РЕШИТЕ ЗАДАНИЯ КОТОРЫЕ СМОЖЕТЕ На рисунке представлены эксперименты, подтверждающие основные положения молекулярно-кинетической теории.
На каком явлении основаны опыты?
Какие из основных положений молекулярно-кинетической теории доказывают это явления?
[4 б]
2. На рисунке представлены изменения внутренней энергии.
1 2.
Каким изменялась внутренняя энергия тел? Правильные ответы подпишите под рисунком.
[2 б]
3. Укажите, какой передачи энергии происходит в указанном случае. Нагревание воздуха в комнате от радиаторов системы водяного отопления.
А. Теплопередача
В. Конвекция
С. Излучение
D. Теплопередача и излучение [1 б]
4. Вещество имеет температуру плавления 658 0С. Переведите эту температуру в Кельвины.
А. – 931 К;
В. – 385 К
С. 385 К;
D. 931 К [1 б]
5. Укажите истинность / ложность утверждения. (падающие гвоздики приклеены на парафине)
№ Утверждения Истина ложь
1 Медный стержень обладает большей теплопроводностью?
2 Стальной стержень обладает большей теплопроводностью?
[2 б]
6. Сколько воды, взятой при, при температуре 10 °С, можно нагреть до 60 °С, сжигая спирт массой 30 г? Считать, что вся выделяемая при горении спирта энергия идет на нагревание воды.
a) Составьте уравнение теплового баланса.
[1 б]
b) Определите, какое количество теплоты выделится при сжигании спирта. (q= 27 МДж/кг)
[2 б]
c) Выразите и вычислите массу воды из уравнения теплового баланса (своды = 4,2 кДж/(кг °С),
[2 б]
7. Проанализируйте график зависимости температуры от времени при плавлении и кристаллизации и ответьте на следующие вопросы:
А) в какие промежутки времени температура вещества изменялась и как?
В) в какие промежутки времени она оставалась постоянной и почему?
С) какой из участков графика соответствует плавлению вещества?
D) какие из участков графика соответствует нагреванию вещества?
Е) какой из участков графика соответствует отвердеванию вещества?
F) какие из участков графика соответствует охлаждению вещества?
[6 б]
8. Какое количество теплоты необходимо для превращения в пар 200 г эфира, взятой при температуре кипения? (удельная теплота парообразования эфира 355 кДж/кг)
[2 б]
9. Вода, используемая в медицине для стерилизации хирургических инструментов в специальных автоклавах закипает при температуре 200 0С, а в паровых турбинах водяной пар перегревают до 500 0С. Верно, ли что вода может кипеть при разных температурах? Как добиваются такой температуры кипения воды?
Спросите кого угодно, что произойдет с температурой идеального газа, который расширяется в замкнутом сосуде без теплообмена с окружающей средой, и почти все вам ответят, что газ охладится. Не «верьте! Это не всегда так.
Вообразим такой мысленный эксперимент. Пусть одна половина теплоизолированного сосуда занята идеальным газом с давлением p1 и температурой T1, а другая — пуста (рис. 1). В некоторый момент уберем перегородку между половинами сосуда. Газ, естественно, будет расширяться, причем в пустоту, и после многочисленных столкновений его молекул со стенками и между собой установится новое равновесное состояние. Ясно, что теперь объем газа вдвое больше: V2 = 2V1. А каковы его давление p2 и температура T2?
Рис. 1
С одной стороны, так как процесс адиабатический, точки, соответствующие начальному и конечному состояниям газа, должны лежать на адиабате 1—2’ (рис. 2). Адиабата, как известно, падает круче изотермы, поэтому температура газа должна уменьшаться: T’2 < T1.
Рис. 2
С другой стороны, посмотрим, что говорит первый закон термодинамики. Количество теплоты Q, подведенное к газу, идет на увеличение его внутренней энергии ΔU и на работу по расширению А:
Q=ΔU+A .
В нашем случае Q = 0 (по условию адиабатичности). А какая работа совершается газом? Да никакой, потому, что он расширяется в вакуум, со стороны которого не встречает противодействия. Значит, и сила, и работа равны нулю: А = 0. Следовательно, и изменение внутренней энергии тоже равно нулю: ΔU = 0. Но поскольку в случае идеального газа внутренняя энергия зависит только от температуры, температура не изменится: T2 = T1, и давление станет равным p2=p12. Это означает, что точки, соответствующие начальному и конечному состояниям, будут лежать на изотерме 1-2.
А что происходит между этими состояниями? К сожалению, школьная термодинамика ничего об этом сказать не может. Почему? Да потому, что вся она верна только для очень медленных (так называемых квазистатических) процессов, которые происходят со скоростями, много меньшими тепловой скорости движения молекул. В нашем же случае как только мы уберем перегородку, газ буквально бросится в вакуум со скоростью порядка тепловой скорости молекул и даже еще быстрее, потому что в газе есть отдельные молекулы, скорость которых намного больше тепловой. А тут термодинамика просто неверна. Вот почему на рисунке 2 мы изобразили неизвестный нам процесс штрихами, а не сплошной линией.
Все наши рассуждения справедливы для случая идеального газа. А если газ не идеальный? Тогда его молекулы взаимодействуют друг с другом, и внутренняя энергия газа складывается из кинетической энергии движения молекул и потенциальной энергии их взаимодействия.
На рисунке 3 изображена зависимость потенциальной энергии П взаимодействия двух молекул от расстояния r между ними. Там, где потенциальная энергия минимальна (точка r0), вещество конденсируется, т. е. переходит в жидкое состояние.
Рис. 3
Так как, по условию, мы имеем в начальный момент газ, то среднее расстояние между молекулами соответствует точке r1 >> r0. После удвоения объема среднее расстояние между молекулами станет равным r2=r12–√3>r1. Получилось, как будто в результате расширения газ слегка «вытащили» наверх, по склону потенциальной ямы. Но кто поработал над тем, чтобы увеличить потенциальную энергию на ΔП? Никто. И сам газ тоже ни над кем не работал. Поэтому остается признать, что увеличение потенциальной энергии произошло за счет уменьшения кинетической энергии движущихся молекул. Значит, и температура — мера средней кинетической энергии молекул газа — в результате расширения слегка упадет. Но это верно только в случае реального газа.
(только связанное с конденсацией) используют сохранения садов во время весенних заморозков. весной при резком понижении температуры водяной пар в воздухе становится насыщенным, но конденсация его затруднена, т. к. мало центров конденсации (весной мало пыли в воздухе) . в садах разводят дымные костры, частицы дыма прекрасные центры конденсации, влага конденсируется на них, выделяется скрытая энергия конденсации и воздух нагревается на несколько градусов, но этого достаточно чтобы сохранить деревья. при этом воздух нагревается только там где есть дым. именно из-за обилия центров конденсации и кристаллизации в городах всегда теплее чем за городом.