Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Физика -> Бутиков Е.И. -> "Физика для углубленного изучения 3. Строение и свойства вещества" -> 58

Физика для углубленного изучения 3. Строение и свойства вещества - Бутиков Е.И.

Бутиков Е.И., Кондратьев А.С., Уздин В.М. Физика для углубленного изучения 3. Строение и свойства вещества — М.: Физматлит, 2004. — 335 c.
Скачать (прямая ссылка): fizikadlyauglubleniyaizucheniya3stroenieisvoystva2004.pdf
Предыдущая << 1 .. 52 53 54 55 56 57 < 58 > 59 60 61 62 63 64 .. 151 >> Следующая


У, , У-,

Pi — Pi ¦/ ¦ Рг —Р2

yt+v2 ^ " У, + У2

Видно, что полное давление р, равное сумме парциальных давлений Р1 + Р2’ выражается формулой (15). Утверждение, что давление смеси химически невзаимодействующих газов равно сумме парциальных давлений, называется законом Дальтона.

2. Истопив печь, в дачном домике температуру воздуха повысили от 0 до 20 °С. Как при этом изменилась плотность воздуха?

Решение. Ясно, что объем помещения при протапливании печи не изменился, так как тепловым расширением стен можно пренебречь. Если бы мы нагревали воздух при неизменном объеме V в закрытом сосуде, его давление возросло бы, но плотность осталась бы неизменной. Но дачный домик не герметичен, поэтому неизменным остается давление р воздуха, равное наружному атмосферному давлению. Ясно, что при повышении температуры Т должна измениться масса m воздуха в помещении: какая-то его часть должна выйти через щели наружу.

Подсчитать плотность воздуха проще всего, основываясь на уравнении состояния:

pV = — RT, (16)

м

где М = 29 г/моль — молярная масса воздуха. Отсюда для плотности воздуха р = m/V имеем

р ="> (17)

к RT

При неизменном давлении плотность обратно пропорциональна абсолютной температуре. Поэтому для отношения плотностей р/р0 при температурах Т — 293 К и Т0 = 273 К соответственно находим

Q по

Ро Т 293

3. В бутылку емкостью V0 = 0,5 л сквозь герметичную пробку вставлена открытая с обоих концов тонкая стеклянная трубка диаметром d = 5 мм. В трубке находится столбик подкрашенной воды. Как будет изменяться положение столбика с температурой? Оцените, на сколько градусов нужно нагреть бутылку, чтобы столбик воды переместился на 1 см.

Решение. При расширении воздуха в бутылке его давление, равное сумме атмосферного давления и гидростатического давления столбика воды в трубке, остается неизменным, пока вода не выливается из трубки. Поэтому, в соответствии с законом Гей-Люссака, объем воздуха в бутылке пропорционален абсолютной температуре: V — Т. Отсюда следует, что ДК АТ и

ДН АТ /,о\
130

IV. ОСНОВЫ ТЕРМОДИНАМИКИ

В данном случае AV = 5ДЛ, где S = Tid2/4 — внутреннее сечение трубки, а Дh — изменение положения столбика воды при нагревании воздуха. Из (18) следует, что

Д к = (19)

Поскольку внутренний объем трубки много меньше объема бутылки, то при расчетах можно в (19) заменить объем воздуха V на емкость бутылки V0. Ясно, что столбик воды не будет вытолкнут из трубки только при очень малых изменениях температуры. Чтобы оценить изменение температуры, при котором столбик поднимается на заданное расстояние ДЛ, перепишем (19) следующим образом:

АТ = Т ДЛ.



Полагая для оценки Т = 300 К, получаем Д7* = 0,1 К. Приведенная оценка показывает, что с помощью этого очень простого устройства можно обнаружить изменение температуры вплоть до 0,01 К, так как легко заменить изменение положения столбика на 1 мм.

• Что такое время релаксации для термодинамической системы?

• Какие ограничения должны быть наложены на скорость протекания процессов в газе, чтобы в любой момент времени имели смысл макроскопические параметры р, V, (°, описывающие газ в состоянии равновесия?

• Чем определяется числовое значение константы в правой части уравнения закона Бойля—Мариотта (1)?

• Что имеют в виду, когда говорят, что изучаемая система находится в контакте с термостатом?

• Предложите способ проверки закона Бойля—Мариотта с помощью описанного в тексте прибора (см. рис. 45).

• Какие преимущества дает выбор газа в качестве термометрического тела?

• Как связан выбор начала отсчета температур в шкале Кельвина со значением температурного коэффициента расширения газа?

• Как устанавливается связь температур, измеренных по шкале Цельсия и шкале Кельвина?

• Выведите уравнение состояния газа, используя законы Бойля —Мариотта и Гей-Люссака.

• Уравнение Клапейрона было получено с использованием только двух газовых законов, однако содержит в себе все три закона. Как это связано с тем фактом, что у газов температурные коэффициенты давления и объема одинаковы?

• Что такое универсальная газовая постоянная? Как она связана с законом Авогадро?

• Какую физическую систему называют идеальным газом? Чем определяются условия применимости этой модели? От чего зависит внутренняя энергия идеального газа?
§ 16. ПЕРВЫЙ ЗАКОН ТЕРМОДИНАМИКИ

131

• Можно ли объяснить установленный на опыте закон Дальтона для смеси газов, опираясь на уравнение Менделеева—Клапейрона?
Предыдущая << 1 .. 52 53 54 55 56 57 < 58 > 59 60 61 62 63 64 .. 151 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

Есть, чем поделиться? Отправьте
материал
нам
Авторские права © 2009 BooksShare.
Все права защищены.
Rambler's Top100

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed