Меню

Давление газа плотность газа внутренняя энергия b1

Давление газа плотность газа внутренняя энергия b1

В результате охлаждения разреженного аргона его абсолютная температура уменьшилась в 4 раза. Во сколько раз уменьшилась при этом средняя кинетическая энергия теплового движения молекул аргона?

Температура — это мера средней кинетической энергии молекул идеального газа Уменьшение абсолютной температуры газа в 4 раза приведет к уменьшению в 4 раза средней кинетической энергии молекул аргона.

Для анализа изотермического, изобарного и изохорного процессов над фиксированным количеством идеального газа используют первое начало термодинамики: Передаваемое количество теплоты при:

А) Изотермическом процессе

Б) Изобарном процессе

В) Изохорном процессе

1) Идет на увеличение его внутренней энергии

2) Полностью превращается в работу

3) Идет на увеличение его внутренней энергии и на работу

ИЗОПРОЦЕСС ФИЗИЧЕСКОЕ ЯВЛЕНИЕ

К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию второго столбца и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

Вспомним все, что может потребоваться при решении данной задачи.

Для идеального газа внутренняя энергия зависит только от температуры: следовательно, изменить внутреннюю энергию идеального газа можно, только нагрев или охладив его. Работа газа всегда связана с изменением его объема, если газ расширяется, он совершает положительную работу, если сжимается, то отрицательную. Наконец, идеальный газ подчиняется уравнению состояния Клапейрона-Менделеева:

При изотермическом процессе, температура остается неизменной, поэтому внутренняя энергия идеального газа не изменяется, а значит, согласно первому началу термодинамики, все переданное тепло полностью превращается в работу (А — 2). При изобарном, процессе, то есть при постоянном давлении, согласно уравнению Клапейрона-Менделеева, меняется как температура, так и объем газа, а значит в правой части первого начала термодинамики отличны от нуля оба слагаемых: тепло идет и на увеличение внутренней энергии газа, и на работу (Б — 3). Наконец, при изохорном процессе, объем газа фиксирована. Следовательно, все тепло идет на изменение внутренней энергии (В — 1).

Источник

Физика для чайников. Урок 14. Уравнение состояния идеального газа

На прошлом уроке я обещал, что объясню, что такое 1 градус температуры через работу идеального газа. Для начала, давайте определимся, а что такое идеальный газ ? В природе, конечно, идеальных газов не существует, это лишь математическая модель. Но многие реальные газы при обычных условиях (если нет экстремальных плотностей, температур и давлений) ведут себя практически как идеальный газ (с небольшими отклонениями).

И так, идеальный газ обладает следующими свойствами (допущениями):

· Потенциальной энергией взаимодействия молекул можно пренебречь.

· Суммарный объем самих молекул газа пренебрежительно мал.

· Соударения между молекулами абсолютно упругие.

· Временем взаимодействия молекул между собой так же можно пренебречь.

Такой вот идеальный газ описывается формулой, которая еще и называется уравнение Клапейрона-Менделеева:

Здесь p – это давление газа, V — его объем, m – масса газа, M – это такая хитрая величина, называемая молярная масса, которая обозначает массу одного моля вещества. А моль – это 6,022•1023 молекул. Буквой T обозначена температура в градусах Кельвина, R — универсальная газовая постоянная, равная 8,314 Дж/(моль•K). Физический смысл универсальной газовой постоянной состоит в том, что она равна работе(энергии), которую совершает идеальный газ при расширения, когда его нагревают на 1 градус при постоянном давлении (это называется изобарическим расширением ).

Таким образом, у нас теперь есть определение, что такое 1 градус. Это 8,314 Дж энергии на каждый моль идеального газа. А что такое Джоуль? Это энергия, затраченная при работе силы в 1 Ньютон при перемещении тела на 1 метр. Подробнее смотри урок ( Физика для чайников. Урок 11. Энергия. Закон сохранения энергии ). Стоит, однако заметить, что в случае реального газа, а также жидкого или твёрдого вещества, это соотношение не соблюдается. Почему? Помните, в уроке ( Физика для чайников. Урок 13. Что такое температура ) я давал определение температуры через энтропию? Так вот, на энтропию влияет взаимодействие между атомами и молекулами. Именно поэтому теплоемкость (количество энергии, которое нужно, чтобы нагреть на 1 градус единицу вещества) газов и не газов может быть совершенно разная.

А теперь вернемся к уравнению состояния идеального газа. Что такое V (объем), думаю, понятно. Константу R и соотношение m/M мы тоже разобрали. Теперь разберем, что такое давление, если кто не знает. Давление – это отношение силы к площади, на которую давит данная сила. Давление тем больше, чем меньше площадь (а значит, действие силы). Простая иллюстрация: вы идет по снегу, и проваливаетесь. Но стоит встать на лыжи – и вы можете нормально передвигается по тому же самому снегу. Сила тяжести осталась та же самая – ваш вес почти не изменился (добавился вес лыж – но это не существенно). Так почему вы теперь не проваливаетесь? А потому, что площадь лыж больше, чем площадь ваших ступней.

Теперь некоторые следствия из уравнения Клапейрона-Менделеева:

· Если сжать газ при постоянной температуре, его давление повыситься.

· Если нагревать газ при постоянном давлении, он будет расширятся.

· Если нагревать газ при постоянном объеме (например, в замкнутом сосуде), то давление повыситься. Сосуд, кстати, если он непрочный, может разорвать.

· Если накачивать газ в некий сосуд, при этом сохраняя постоянную температуру, то давление газа на стенки сосуда так же повыситься.

Источник

Давление газа плотность газа внутренняя энергия b1

В цилиндре под поршнем находится некоторое количество идеального одноатомного газа, среднеквадратичная скорость молекул которого равна u = 440 м/с. В результате некоторого процесса объём газа уменьшился на α = 20%, а давление выросло на β = 80%. Каким стало новое значение v среднеквадратичной скорости молекул этого газа?

Среднеквадратичная скорость молекул идеального газа при температуре T равна где k — постоянная Больцмана, m — масса одной молекулы этого газа. Учитывая соотношение

где R — универсальная газовая постоянная, M — молярная масса газа, — постоянная Авогадро, выразим среднеквадратичную скорость молекул в виде Согласно уравнению Клапейрона–Менделеева, где p — давление газа, V — объём сосуда, m — масса газа. Из этих выражений следует, что Тогда начальная и конечная среднеквадратичные скорости равны и

В молекулярной физике используется понятие «идеальный газ». Это понятие применимо тогда, когда можно пренебречь:

А. Средней кинетической энергией поступательного движения атомов или молекул.

Б. Энергией взаимодействия атомов или молекул, то есть действием сил притяжения или отталкивания.

В. Массой атомов или молекул.

Какое(-ие) из утверждений правильно(-ы)?

Идеальный газ — это математическая модель газа, в которой предполагается, что потенциальной энергией взаимодействия молекул (или атомов) можно пренебречь по сравнению с их кинетической энергией. В этой модели предполагается, что между молекулами не действуют силы притяжения или отталкивания, соударения частиц между собой и со стенками сосуда абсолютно упруги.

Таким образом, утверждение Б верно, утверждение А не верно. Поскольку кинетической энергией в модели идеального газа не пренебрегают, то не могут пренебрегать и массой частиц газа, так как кинетическая энергия этой массе пропорциональна. Следовательно, для применимости модели идеального газа необходимо выполнение только требования Б.

Неужели молекулы не взаимодействуют при соударении? А раз взаимодействуют, то и энергия взаимодействия должна быть.

Молекулы взаимодействуют как бильярдные шары. Можно, конечно, ввести понятие энергии их взаимодействия. Она оказывается равна нулю, когда молекулы не соприкасаются, и обращается в бесконечность, когда расстояние между их центрами становится меньше диаметра молекул. Это обеспечивает то, что молекулы не способны проникать друг в друга. В данном задании спрашивается об энергии взаимодействия на расстоянии, как, например, об вандерваальсовом взаимодействии. Такой энергией в модели идеального газа пренебрегают по сравнению с кинетической энергией.

В двух сосудах находится по одному молю разных идеальных газов. Можно утверждать, что

1) число молекул, также как и число атомов в этих сосудах одинаково

2) число атомов в этих сосудах одинаково

3) число молекул в этих сосудах может быть различным

4) число атомов в этих сосудах может быть различным

Количество вещества — это физическая величина, характеризующая количество однотипных структурных единиц, содержащихся в веществе. То есть эта величина «пересчитывает» количество молекул. В 1 моле любого газа всегда одинаковое количество молекул, равное числу Авогадро, а вот атомов может быть разное количество. Например, если один газ одноатомный, то в нём атомов столько же, сколько и молекул, а для двухатомного газа — количество атомов вдвое больше, чем количество молекул. Таким образом, среди приведённых утверждений всегда справедливо только утверждение под номером 4.

Спасибо вам большое за этот сайт!))

Добрый день! Сложно согласиться с логикой утверждения 4.

Действительно, если один газ одноатомный, а другой — двухатомный, то утверждение «число атомов в этих сосудах может быть различным» является верным.

Но что, если газ А одноатомный и Б — тоже одноатомный? Тогда утверждение 4 перестает быть верным.

Почему же, все хорошо. Вот именно, что «может». Это допускает возможность, но при некотором стечении обстоятельств этой возможности просто не возникает. Все зависит от того, каковы составы газов, совпадает ли структура.

отличный сайт для подготовки.

Открываем учебник Мякишева за 10-ый класс, читаем определение идеального газа: «Идеальный газ — это теоретическая модель газа, в которой не учитываются размер молекул (они считаются материальными точками) и их взаимодействия между собой (за исключением случаев непосредственного столкновения).» В соответствии со школьным определением идеального газа, идеальный газ может быть только одноатомным! Неодноатомный идеальный газ имеет место быть лишь в вузовской программе, когда рассматривается связь внутренней энергии газа с количеством степеней свободы молекулы. Поэтому правильный ответ, с точки зрения школьной программы — 1.

Пренебрегать размером молекул можно с тем же успехом, что и размером атомов. Идеальный газ может быть молекулярным.

В закрытом сосуде находится идеальный газ при давлении 105750 Па и температуре, соответствующей среднеквадратичной скорости теплового хаотического движения молекул 494 м/с. Чему равна плотность этого газа? Ответ выразите в кг/м 3 и округлите до десятых долей.

Средняя энергия теплового движения молекул связана с абсолютной температурой газа соотношением

где — масса одной молекулы.

По определению среднеквадратичная скорость равна

Согласно уравнению состояния идеального газа давление связано с температурой газа

Тогда преобразуем предыдущее уравнение

Учитывая то, что плотность газа — это произведение массы одной молекулы на концентрацию газа, получим

В результате некоторого процесса концентрация молекул идеального газа уменьшилась в 2 раза, а давление возросло в 4 раза. Во сколько раз изменилась средняя кинетическая энергия поступательного теплового движения молекул идеального газа, если число молекул было неизменным?

Давление идеального газа связано со средней кинетической энергией поступательного движения молекул и концентрацией соотношением

Если давление возросло в 4 раза, а концентрация уменьшилась в 2 раза, то средняя кинетическая энергия молекул идеального газа увеличилась в 8 раз.

Идеальный одноатомный газ, находящийся в герметично закрытом сосуде с жёсткими стенками, нагревают. Как изменяются в этом процессе следующие физические величины: концентрация молекул, внутренняя энергия газа, теплоёмкость газа?

Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:

Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.

Концентрация молекул Внутренняя энергия газа Теплоёмкость газа

Поскольку газ находится в сосуде с жёсткими стенками, его объём не изменяется. Количество газа в ходе процесса также остаётся постоянным, а значит, концентрация молекул не изменяется.

Внутренняя энергия фиксированного одноатомного идеального газа зависит только от температуры:

следовательно, при нагревании газа, его внутренняя энергия увеличивается.

Теплоёмкость — это физическая величина, показывающая, какое количество теплоты надо сообщить системе, чтобы нагреть её на один градус. Согласно первому началу термодинамики, передаваемое газу тепло идёт на изменение его внутренней энергии и на работу против внешних сил: Так как объём газа фиксирован, работы он не совершает, а значит всё передаваемое тепло идёт на изменение внутренней энергии. Таким образом, теплоёмкость даётся выражением:

Следовательно, теплоёмкость в ходе данного процесса остаётся неизменной.

В сосуде А находится 28 г молекулярного азота, а в сосуде Б — 44 г углекислого газа. В каком сосуде находится больше атомов?

3) В сосудах А и Б содержится примерно одинаковое число атомов

4) в сосуде, объем которого больше

Это задание — удобный повод вспомнить, что атомы и молекулы — не одно и тоже.

Определим, какое количество газов содержится в обоих сосудах. Поскольку молярная масса молекулярного азота равна а молекулярная масса углекислого газа — заключаем, что в обоих сосудах по одному моль вещества. Количество вещества — это физическая величина, характеризующая количество однотипных структурных единиц, содержащихся в веществе. То есть эта величина «пересчитывает» количество молекул. Если теперь вспомнить, что молекула азота состоит из двух атомов, а молекула углекислого газа — из трех, то сразу ясно, что атомов в сосуде с углекислым газом приблизительно в полтора раза больше.

А если бы количество вещества было не по одному молю, а, скажем, в первом сосуде 2 , а во втором 1 моль, то, в целом, число атомов будет различное, т.к. в формуле азота два атома, а в молекуле углекислого газа -три?

Учитель записал на доске три утверждения, относящиеся к молекулам.

1. Размерами молекул можно пренебречь.

2. Молекулы при столкновениях взаимодействуют как упругие шары.

3. При любом расстоянии между молекулами между ними действуют силы притяжения.

Какие из этих утверждений нельзя соотнести с моделью идеального газа?

1) все три утверждения

2) только третье утверждение

3) первое и второе утверждения

4) первое и третье утверждения

В модели идеального газа предполагается, что частицы газа малы по сравнению со средним расстоянием между ними, то есть размерами частиц газа пренебрегаем. Частицы взаимодействуют только при столкновения, то есть сил притяжения между ними нет. При этом в столкновениях частицы взаимодействую как упругие шары. Таким образом, верны первое и второе утверждения. То есть утверждение под номером три нельзя соотнести с моделью идеального газа, значит, правильный ответ указан под номером 2.

Правильный ответ указан под номером 2.

в решении говорится о том, что правильные утверждения 1 и 2, следовательно это 3) вариант ответа, а не 2), в котором говорится, что верно только утверждене 3

«Какие из этих утвер­жде­ний нель­зя со­от­не­сти с мо­де­лью иде­аль­но­го газа?»

С разреженным азотом, который находится в сосуде под поршнем, провели два опыта. В первом опыте газу сообщили, закрепив поршень, количество теплоты в результате чего его температура изменилась на некоторую величину Во втором опыте, предоставив азоту возможность изобарно расширяться, сообщили ему количество теплоты в результате чего его температура изменилась также на Каким было изменение температуры в опытах? Масса азота

Согласно первому началу термодинамики

где — приращение внутренней энергии газа (одинаковое в двух опытах), A — работа газа во втором опыте. Вычитая (1) из (2), получаем

Работа A совершалась газом в ходе изобарного расширения, так что

( — изменение объёма газа).

С помощью уравнения Клапейрона — Менделеева эту работу можно выразить через приращение температуры газа:

Из уравнений (3), (4) и (5) получаем

Ответ:

Существует более короткое решение, однако для него требуется знание формулы для изменения внутренней энергии двухатомного газа: В этой формуле стоит 5/2 вместо привычных 3/2, это отражает тот факт, что у двухатомных молекул 5 степеней свободы (два вращения + три поступательных движения) в отличие от одноатомных молекул, у которых есть только три поступательных движения. (Замечание: для многоатомных молекул (состоящих из трех и более атомов) справедлива формула так как для них есть шесть степеней свободы: три вращения + три поступательных движения).

Рассмотрим первый опыт. Согласно первому началу термодинамики, все переданное газу тепло идет на изменение его внутренней энергии, поскольку поршень фиксирован, и газ не может совершать работу:

Отсюда сразу находим изменение температуры азота:

Обратите внимание, что данные задачи избыточны, в этом способе решения нам вообще не потребовались данные о втором опыте.

— это молярная масса, ее можно найти в разделе Справочник (в начале варианта ЕГЭ)

С разреженным азотом, который находится в сосуде под поршнем, провели два опыта. В первом опыте газу сообщили, закрепив поршень, количество теплоты в результате чего его температура изменилась на 1 К. Во втором опыте, предоставив азоту возможность изобарно расширяться, сообщили ему количество теплоты в результате чего его температура изменилась также на 1 К. Определите массу азота в опытах.

Согласно первому началу термодинамики,

(1)

(2)

где — приращение внутренней энергии газа (одинаковое в двух опытах), A — работа газа во втором опыте. Работа A совершалась газом в ходе изобарного расширения, так что

(3)

( — изменение объёма газа).

С помощью уравнения Клапейрона — Менделеева эту работу можно выразить через приращение температуры газа:

(4).

Решая систему уравнений (1)—(4), будем иметь

Ответ:

Существует более короткое решение, однако для него требуется знание формулы для изменения внутренней энергии двухатомного газа: В этой формуле стоит 5/2 вместо привычных 3/2, это отражает тот факт, что у двухатомных молекул 5 степеней свободы (два вращения + три поступательных движения) в отличие от одноатомных молекул, у которых есть только три поступательных движения. (Замечание: для многоатомных молекул (состоящих из трех и более атомов) справедлива формула так как для них есть шесть степеней свободы: три вращения + три поступательных движения).

Рассмотрим первый опыт. Согласно первому началу термодинамики, все переданное газу тепло идет на изменение его внутренней энергии, поскольку поршень фиксирован и газ не может совершать работу:

Отсюда сразу находим массу азота:

Обратите внимание, что данные задачи избыточны, в этом способе решения нам вообще не потребовались данные о втором опыте.

В сосуде находится смесь двух газов: молекул кислорода и молекул водорода. Каково отношение количеств вещества этих газов?

3)

В одном моль любого вещества находится молекул. Поскольку, согласно условию, в сосуде число молекул кислорода равно числу молекул водорода, заключаем, что количества вещества этих газов также совпадают. Следовательно,

Какое из приведенных ниже утверждений является правильным?

Для описания процессов, происходящих в разреженном газе, состоящем из молекул

А. гелия

Б. азота

достаточно учитывать только их поступательное движение.

Для разреженных газов применима модель идеального газа. Идеальный газ бывает одноатомный, двухатомный и многоатомный. Одноатомный газ имеет только поступательные степени свободы, для двухатомного и многоатомного газов добавляются вращательные степени свободы, это, например, сказывается на теплоемкости соответствующих газов.

Молекулы гелия одноатомны, поэтому для них достаточно учитывать только поступательное движение при описании процессов, происходящих в разреженном газе, а вот молекулы азота двухатомны, а значит, данное приближение для них недостаточно.

Средняя кинетическая энергия поступательного движения молекул одноатомного идеального газа, находящихся при температуре +27 °С, равна В три раза большая средняя кинетическая энергия поступательного движения молекул этого газа будет при температуре .

Средняя кинетическая энергия поступательного движения молекул одноатомного идеального газа связана с его абсолютной температурой соотношением: Температуре +27 °С соответствует абсолютная температура Следовательно, в три раза большая средняя кинетическая энергия поступательного движения молекул этого газа будет при абсолютной температуре 900 К. выразим эту температуру в градусах цельсия:

Давление идеального газа прямо пропорционально

1) средней скорости его молекул

2) среднеквадратичной скорости его молекул

3) среднему квадрату скорости его молекул

4) квадрату средней скорости его молекул

Давление идеального газа можно найти по формуле Следовательно, давление идеального газа прямо пропорционально среднему квадрату скорости его молекул.

Правильный ответ указан под номером 3.

Да, а как насчет формулы p=1/3*n*m0* ^2 ?. Не зависит ли давление от сред­не­квад­ра­тич­ной ско­ро­сти его мо­ле­кул?

Здравствуйте! Нужно вспомнить, что средняя скорость молекул в идеальном газе равна нулю, а вот модуль средней скорости и среднее значение квадрата скорости не равны нулю.

Учитель записал на доске три утверждения, относящиеся к молекулам.

1. Размерами молекул можно пренебречь.

2. Молекулы при столкновениях взаимодействуют как упругие шары.

3. При любом расстоянии между молекулами между ними действуют силы притяжения.

Какие из этих утверждений можно соотнести с моделью идеального газа?

1) все три утверждения

2) только первое утверждение

3) первое и второе утверждения

4) первое и третье утверждения

В модели идеального газа предполагается, что частицы газа малы по сравнению со средним расстоянием между ними, размерами частиц газа пренебрегаем. Частицы взаимодействуют только при столкновения, то есть сил притяжения между ними нет. При этом в столкновениях частицы взаимодействую как упругие шары. Таким образом, верны первое и второе утверждения.

Правильный ответ указан под номером 3.

Какое(-ие) из утверждений правильно(-ы)?

A. Скорость диффузии увеличивается с ростом температуры.

Б. Скорость движения броуновской частицы не зависит от её массы.

B. Диффузия наблюдается в газах, жидкостях и твёрдых телах.

Диффузия — это процесс взаимного проникновения молекул одного вещества между молекулами другого, приводящий к самопроизвольному выравниванию их концентраций по всему занимаемому объёму. Он происходит за счет непрерывного хаотического движения молекул. Как известно, увеличение температуры приводит к увеличению скорости теплового движения: Утверждение А верно.

Поскольку тепловое движение молекул свойственно для всех агрегатных состояний, диффузия имеет место и в тверды, и в жидких, и в газообразных тела. Отличается только скорость диффузии. Утверждение В верно.

Броуновское движение — беспорядочное движение микроскопических видимых, взвешенных в жидкости или газе частиц твердого вещества, вызываемое тепловым движением частиц жидкости или газа. Броуновские частицы находятся в тепловом равновесии со средой, а значит их средняя кинетическая энергия движения пропорциональна температуре (работает та же формула, что и выше). Отсюда делаем вывод, что скорость движения броуновской частицы зависит от её массы, так как Чем больше масса частицы, тем меньше ее скорость. Утверждение Б ошибочно.

Источник

Читайте также:  Закон давления твердого тела определение
Adblock
detector