Физика. Часть 2. Молекулярная физика и термодинамика - Абражевич Э.Б.
Скачать (прямая ссылка):
4.3. Какова максимальная высота слоя воды, который можно нести в решете, не смачиваемом водой, если диаметр отверстий сетки решета d = 1 мм ? Коэффициент поверхностного натяжения воды а= 0,072 Н/м, плотность воды р= 1-Ю3 кг-м~3.
4.4. Спичка длиной / = 4 см плавает на поверхности воды. Если по одну сторону от спички налить касторовое масло, спичка придет в движение. Определите силу, действующую на спичку, и ее направление. Коэффициенты поверхностного натяжения воды и касторового масла сп = 0,072 Н/м, ai = 0,033 Н/м.
4.5. Восемь шаровых капель ртути диаметром d = 1 мм каждая сливаются в одну каплю тоже шаровой формы. Сколько при этом выделится тепла? Коэффициент поверхностного натяжения ртути а = 0,47 Н/м.
4.6. Оцените относительную погрешность в определении атмосферного давления с помощью барометрической трубки диаметром d = 5 мм, если коэффициент поверхностного натяжения ртути а = 0,47 Н/м, а плотность ртути р = 13,6- IO3 кг-м 3.
4.2. Насыщенные пары, влажность
4.7. Относительная влажность воздуха в аудитории при 20 °С равна 40 %. Сколько воды надо испарить в этой аудитории, чтобы поднять влажность до 60 % ? Вместимость аудитории 50 м3, давление насыщенных водяных паров при 20 °С составляет рн = 2,3-IO3 Па.
4.8. В герметически закрытый сосуд вместимостью V = 5 м3 поместили т = 20 кг воды и нагрели до температуры T = 453 К. Найдите массу и давление пара в сосуде. Плотность насыщенного пара при температуре T = 453 К составляет р» = 5,05 кг/м3. Молярная масса воды M = 0,018 кг/моль.
21 4.9. В цилиндре под поршнем находится водяной пар при температуре t\ = 100 °С и давлении р\ = 40 кПа. Объем пара изотермически уменьшают в 5 раз. Найдите давление pi пара в цилиндре.
4.10. В сосуде вместимостью V = 10 л находится сухой воздух при нормальных условиях. Каким будет давление в этом сосуде, если туда налить воду массой т = 2 г и нагреть сосуд до ti = = 100 °С ? Молярная масса воды M = 0,018 кг/моль.
4.11. В задаче 4.10 в сосуд налили т = 7 г воды и нагрели до ti = = 100 0C. Каким будет давление в этом случае?
4.12. Температура воздуха вечером была t\ = 18 °С, относительная влажность r\ = 65 %. Ночью температура воздуха понизилась до ti = 9 °С. Была ли роса? Если была, то сколько водяного пара сконденсировалось из 1 м3 воздуха? Давление насыщенных паров воды при 18 °С составляет рн\ = 2,07 кПа, а при 9 °С ~pHi = = 1,15 кПа. Молярная масса воды M = 0,018 кг/моль. 5. ТЕПЛОВЫЕ ЯВЛЕНИЯ
Тепловое расширение твердых тел и жидкостей
Жидкости и твердые тела при нагревании увеличивают свой объем и линейные размеры ( кроме небольших температурных интервалов для воды и чугуна) в соответствии с законами
It= ЦІ+ at),
Vt = K0 (1 +доисторически сложилось так, что температура t в этих формулах измеряется по шкале Цельсия, а /0 и V0- длина и объем при О °С. Коэффициенты а и ? называются линейным и объемным коэффициентами расширения.
Поскольку коэффициенты линейного и объемного расширения-малые величины (обычно at «1 ,?t «1), то справедливы следующие формулы:
? = За,
In = I4 (1 + a(t2 - г,)), Vt2 = Vtl (1 +?(t2 -11)).
Удобство последних формул в том, что они связывают размеры и объемы тел при двух различных температурах без обращения к их размерам и объемам при О °С. Также они дают смысл коэффициентов расширения. Так, коэффициент объемного расширения ? численно равен относительному увеличению объема тела при его нагревании на 1К:
VlAt
Агрегатные состояния вещества. Уравнение теплового баланса
Вещество способно находиться в трех основных агрегатных состояниях - твердом, жидком, газообразном (четвертое состояние вещества - плазму - мы рассматривать не будем). Назовем внутренней энергией вещества U сумму кинетических энергий всех его молекул и потенциальных энергий взаимодействия молекул друг с другом:
U — Ulam + ^nor •
23 Первое слагаемое суммы определяется температурой вещества Т, а второе зависит, в основном, от среднего расстояния (г) между его молекулами:
U = Utam(T) + Um((r)).
В дальнейшем мы будем рассматривать внутреннюю энергию единицы массы вещества, назовем ее удельной внутренней энергией Uya. Удельная внутренняя энергия - важнейшая характеристика состояния вещества. В дальнейшем всюду будем предполагать, что сообщаемое веществу количество теплоты Q идет на изменение его внутренней энергии, рассматривая согласно первому началу термодинамики только изохорные процессы:
Q = U2-U1.
Рассмотрим единицу массы вещества. Качественно твердое, жидкое и газообразное состояния отличаются порядком расположения молекул - от полностью упорядоченного в кристаллах (твердые тела) до абсолютно хаотичного (газы). Количественно состояния вещества характеризуются удельной внутренней энергией:
TJiв ггжидк /г газ
U уд V U уд V Ыуд .
Между тремя агрегатными состояниями вещества возможны шесть фазовых переходов (три прямых и три обратных), показанных на рис. 14.
VI Рис.14
' III Плавление - Кипение
Твердое тело -7-» Жидкость II 5 Газ
Отвердевание IV Конденс Конденсация V дую фазу
