Кинетическая энергия газа в сосуде

8. Молекулярно-кинетическая теория

1. Вспоминай формулы по каждой теме

2. Решай новые задачи каждый день

3. Вдумчиво разбирай решения

Идеальный газ находится в закрытом сосуде при нормальном атмосферном давлении. При неизменной концентрации молекул средняя кинетическая энергия хаотического теплового движения молекул уменьшается на 5 %. Определите конечное давление газа. Ответ выразите в кПа.

Средняя кинетическая энергия теплового движения молекул идеального газа прямо пропорциональна абсолютной температуре: [E_k=dfrac{3}{2}kT] где (k) – постоянная Больцмана.

При уменьшении энергии на 5% абсолютная температура также уменьшится на 5%.

Запишем формулу для расчета давления газа: [p=nkT] где (n) – это концентрация газа, (k) – постоянная Больцмана, (T) – температура газа в Кельвинах. Запишем это уравнение для конечного и начального состояния газа: [begin{cases} p_2=nkT_2 hspace{5 mm} (1) \ p_1=nkT_1 hspace{5 mm} (2) \ end{cases}] Поделим (1) на (2): [dfrac{p_2}{p_1}=dfrac{T_2}{T_1}=0,95] [p_2=0,95p_1=0,95cdot10^5 text{ Па}=95 text{ кПа}]

Ответ: 95

В ходе эксперимента давление разреженного газа в сосуде снизилось в 5 раз, а средняя энергия теплового движения его молекул уменьшилась в 2 раза. Во сколько раз уменьшилась при этом концентрация молекул газа в сосуде

“Демоверсия 2020”

Средняя кинетическая энергия: [E=dfrac{3}{2}kT] Значит температура тоже уменьшилась в 2 раза.

Из основного уравнения МКТ: [p=nkT] Если давление упало в 5 раз, а температура упала лишь в 2, то концентрация упадет в 2,5 раз.

Ответ: 2,5

Каково давление газа, если при температуре (t=77) (^{circ})С в одном кубическом сантиметре находится (10^{15}) молекул? (Ответ дайте в Па и округлите до сотых.)

Запишем формулу для расчета давления газа: [hspace{5 mm} p=nkT hspace{5 mm} (1)] где (n) – это концентрация газа, (k) – постоянная Больцмана, (T) – температура газа в Кельвинах.

Концентрация газа вычисляется по формуле: [hspace{5 mm} n=dfrac{N}{V} hspace{5 mm} (2)] где (N) – количество молекул газа, (V) – объем, который занимает газ.

Подставим (2) в (1): [p=dfrac{N}{V}kT] [p =dfrac{10^{15}}{10^{-6}text{ м}^3}cdot1,38cdot10^{-23}text{ }dfrac{text{Дж}}{text{К}}cdot350text{ К}=4,83 text{ Па}]

Ответ: 4,83

При уменьшении абсолютной температуры на 600 К средняя кинетическая энергия теплового движения молекул аргона уменьшилась в 4 раза. Какова конечная температура аргона?

“Демоверсия 2021”

Средняя кинетическая энергия движения: [E=dfrac{3}{2}kT] Пусть (T_0) – начальная температура, (T_k=T_0+600) – конечная температура. тогда [T_0+600=4T_0 Rightarrow 3T_0=600 Rightarrow T_0=200text{ К}]

Ответ: 200

Во сколько раз изменится давление разреженного одноатомного газа, если абсолютная температура газа уменьшится в 2 раза, а концентрация молекул увеличится в 2 раза?

Запишем формулу для расчета давления газа: [p=nkT] где (n) – это концентрация газа, (k) – постоянная Больцмана, (T) – температура газа в Кельвинах.

При уменьшении температуры в 2 раза и увеличении концентрации в 2 раза давление не изменится.

Ответ: 1

При понижении абсолютной температуры идеального газа его средняя кинетическая энергия уменьшилась в 3 раза. Если начальная температура составляла 600 К, то чему будет равна температура газа при новых условиях?

Связь температуры газа со средней кинетической энергией поступательного теплового движения его частиц: [E_k=dfrac{3}{2}kT] где (k) – постоянная Больцмана.

При понижении кинетической энергии температура также будет уменьшаться.

Начальная температура равна 600 К, конечная температура составит: [T_text{к}=dfrac{T_text{н}}{3}=200 text{ К}]

Ответ: 200

Концентрацию молекул одноатомного идеального газа уменьшили в 1,5 раза. Одновременно среднюю энергию хаотичного движения молекул газа увеличили в 3 раза. Чему равно отношение конечного давления к начальному?

Запишем формулу для вычисления давления одноатомного идеального газа, если известна концентрация и средняя энергия хаотичного движения молекул: [p=dfrac{2}{3}nE_k] Таким образом, если хаотичное движение молекул увеличили в 3 раза, а концентрацию молекул уменьшили в 1,5 раза, то отношение конечного давления к начальному будет равно 2.

Ответ: 2

Метод рационализации запретили? ????

Разоблачение. Как не получить 0 баллов за №15 на ЕГЭ 2021?

Математика: Метод рационализации запретили? ????

Источник

Физика, 10 класс

Урок 18. Основное уравнение МКТ

Перечень вопросов, рассматриваемых на уроке:

1) средняя кинетическая энергия молекулы;

2) давление газа;

3) основное уравнение МКТ;

Глоссарий по теме:

Давление идеального газа пропорционально произведению концентрации молекул и средней кинетической энергии поступательного движения молекул.

Средняя кинетическая энергия молекул – усреднённая величина, равная половине произведения массы молекулы на среднюю величину квадрата её скорости.

Концентрация – число молекул в единице объёма.

Масса молекулы (или атома) – чрезвычайно маленькая величина в макроскопических масштабах (граммах и килограммах), вычисляется через отношение массы вещества к количеству содержащихся в ней молекул (или атомов).

Изменение импульса тела – произведение силы на время действия силы. Импульс силы всегда показывает, как изменяется импульс тела за данное время.

Основная и дополнительная литература по теме урока:

1. Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б., Сотский Н.Н. Физика.10 класс. Учебник для общеобразовательных организаций М.: Просвещение, 2017. С. 188 – 192.
2. Кирик Л.А., Генденштейн Л.Э., Гельфгат И.М.. Задачи по физике. 10-11 классы для профильной школы. – М.: Илекса, 2010. С. 111.
3. Рымкевич А.П. Физика. Задачник. 10-11 классы. – М.: Дрофа, 2013. С. 65 – 67.

Открытые электронные ресурсы по теме урока:

1. https://kvant.mccme.ru/1991/09/idealnyj_gaz_-_universalnaya_f.htm
2. https://kvant.mccme.ru/1983/10/davlenie_idealnogo_gaza.htm
3. https://kvant.mccme.ru/1987/09/davlenie_gaza_v_sosude.htm

Теоретический материал для самостоятельного изучения

Основная задача молекулярно-кинетической теории газа заключается в том, чтобы установить соотношение между давлением газа и его микроскопическими параметрами – массой молекул, их средней скоростью и концентрацией. Это соотношение называется основным уравнением молекулярно-кинетической теории газа.

Давление газа на стенку сосуда обусловлено ударами молекул, давление газа пропорционально концентрации молекул: чем больше молекул в единице объема, тем больше ударов молекул о стенку за единицу времени. Каждая молекула при ударе о стенку передает ей импульс, пропорциональный импульсу молекулы m0v.

Давление пропорционально второй степени скорости, так как, чем больше скорость молекулы, тем чаще она бьется о стенку сосуда. Расчеты показывают, что основное уравнение молекулярно-кинетической теории идеального газа имеет вид:

, где m0 – масса одной молекулы газа,

n- концентрация молекул,

– среднее значение квадрата скорости молекул.

Коэффициент обусловлен трёхмерностью пространства – во время хаотического движения молекул все три направления равноправны.

Средняя кинетическая энергия поступательного движения

тогда уравнение примет вид:

Давление идеального газа пропорционально произведению концентрации молекул на среднюю кинетическую энергию поступательного движения молекулы.

Примеры и разбор решения заданий.

1. К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию второго:

Правильный ответ: вспомнив формулы величин, устанавливаем соответствие:

2. Кислород находится при нормальных условиях. Средняя квадратичная скорость молекул кислорода в этом случае равна ___ м/с.

Решение:

Ответ: 460 м/с.

Источник