Прямая доставка чая из Китая

Гуманитарные науки

Гуманитарные науки

Студенческий файлообменник

Студенческий файлообменник

Выполнение 
работ на заказ. Контрольные, курсовые и дипломные работы

Выполнение работ на заказ. Контрольные, курсовые и дипломные работы

Занимайтесь онлайн 
        с опытными репетиторами

Занимайтесь онлайн
с опытными репетиторами

Приглашаем к сотрудничеству преподователей

Приглашаем к сотрудничеству преподователей

Готовые шпаргалки, шпоры

Готовые шпаргалки, шпоры

Отчет по практике

Отчет по практике

Приглашаем авторов для работы

Авторам заработок

Решение задач по математике

Закажите реферат

Закажите реферат

Кинематика Механические передачи Молекулярная физика и термодинамика Ядерная физика

Лабораторная работа по физике. Практические занятия

 Задача 4. Определить плотность разреженного азота, если средняя длина свободного пробега молекул 10 см. Какова концентрация молекул?

Дано:

< λ > = 10 см = 0,1 м

Решение:

Средняя длина пробега молекулы определяется формулой:

р - ?

n0 - ?

 , (1)

где d – эффективный диаметр молекул (для азота d = 0,31·10 –9 м).

Концентрацию молекул найдем из равенства: 

  , (2) 

где NA – число Авогадро; М = 28·10 –3 кг/моль – молярная масса азота.

Решая совместно уравнения (1) и (2), находим: 

 

Ответ: 1,09·10-6 кг/м3.

Задача 5. Вычислить коэффициент внутреннего трения и коэффициент диффузии кислорода, находящегося при давлении 0,2 МПа и температуре 280 К.

Дано:

p = 2·105 Па 

d = 2,9·10-10 м

М = 32·10-3 кг/моль 

Т = 280 К

Решение:

На основании представлений молекулярно – кинетической теории газов коэффициент внутреннего трения идеального газа (динамическая вязкость) и коэффициент диффузии определяются по формулам:

η - ?

D - ?

 (1);  (2),

где ρ – плотность газа; < λ > – средняя длина свободного пробега молекул; <υар> – средняя арифметическая скорость молекул.

Из (1) и (2) следует  (3)

Среднюю арифметическую скорость и среднюю длину свободного пробега молекул находим по формулам:

 (4) , (5)

где R = 8,31 Дж/(моль·К) – молярная газовая постоянная; Т – термодинамическая температура; d = 2,9·10 –10 м – эффективный диаметр молекулы кислорода; n0 – число молекул в 1 м3 (концентрация).

Из уравнения Менделеева - Клайперона определяем n0

 (см. задачу 3):  (6)

где р – давление; k = 1,38·10 –23 Дж/К – постоянная Больцмана.

Подставляя (6) в уравнение (5), получаем: . (7)

Окончательный вид расчетной формулы для коэффициента диффузии найдем, подставляя выражения (4) и (7) в уравнение (2):

  . (8)

Плотность кислорода определяется по формуле:. С учетом (6) имеем: . (9)

Подставляя (9) и (8) в (3), получаем расчетную формулу для коэффициента внутреннего трения: .

Вычисляем: 

Ответ: .

Задача 6. Наружная поверхность кирпичной стены площадью 25 м2 и толщиной 37 см имеет температуру 259 К, а внутренняя поверхность–293 К. Помещение отапливается электроплитой. Определить ее мощность, если температура в помещении поддерживается постоянной. Теплопроводность кирпича  0,4 Вт/(м·К).

Дано:

S = 25 м2 

D = 37 см = 0,37 м

T1 = 259 K 

T2 = 293R

χ = 0,4 Вт/(м·К)

Решение:

Количество теплоты, прошедшее через наружную стену, определим по закону Фурье:

  (1)

где t – время протекания теплоты.

 

N - ?

За время t – электроплита должна выделить такое же количество теплоты:  (2)

Приравнивая правые части уравнений (1) и (2), получаем:

 ,

откуда 

Ответ: 0,92 кВт.

Формула Клапейрона-Клаузиуса

Поскольку уравнение Ван-дер-Ваальса учитывает собственный объем молекул и их взаимное притяжение на расстоянии (что проявляется в существовании фазовых переходов), то оно может быть использовано для выяснения связи температуры фазового перехода первого рода (испарение-конденсация или плавление-отвердевание) с изменением объема при фазовом переходе и с количеством теплоты, необходимым для изменения агрегатного состояния (например, для превращения воды в пар или льда в воду).

Сначала обратим внимание на возможность изобразить работу тепловой машины через площадь фигуры цикла не только в координатах давление-объем, но и в координатах температура-энтропия. Так, например, цикл Карно в этих координатах представляется прямоугольником, поскольку обратимые адиабатные процессы являются изоэнтропными и при dQ = 0 из уравнения (5.1) следует dS = 0 и значит S = const, а изотермы изображаются прямыми линиями, перпендикулярными оси температур. На рис.5 представлен цикл Карно в этих координатах.

Диаграмма цикла Карно в этих координатах хорошо иллюстрирует КПД цикла. Легко понять, что количество теплоты, полученное от нагревателя при температуре T1, выражается площадью прямоугольника между точками 1 и 2 и осью абсцисс, то есть Q1 = T1(S2 – S1). Количество теплоты, отданное холодильнику при температуре Т2, соответственно будет равно Q2 = T2(S2 – S1). КПД цикла Карно равен отношению площадей прямоугольников (Q1 - Q2)/Q1 = (T1 - Т2)/T1. Площадь, ограниченная на рисунках линиями цикла 1-2-3-4, отображает то количество теплоты, которое преобразуется тепловой машиной за цикл в механическую работу, независимо от того, идет ли речь об изображении цикла в координатах давление-объем (P,V) на рис.3 или в координатах температура-энтропия (T,S) на рис.5. Значит, эти площади можно приравнять. Если речь идет об элементарном цикле, то фигура из двух близких адиабат и двух близких изотерм дает в координатах (P,V) параллелограмм, а в координатах (T,S) – прямоугольник, площади которых равны

 dPdV = dTdS = dTdQ/T= dQ*dT/T.


В этом выражении отношение dT/T есть КПД элементарного цикла Карно, а dQ – количество полученной от нагревателя теплоты. Если применить полученную формулу к циклу, построенному на фазовом переходе, происходящем при постоянном давлении и постоянной температуре, и потом вычислить площадь цикла, проинтегрировав в первом случае по объему, а во втором по энтропии, то есть по количеству теплоты, поступающей в систему при фазовом переходе, то получим формулу

которая дает (после интегрирования) уравнение, связывающее изменение температуры фазового перехода при изменении давления в термодинамической системе с теплотой фазового перехода и изменением объема при изменении агрегатного состояния вещества, а именно уравнение Клапейрона-Клаузиуса

 dT (Vконечный – Vначальный )

 --- = Тперехода --------------------------- . (8.6)

 dP Qперехода

 

Применение этой формулы в практически интересных случаях (например, для вычисления изменения температуры кипения воды в скороварке или температуры плавления льда под лезвием конька) рассматривается в задачах к курсу термодинамики.


Деление кристаллов на диэлектрики, металлы и полупроводники