбюраторного двигателя автомобиля «Волга» около 2300 К, температура холодильника около 400 К. Удельный расход бензина на наиболее экономичном режиме составляет 0,08 г/кДж (при сгорании 0,08 г топлива совершается работа, равная 1 кДж).Определите фактический КПД двигателя автомобиля «Волга» при езде в экономичном режиме.
Пар. Жидкости.
Понятия: Влажность воздуха
Относительная влажность φ
Насыщенный пар
Точка росы
Критическая температура
Поверхностное натяжение σ
Сила поверхностного натяжения Fн
Свойства
Испарение
Кипение
Поверхностная энергия
Смачивание
Капиллярность
Формулы
P = nkT [Па] ● [pic]
[pic] ● [pic]
Твёрдые тела.
Понятия: Свойства
изотропия
анизотропия
плавление
Формулы
Модуль Юнга - Е (постоянная величина)
Задание №7
От чего зависит скорость испарения?
Какой пар называют насыщенным?
От чего зависит давление насыщенного пара?
От чего зависит температура кипения?
В какой бутылке вода холодней - в закрытой или открытой?
Почему, если подуть на горячий чай, он быстрее остынет?
Почему высоко в горах трудно сварить мясо?
Как по внешнему виду отличить в бане трубу с холодной водой от трубы с горячей водой?
[pic] Насыщенный водяной пар находится при температуре 100оС и занимает некоторый объём. Как изменится давление пара, если его объём уменьшить вдвое, сохраняя прежнюю температуру?
Задание №8
Почему жидкости сохраняют объём и обладают текучестью?
Какие факты говорят о том, что молекулы в жидкости находятся на малых расстояниях друг от друга?
Какую форму примет жидкость в невесомости? Почему?
Объясните, почему смачивающая стенки капилляра жидкость поднимается по капилляру?
Как с помощью капилляра определить поверхностное натяжение жидкости?
[pic] Рассчитайте высоту подъёма воды в стеклянной трубке диаметром 0,2 мм.
[pic] Известно, что в капиллярах песчаных почв при температуре 20оС вода поднимается на высоту 1,5 м. Как изменится высота поднятия воды, если почву взрыхлить? Вычислите диаметр почвенных капилляров. Смачивание считать полным.
Задание №9
Почему твёрдые тела разделяют на кристаллические и аморфные?
как визуально можно отличить аморфное тело от кристаллического?
Какие существуют виды деформаций? Чем они отличаются друг от друга?
К какому виду кристалла отнести рубин, алмаз, нитрат серебра, лёд, кристаллическое олово?
ПРИЛОЖЕНИЕ
Десятичные приставки
Наименование Обозначение
Множитель
гига
Г
10 9
мега
М
10 6
кило
к
10 3
гекто
г
10 2
деци
д
10– 1
санти
с
10– 2
милли
м
10– 3
микро
мк
10 – 6
нано
н
10– 9
пико
п
10– 12
Молярная маcса (кг/моль)
азота
282810 – 3
кислорода
3210 – 3
аргона
4010 – 3
лития
610 – 3
водорода
210 – 3
молибдена
9610 – 3
воздуха
2910 – 3
неона
2010 – 3
гелия
410 – 3
углекислого газа
4410 – 3
Константы
число
= 3,14
ускорение свободного падения на Земле
g = 10 м/с2
гравитационная постоянная
G = 6,7·10–11 Н·м2/кг2
газовая постоянная
R = 8,31 Дж/(моль·К)
постоянная Больцмана
k = 1,38·10–23 Дж/К
постоянная Авогадро
NА = 6·1023 моль–1
скорость света в вакууме
с = 3·108 м/с
коэффициент пропорциональности в законе Кулона
k = [pic] = 9·109 Н·м2 /Кл2
элементарный заряд
e = 1,6·10 – 19 Кл
постоянная Планка
h = 6,6·10 – 34 Дж·с
Удельная
теплоемкость воды
4,210 3 Дж/(кгК)
теплоемкость алюминия
900 Дж/(кгК)
теплоемкость железа
640 Дж/(кгК)
теплоемкость меди
380 Дж/(кгК)
теплоемкость свинца
130 Дж/(кгК)
теплота парообразования воды
2,310 6 Дж/кг
теплота плавления свинца
2,510 4 Дж/кг
теплота плавления льда
3,310 5 Дж/кг
Нормальные условия давление 105 Па, температура 0С
Соотношение между различными единицами температура 0 К = – 273,15 оС
атомная единица массы 1 а.е.м. = 1,66·10 – 27 кг
1 атомная единица массы эквивалентна 931,5 МэВ
Масса частиц
электрона 9,1·10 –31кг ≈ 5,5·10 –4 а.е.м.
протона 1,673·10–27 кг ≈ 1,007 а.е.м.
нейтрона 1,675·10–27 кг ≈ 1,008 а.е.м.
Плотность
3 алюминия
2700 кг/м3
древесины (сосна)
400 кг/м3
меди
8900 кг/м3
парафина
900 кг/м3
ртути
13600 кг/м3
Молярная маcса
кг/моль вещество
кг/моль
азота
28·10 – 3
кислорода
32·10 – 3
аргона
40·10 – 3
лития
6·10 – 3
водорода
2·10 – 3
молибдена
96·10 – 3
воздуха
29·10 – 3
неона
20·10 – 3
гелия
4·10 – 3
углекислого газа
44·10 – 3
[pic]
