Для получения высокого вакуума в стеклянном сосуде необходимо
Устал с поисками информации? Мы тебе поможем!
Задача 1*. Для получения хорошего вакуума в стеклянном сосуде необходимо прогревать стенки сосуда при откачивании с целью удалить адсорбированный газ. Вычислить, на сколько может повыситься давление в сферическом сосуде радиусом r = 10 см, если адсорбированные молекулы перейдут со стенок в сосуд. Площадь поперечного сечения молекулы считать равной 10–15 см2, слой молекул мономолекулярный. Температура 300 К.
Ответ: р = 1,24 Па.
Задача 2. В сосуде находятся 10–10 кмоль кислорода и 10–6 г азота. Температура смеси 100 0С, давление смеси 10–3 мм рт. ст. Найти: 1) объем сосуда; 2) парциальные давления О2 и N2; 3) концентрацию молекул.
Ответ: 1) V = 3,16.10–3 м3; 2) = 0,1 Па, = 0,036 Па; 3) n = = 2,6 . 1019 м–3.
Задача 3. В сосуде объемом 2 л находится 10 г кислорода под давлением 0,9 . 105 Па. Найти: 1) среднюю квадратичную скорость молекул газа; 2) число молекул, находящихся в сосуде; 3) плотность газа.
Ответ: 1) Vкв = 230 ; 2) N = 1,9 . 1023; 3) r = 5 .
Задача 4. Найти кинетическую энергию теплового движения одной молекулы воздуха. Какую энергию имеют все молекулы, находящиеся в 1 г воздуха при температуре 15 0С?
Ответ: <wк> = 0,996 . 10–20 Дж; <Wк> = 206 Дж.
Задача 5. Молекула азота, летящая со скоростью 600 , ударяется нормально о стенку сосуда и упруго отскакивает от нее без потери скорости. Найти импульс силы, полученный стенкой сосуда за время удара.
Ответ: F t = 5,6 . 10–23 Н.с.
Задача 6. В сосуде емкостью 4 л находится 1 г воздуха. Какое количество молекул находится в 1 см3 этого сосуда? Какое давление будет газ оказывать на стенки сосуда при температуре 27 0С?
Ответ: n = 7,5 . 1019 см–3; р = 3 . 105 Па.
Задача 7. Сколько молекул будет находиться в 1 см3 сосуда, если он откачан до разрежения, создаваемого современными лабораторными насосами (р = 1,333 . 10–9 Па). Т=273К.
Ответ: N = 3,4 . 105 .
Задача 8. В сосуде находится смесь 10 г углекислого газа и 15 г азота. Найти плотность этой смеси при температуре 27 0С и давлении 1,5 . 105 Па.
Ответ: r =1,98 .
Задача 9. Найти отношение средних квадратичных скоростей молекул гелия и азота при одинаковых температурах.
Ответ: .
Задача 10*. Во сколько раз средняя квадратичная скорость пылинки, взвешенной в воздухе, меньше средней квадратичной скорости молекул воздуха? Масса пылинки 10–8 г, воздух считать однородным газом, масса 1 моль воздуха 29 . 10-3 .
Ответ: .
Задача 11. Средняя квадратичная скорость молекул газа 450 . Давление газа 5 . 104 Па. Найти плотность газа в этих условиях.
Ответ: r = 0,74 .
Задача 12. Чему равна энергия теплового движения 20 г кислорода при температуре 10 0С? Какая часть этой энергии приходится на долю поступательного движения и какая часть на долю вращательного?
Ответ: W = 3,7 . 103 Дж;
Задача 13. Кинетическая энергия поступательного движения молекул азота, находящегося в баллоне объемом 0,02 м3, равна 5 кДж, а средняя квадратичная скорость его молекул равна 2 . 103 . Найти количество азота в баллоне и давление, под которым находится азот.
Ответ: т = 2,5 . 10-3 кг; р = 1,67 . 105 Па.
Задача 14. Какое число молекул двухатомного газа занимает объем V = 10 см3 при давлении р = 5,3 . 103 Па и температуре 27 0С? Какой энергией теплового движения обладают эти молекулы?
Ответ: N = 1,3 . 1019; U = 0,133 Дж.
Задача 15. 1. Найти среднюю квадратичную скорость молекул газа, плотность которого при давлении 750 мм рт.ст. равна 8,2.10–5 . 2. Чему равна масса одного киломоля этого газа, если плотность задана при температуре 17 0С?
Ответ: 1950 ; m = 2.10-3 .
Задача 16. Найти кинетическую энергию поступательного движения молекулы водяного пара при температуре t = 300 0С. Найти полную кинетическую энергию этой молекулы, а также кинетическую энергию всех молекул одного киломоля пара.
Ответ:
Задача 17. При какой температуре молекулы гелия имеют такую же среднюю квадратичную скорость, как молекулы водорода при температуре t = 15 0C?
Ответ: Т = 576 К.
Задача 18. Колба емкостью 4 л содержит некоторый газ массой 0,6 г под давлением 2 . 105 Па. Определить среднюю квадратичную скорость молекул газа. Что это за газ? (Т = 273 К).
Ответ: <Vкв> = 2000 ; m = 17 . 10–3 .
Задача 19. Сколько молекул воздуха выходит из комнаты объемом 120 м3 при повышении температуры от t1 =15 0C до t2 = 25 0C? Атмосферное давление 105 Па.
Ответ: DN = 0,1×1027.
Задача 20. Найти кинетическую энергию вращательного движения одной молекулы кислорода при температуре 13 0С, а также кинетическую энергию вращательного движения всех молекул, содержащихся в 4 г кислорода.
Ответ: <wвр> = 3,94 . 10–21 Дж; Wвр = 296 Дж.
Задача 21. Средняя длина свободного пробега молекулы углекислого газа при нормальных условиях равна 4 . 10–8 м. Какова средняя арифметическая скорость молекул? Сколько столкновений в секунду испытывает молекула?
Ответ: <V> = 362 ; Z = 9,05 . 109с-1.
Задача 22. Определить давление идеального газа, имеющего концентрацию молекул 1025м–3, если температура газа: 1) Т = 3 К; 2) Т = 1000 К.
Ответ: 1) р = 4,14 . 10-2 Па; 2) р = 1,38 . 10–5 Па.
Задача 23. Сколько молекул газа содержится в баллоне емкостью V = 20 л при температуре t = 27 0C и давлении р = 50 атм?
Ответ: N = 2,41 . 1025 молекул.
Задача 24. Определить число молей v и число N молекул газа, содержащегося в колбе емкостью V = 2,4 . 10–4 м3, если температура газа t = 20 0С и давление p = 380 мм рт. ст.
Ответ: v = 5 . 10-3 моль; N = 3 . 1021 молекул.
Задача 25. Давление газа р = 10–6 мм рт. ст., концентрация молекул n = 1015 м–3. Найти: 1) среднюю кинетическую энергию <w> поступательного движения одной молекулы; 2) температуру газа.
Ответ: <w> = 2 . 10–19 Дж; Т = 9650 К.
Задача 26. Определить среднее значение полной кинетической энергии <w> одной молекулы гелия, кислорода и водяного пара при температуре Т = 400 К.
Ответ: <w1> = 8,28 . 10–21 Дж; <w2> = 13,8 . 10–21 Дж; <w3> = = 16,6 . 10–21 Дж.
Задача 27. Баллон содержит азот массой m = 2 г при температуре t = 7 0C. Определить суммарную кинетическую энергию поступательного движения всех молекул газа.
Ответ: <W> = 250 Дж.
Задача 28. Газ занимает объем V = 2 л под давлением р = 5 атм. Определить суммарную кинетическую энергию поступательного движения молекул газа.
Ответ: W = 1,52 . 103 Дж.
Задача 29. Баллон содержит водород массой m = 10 г при температуре t = 7 0С. Определить суммарную кинетическую энергию поступательного движения и полную кинетическую энергию всех молекул газа.
Ответ: Wпост = 1,75 . 104 Дж; Uполн = 2,9 . 104 Дж.
Задача 30*. Взвешенные в воздухе мельчайшие пылинки движутся так, как если бы они были очень крупными молекулами. Какова средняя квадратичная скорость <Vкв> пылинки массой m = 10–10 г, если температура воздуха t = 27 0C?
Ответ: Vкв = 3,52 . 10–4 .
Задача 31*. Смесь гелия и аргона находится при температуре Т = 1200 К. Определить среднюю квадратичную скорость и среднюю кинетическую энергию поступательного движения атомов гелия и аргона.
Ответ: гелий: 2730 ; 2,48 . 10–20 Дж; аргон: 864 ; 2,48 . 10–20 Дж.
Задача 32*. Во сколько раз средняя квадратичная скорость молекул кислорода больше средней квадратичной скорости пылинки массой m = 10–8 г, находящейся среди молекул кислорода?
Ответ: .
Задача 33*. Катод рентгеновской трубки имеет вид диска с площадью S = 1 см2. Найти числомолекул воздуха, ударяющихся за одну секунду о катод при давлении р = 1,33 . 10–2 Па и температуре t = 15 0C.
Ответ: 3,85 . 1016 с-1.
Задача 34*. Можно ли считать вакуум с давлением р = 1,3 . 10–4 Па высоким, если он создан в колбе диаметром d = 20 см, содержащей азот при температуре t = 0 0С ?
Ответ: вакуум высокий, так как длина свободного пробега молекул <l> =72,7 м много больше d .
Задача 35*. Найти плотность разреженного водорода, если средняя длина свободного пробега молекул <l> = 1 см.
Ответ: r = 1,5 . 10–6 .
Задача 36. Определите давление, оказываемое газом на стенки сосуда, если его плотность равна 0,01 , а средняя квадратичная скорость газа составляет 480 .
Ответ: р = 768 Па.
Задача 37.Определите наиболее вероятную скорость молекул газа, плотность которого при давлении 40 кПа составляет 0,35 .
Ответ: vв = 478 .
Задача 38.Определите среднюю кинетическую энергию поступательного движения молекул газа, находящегося под давлением 0,1 Па. Концентрация молекул газа равна 1013 см-3.
Ответ: = 1,5×10-20 Дж.
Задача 39.Определите: 1) наиболее вероятную vв; 2) среднюю арифметическую ; 3) среднюю квадратичную скорость молекул азота (N2) при 27°С.
Ответ: 1) ; 2) ; 3) .
Задача 40.При какой температуре средняя квадратичная скорость молекул кислорода больше их наиболее вероятной скорости на 100 ?
Ответ: Т = 381 К.
Дата добавления: 2016-12-18; просмотров: 688 | Нарушение авторских прав | Мы поможем в написании ваших работ!
| Изречения для студентов
Читайте также:
Рекомендуемый контект:
Поиск на сайте:
© 2015-2021 lektsii.org – Контакты – Последнее добавление
Источник
#хакнем_физика ???? рубрика, содержащая интересный, познавательный контент по физике как для школьников, так и для взрослых ????
Если решая математические задачи, следует руководствоваться только условиями, в том числе и неявно заданными (например: находя градусную меру одного из смежных углов в случаях, когда известна градусная мера другого, непременной частью условия является значение суммы градусных мер смежных углов, равной 180 град.), то при решении физических задач следует учитывать ВСЕ физические явления и процессы, влияющие на результат рассматриваемой в задаче ситуации.
Вот для примера известная и часто встречающаяся во многих учебниках и сборниках задач, в том числе и олимпиадных (и не только для семиклассников) по физике.
ЗАДАЧА
В стакане с водой плавает кусок льда. Изменится ли уровень воды, когда лёд растает?
Прежде чем продолжить чтение, предлагаю читателю дать (хотя бы для себя) обоснованный ответ на вопрос задачи…
В «Сборнике вопросов и задач по физике» [Н.И. Гольдфарб, изд. 2, «Высшая школа», М.: 1969] эта задача, помещённая как часть № 10.7 на стр. 48, на стр.193 приводится ответ:
«Лёд вытесняет воду, вес которой равен весу льда. Когда лёд растает, образуется такое же количество воды, поэтому уровень не изменится».
Такой же ответ приводится и во многих других сборниках…
А вот в популярнейшем и по сей день, выдержавшим множество изданий трёхтомнике «Элементарный учебник физики» под редакцией академика Г.С. Ландсберга [т. I, изд. 7, стереотипное, «Наука», М.: 1971] ответа на эту задачу (№ 162.2, стр. 351) не приводится. И это не случайно!
Что же не учтено в вышеприведённом ответе? Правильно! Не учтено, что при таянии льда вода в стакане охлаждается — именно поэтому мы и бросаем туда кусочек льда!
Вот как должен выглядеть правильный ответ:
«При таянии льда вода в стакане охлаждается. При охлаждении все вещества уменьшаются в объёме. Однако вода, единственная из всех известных веществ, имеет наибольшую плотность при температуре +4 град. С, а это значит, что при дальнейшем охлаждении данная масса воды увеличивается в объёме, что, как мне это было известно из курса природоведения в 5 классе (1961/1962 учебный год), является условием сохранения жизни на Земле, поскольку позволяет достаточно глубоким водоёмам не промерзать до самого дна!).
При этом возможно три варианта развития ситуации:
I. Если температура воды до начала таяния льда была выше 4 град. С и, хотя и понизилась после таяния льда, но осталась выше этой температуры, то уровень воды в стакане уменьшится.
II. Если температура воды до начала таяния льда была ниже 4 град. С, а после таяния льда ещё и уменьшилась, то уровень воды в стакане увеличится.
III. В случае, когда начальная температура воды была выше 4 град. С, а после того как лёд растаял, оказалась ниже этой температуры, то об уровне ничего определённого сказать нельзя — нужны конкретные данные о температуре и массе воды и льда, чтобы дать точный ответ на вопрос задачи!».
С этой задачей связана для меня одна интересная история.
Лет 15 назад во дворе дома, в котором я живу, ко мне с грустным выражением лица подошёл паренёк по имени Серёжа и попросил помочь подготовиться к предстоящей ему завтра апелляции по физике в нашем Политехническом институте (ныне Технический университет).
Поскольку времени было слишком мало, то я ограничился советом: если, по его мнению, апелляция пройдёт не очень удачно, и надежды исправить тройку на вступительном экзамене не будет, то попросить экзаменатора ответить на вопрос этой задачи и заставил его дословно вызубрить приведённый выше ответ и даже отработал с ним интонацию изложения этого ответа. На следующий вечер он подошёл ко мне с достаточно счастливым видом.
Вот его рассказ, каким я его запомнил:
«Всё получилось так, как Вы и хотели. Апелляцию проводили два человека: профессор и ассистент кафедры общей физики института. Мне выпало общаться с ассистентом, а профессор в это время общался с другим абитуриентом.
В ответ на мою просьбу ответить на мой вопрос ассистент слегка улыбнувшись сказал: «Пожалуйста…».
«После того, как я проговорил условие задачи, ассистент, широко улыбнувшись, произнёс: «Ну, это известная задача. Уровень воды не изменится — это следует из закона Архимеда: плавающий лёд вытесняет массу воды, равную массе льда. Образовавшаяся при таянии льда вода заполнит тот объём, который занимал в воде плавающий лёд…».
«Позвольте с Вами не согласиться», — начал я и затем совершенно спокойно слово в слово пересказал заготовленный нами ответ…
В это время профессор жестом остановил своего абитуриента и стал внимательно меня слушать…
Когда я закончил, возникла небольшая пауза…Профессор, обращаясь к ассистенту спросил: «Что скажешь?».
«Кажется, всё верно», — неуверенно ответил тот, на что профессор сказал, что никогда ещё не слышал столь аргументированного ответа, после чего, уже обращаясь ко мне, добавил: «Молодой человек, мы, к сожалению, не можем поднять Вам оценку сразу на два балла, но четвёрку Вы очевидно заслужили!»».
Мне остаётся лишь добавить, что Серёжа был зачислен студентом!…
Наши читатели могут поделиться своим мнением по поводу решения задачи. Если вам было интересно, не забудьте подписаться на наш канал и хэштег #хакнем_физика
Автор: #себихов_александр 71 год, много лет проработал конструктором-технологом микроэлектронных приборов и узлов в одном из НИИ г. Саратова, затем преподавателем математики и физики.
Другие статьи автора:
Вы читаете контент канала “Хакнем Школа”. Подпишитесь на наш канал, чтобы не терять его из виду.
Источник