Название: Курс физики - Трофимова Т.И.

Жанр: Физика

Рейтинг:

Просмотров: 15822


Рассмотрим два сосуда 7 и 2, поддерживаемых соответственно при температурах T1 и Т2 (рис. 75) и соединенных между собой трубкой. Если длина свободного пробега молекул гораздо меньше диаметра соединительной трубки (álñ ≪ d), то стационарное состояние газа характеризуется равенством давлений в обоих сосудах (р1 = р2). Стационарное же состояние ультраразреженного газа (álñ ≫ d), находящегося в двух сосудах, соединенных трубкой, возможно лишь в том случае, когда встречные потоки частиц, перемещающихся из одного сосуда в другой, одинаковы, т. е.

 

где n1 и n2 — концентрации молекул в обоих сосудах, áv1ñ и áv2ñ — средние скорости молекул. Учитывая, что  и , из условия (49.1) получаем

(49.2)

т. е. в условиях высокого вакуума выравнивания давлений не происходит. Если в от качанный стеклянный баллон (рис. 76) на пружину 1 насадить слюдяной листочек 2, одна сторона которого зачернена, и освещать его, то возникнет разность температур между светлой и зачерненной поверхностями листочка.Из выражения (49.2) следует, что в данном случае разным будет и давление, т. е. молекулы от зачерненной поверхности будут отталкиваться с большей силой, чем от светлой, в результате чего листочек отклонится. Это явление называется радиометрическим эффектом. На радиометрическом эффекте основано действие радиометрического манометра.

                                                 

                                                          Рис. 76

 

Задачи

 

          8.1. Начертить и объяснить графики изотермического и изобарного процессов в координатах  р и V, p и Т, Т и V.

 

          8.2. В сосуде при температуре t = 20°C и давлении р = 0,2 МПа содержится смесь газов — кислорода массой m1 = 16 г и азота массой m2 = 21 г. Определить плотность смеси. [2,5 кг/м»]

 

          8.3. Определить наиболее вероятную скорость молекул газа, плотность которого при давлении 40 кПа составляет 0,35 кг/м3. [478 м/с]

 

          8.4. Используя закон о распределении молекул идеального газа по скоростям, найти закон, выражающий распределение молекул по относительным скоростям  u (u = v/vв). []

 

          8.5. Воспользовавшись законом распределения идеального газа по относительным скоростям (см. задачу 8.4), определить, какая доля молекул кислорода, находящегося при температуре t = 0°С, имеет скорости от 100 до 110 м/с. [0,4]

 

          8.6. На какой высоте плотность воздуха в два раза меньше, чем его плотность на уровне моря? Считать, что температура воздуха везде одинакова и равна 273 К. [5,5 км]

 

          8.7. Определить среднюю продолжительность свободного пробега молекул водорода при температуре 300 К и давлении 5 кПа. Эффективный диаметр молекул принять равным 0,28 ни. [170 не]

 

          8.8. Коэффициенты диффузии и внутреннего трения при некоторых условиях равны соответственно 1,42×10-4 м2/с и 8,5 мкПа×с. Определить концентрацию молекул воздуха при этих условиях. [1,25×1024 м-3]

 Глава 9

Основы термодинамики

 

§ 50. Число степеней свободы молекулы. Закон

равномерного распределения энергии по

степеням свободы молекул

 

Важной характеристикой термодинамической системы является ее внутренняя энергия U — энергия хаотического (теплового) движения микрочастиц системы (молекул, атомов, электронов, ядер и т. д.) и энергия взаимодействия этих частиц. Из этого определения следует, что к внутренней энергии не относятся кинетическая энергия движения системы как целого и потенциальная энергия системы во внешних полях.

Внутренняя энергия — однозначная функция термодинамического состояния системы, т. е. в каждом состоянии система обладает вполне определенной внутренней энергией (она не зависит от того, как система пришла в данное состояние). Это означает, что при переходе системы из одного состояния в другое изменение внутренней энергии определяется только разностью значений внутренней энергии этих состояний и не зависит от пути перехода.

В § 1 было введено понятие числа степеней свободы: это число независимых переменных (координат), полностью определяющих положение системы в пространстве. В ряде задач молекулу одноатомного газа (рис. 77, а) рассматривают как материальную точку, которой приписывают три степени свободы поступательного движения. При этом энергию вращательного движения можно не учитывать (r ® 0, J = mr2 ® 0, Tвр = Jw2 ® 0).


Оцените книгу: 1 2 3 4 5