Меню

Какое давление оказывает газ если его концентрация

Методика решения задач по физике (стр. 17 )

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40

2. Какова плотность сжатого воздуха в камере колеса автомобиля если он находится под давлением 0,17 МПа.

3. Какое давление оказывает газ, если его концентрация 10²³ м.¯³ , а средняя кинетическая энергия его молекул 1,5 10¯²² ДЖ? Какова его температура?

4. Определите массу кислорода, находящегося в баллоне вместимостью 3 л под давлении 93 кПа при температуре 20 ºС.

5.Сколько молекул воздуха находится в комнате объемом 240 м³ при температуре 20º С и давлении 100000 Па?

1. Газ, занимавший объем 2.10 -3 м3 при температуре 280 К, изобарно расширился до объема 3.10 -3 м 3. Какой станет температура газа?

2. Какой объем занимают 300 моль ртути? Плотность ртути равна13,6*103 кг/м3.

3. Какое количество вещества содержится в газе, если при давлении 300 кПа и температуре 300 С его объем равен 40 л?

4.Концентрация молекул газа 4*1025 м-3. Рассчитать давление газа при температуре 17 С.

5. Какой газ находится в баллоне объемом 1,66 м3 при температуре 280 К и давлении 2*106 Па, если его масса равна 4,6 кг?

1. Баллон заполнили газом до давления 1,65.107 Па. При этом температура газа повысилась до 500С. Каким станет давление после охлаждения баллона до 200С?
2. При температуре 30 С ºдавление газа в закрытом сосуде было 85 кПа. Каким будет давление при температуре — 40 Сº.

3.Избаллона со сжатым водородом вместимостью 20 л. вследствие неисправности вентиля утекает газ. При температуре 10 Сº манометр показывает давление 8 МПа. Показание манометра не изменилось и при 20 Сº. Определите массу вытекающего газа.

4. Сколько частиц воздуха находится в комнате площадью 40 м и высотой 4м при температуре 25 Сº и давлении 752133 Па.

5.Найдите давление, которое оказывает 45 г. неона при температуре 273 К, если его объем

1. В баллоне находится метан под давлением 8 Мпа и температуре 470С. Масса метана 3 кг. Найдите объем баллона (М=0,016 кг/моль).

2. Давление газа в лампе 44 кПа, а его температура 47 Сº. Какова концентрация атомов газа.

3. В баллоне объемом 10 л находится гелий под давлением 1 МПа и при температуре 300 К. После

того, как из баллона было взято 10 г гелия, температура понизилась до 290 К. Определить давление гелия, оставшегося в баллоне. Молярная масса гелия 4 г/моль.

4. Какова масса воздуха, занимающего объем 0,831 м³ при температуре 290 К и давлении 150 кПа.

5. При температуре 29 Сº кислород находится под давление 4 105 Па. Какова плотность кислорода при данных условиях?

Контрольная работа № 5 : «Термодинамика».

1.При изобарном расширении газа на 0,5 м³ ему было передано 0,3 МДж теплоты. Вычислите изменение внутренней энергии газа, если его давление равно 200 10³Па.

2. Внутренняя энергия водорода, находящегося при температуре 400К, составляет 900КДж. Какова масса этого газа?

3.КПД теплового двигателя равен 45%. Какую температуру имеет холодильник, если температура нагревателя равна 227 ºС.

4. Аэростат объемом 600м³ наполнен гелием под давлением150· 10³ Па. В результате солнечного нагрева температура в аэростате поднялась от 10 ºС до 25ºС. Насколько увеличилась внутренняя энергия газа?

5.Тепловая машина имеет максимальное КПД 50 % .Определите температуру холодильника, если температура нагреваК.

Газ, находящийся под давлением 50· 10³ Па, изобарно расширился на 20 л. Каково изменение его внутренней энергии, если он получил 60 ·10 ³ Дж теплоты? Как изменилась температура газа?

2. Какую внутреннюю энергию имеет 1 моль гелия при температуре 127º С.

3.Вычислите температуру нагревателя идеальной паровой машины с КПД, равным 60,8 %, если температура холодильника равна 30 ºС.

4.Определите работу расширение 20 л газа при изобарном нагревании от 400К до 493 К. Давление газа 100 кПа.

5. При изотермическом расширении газ совершил работу, равную 20 Дж. Какое количество теплоты сообщено газу?

1.Газ, занимающий объем 22 л. под давлением 100 ·10³ Па был нагрет от 80 ºС до 110º С. Определите работу расширения газа, если давление не изменилось.

Читайте также:  Сколько стоят аппараты для измерения артериального давления

2.Какова масса азота при температуре 30 ºС, если его внутренняя энергия составляет 2,6 МДж?

3.Чему равна температура холодильника паровой турбины, КПД которой 60%, а нагреватель имеет температуру 490 ºС.

4.Какое количество водяного пара надо впустить в кастрюлю, чтобы нагреть 3л воды от 20 ºС до 60 ºС.

5.Давление газа в цилиндре составило 0,8МПа при температуре 200 ºС. После изохорного охлаждения давление уменьшилось до 250 кПа. Найдите изменение внутренней энергии 1 кг газа, его конечную температуру, количество теплоты, отданное газом, и совершенную при этом работу.

1. 10 г. гелия нагрели на 100 ºС при постоянном давлении. Какое количество теплоты было передано газу? Чему равны приращение его внутренней энергии и работа расширения газа?

2. Чему равна внутренняя энергия одноатомного газа при температуре 30 ºС?

3. КПД теплового двигателя составил 30 %. Чему равна температура холодильника, если температура нагревателя составляет 100 ºС.

4. На спиртовке нагрели 400 г воды от 20 С до 75 С. Каков КПД нагревательной установки, если при этом было сожжено 10 г. спирта?

5. Кислород массой 12 г. при температуре 40 С расширился при постоянном давлении, увеличивая свой объем в 2 раза. Найти работу, изменения внутренней энергии и количество теплоты, сообщаемое кислороду.

1.Какую работу совершает 1 моль газа при изобарном нагревании на 20 К.

2. При нагревании газа его внутренняя энергия увеличилась на 600 Дж и он совершает работу 200 Дж. Какое количество тепла сообщили газу?

3. Идеальный тепловой двигатель за 0,5 часа получает от нагревателя количество теплоты 150 кДж. Определите полезную мощность двигателя, если он отдает холодильнику 100 кДж количества теплоты?

4. Вычислите внутренние энергии аргона и гелия при температуре 300 К. Массы газов одинаковы и равны 4 кг.

5. Найти давление 1 л неона, если масса его 45 г, а температура 0 º С?

1.Двигатель автомобиля имеет полезную мощность 57 кВт и 27 % КПД. Вычислите расход бензина за один час работы?

2.Вычислите внутреннюю энергию 1 кг криптона при комнатной температуре равной 20 º С ?

3.Определите , какую энергию выделяет стакан чая объемом 250 см3 при остывании от 100 до 20 º С?

4.Идеальная тепловая машина имеет полезную мощность 74 кВт и работает в температурном режиме от 100 до 0 º С. Определите энергию, полученную машиной от нагревателя за 1 ч, и энергию, отдаваемую холодильнику за 1 ч.

5. Какова масса водорода находящегося в цилиндре под поршнем, если при нагревании от температуры 250 К до 680 К газ произвел работу равную 400 Дж?

Контрольная работа № 6 по теме: « Основы электродинамики.»

1. Электрон, двигаясь в электрическом поле, изменяет свою скорость от 200 км/с до 10000км/с. Чему равна разность потенциалов между начальной и конечной точками пути?

2. В однородном электрическом поле находится пылинка массой 40·10-8 гр. обладает зарядом 1,6 ·10-11Кл. Какой должен быть по величине напряженность поля, чтобы пылинка осталась в покое.

3. Два точечных заряда 6,6 ·10-9Кл и 1,32·10-8Кл находится в вакууме на расстоянии 40 см друг от друга. Какова сила взаимодействия между зарядами?

4. Почему конденсаторы, имеющие одинаковые емкости, но рассчитанные на разные напряжения. имеют неодинаковые размеры?

5. Какую площадь должны иметь пластины плоского конденсатора для того чтобы его электроемкость была равна 2 мкФ, если между пластинами помещается слой слюды толщиной 0,2 мм? (ε =7).

Конденсатор электроемкостью 0,02 мкФ имеет заряд 10-8 Кл. Какова напряженность электрического поля между его обкладками, если расстояние между пластинками конденсатора составляет 5 мм. На каком расстоянии находятся друг от друга точечные заряды 5 нКл и 8 нКл, если они в воздухе взаимодействуют друг с другом с силой 2·10-6Н? Какой должна быть напряженность поля, чтобы покоящийся электрон получил ускорение 2·1012м/с2. Как разность потенциалов между двумя точками поля зависит от работы электрического поля? Какую работу необходимо совершить для удаления диэлектрика с диэлектрической проницаемостью 6 из конденсатора, заряженного до разности потенциалов 1000 В? Площадь пластин 10 см2, расстояние между ними 2 см.

1. Чему равна разность потенциалов между двумя точками электрического поля, если при перемещении между ними заряда 6·10 -3 Кл совершается работа в 30 мДж?

Читайте также:  Какое давление должно быть в шинах кия рио

2. На точечный заряд в 2 нКл, помещенный в электрическое поле, действует сила 16 мкН. Чему равна напряженность в данной точке поля?

3. Вычислите силу взаимодействия между двумя шариками, находящимися на расстоянии 5 см друг на от друга в воздухе, имеющие заряды 10 нКл и – 15 нКл соответственно.

4. Почему приборы для электростатических опытов не имеют острых концов, а заканчиваются округлёнными поверхностями?

5. Плоский конденсатор имеет площадь пластин 2000 см2. Расстояние между пластинами 0,5 мм. К одной из обкладок изнутри прилегает пластина диэлектрика толщиной 0,3 мм диэлектрической проницаемостью? Остальное пространство между обкладками конденсатора заполнено воздухом. Определить емкость конденсатора.

Два шарика расположенные на расстоянии 4 см друг от друга, имеют отрицательные одинаковые по модулю заряды, и взаимодействуют с силой, равной 0,8 Н. Найдите заряд каждого шарика. Чему равна начальная скорость протона, если он остановился, пролетев в электрическом поле между точками с разностью потенциалов 200В? Электрическое поле создается зарядом в 20 мкКл. Чему равна напряженность этого поля на расстоянии 2 см от заряда? Как будет действовать наэлектризованная палочка на магнитную стрелку? Конденсатор емкостью 3 мкФ заряжен до напряжения 300 В, а конденсатор емкостью 2 мкФ – до 200 В. После зарядки конденсаторы соединили одноименными полюсами. Какая разность потенциалов установилась между обкладками конденсаторов после их соединения?

Источник

Давление газа

Библиотека бесплатных студенческих работ

Ищи свою тему и скачивай

Давление газа — что это за параметр

Давление в физике представляет собой один из трех ключевых термодинамических макроскопических характеристик для измерения любой газовой системы.

Газ — это одно из четырех, включая плазму, агрегатных состояний материи, характеризующееся очень слабыми связями между составляющими его частицами, а также их большой подвижностью.

В газообразной среде частицы в определенной концентрации расположены не упорядоченно и перемещаются в хаотичном порядке в разных направлениях с одинаковой вероятностью. Подобное строение не позволяет газам сохранять стабильность объема и формы даже при малом внешнем силовом воздействии. Для любого газа, включая одноатомный, значение средней кинетической энергии его частиц в виде атомов и молекул будет превышать энергию межмолекулярного взаимодействия между ними.

Кроме того, расстояние, на которое удалены частицы, значительно превышает их собственные размеры. В том случае, когда молекулярными взаимодействиями и габаритами частиц допускается пренебрегать, газ считают идеальным. Для такой формы материи характерен только один тип внутреннего взаимодействия в виде упругих столкновений. Так как размер частиц пренебрежимо мал по сравнению с расстоянием, на которое они удалены, вероятность столкновений частиц между собой будет низкой.

По этой причине в идеальной газовой среде можно наблюдать лишь столкновения частиц со стенками сосуда. Какой-либо реальный газ с хорошей точностью можно отнести к идеальному, когда их температура выше, чем комнатная, а давление несущественно больше, чем атмосферное.

Причина возникновения давления в газах

Давление газа нельзя объяснить теми же причинами, что и давление твердого тела на опору. Расстояние, на которое удалены молекулы газообразной среды, существенно больше. В результате хаотичного движения они сталкиваются между собой и со стенками сосуда, который они занимают. Давление газа на стенки сосуда и вызвано ударами его молекул.

Данный параметр увеличивается по мере того, как нарастает сила ударов молекул о стенки. Газ характеризуется одинаковым давлением во всех направлениях, которое является следствием хаотичного движения огромного числа молекул.

Важно отметить, что газ оказывает давление на дно и стенки сосуда, объем которого он занимает, во всех направления равномерно. В связи с этим, воздушный шарик сохраняет форму, несмотря на то, что его оболочка достаточно эластична.

Перед тем как транспортировать или отправить на хранение газообразные вещества, их сильно сжимают. В этом случае давление газа увеличивается. Его помещают в специальные баллоны из стали высокой прочности. Такие емкости необходимы для хранения сжатого воздуха на подводных лодках и кислорода, предназначенного для сварки металлов.

Свойства давления газа:

  1. Если объем уменьшается, то давление газа возрастает, а во время увеличения объема, давление будет снижаться при постоянных величинах массы и температуры вещества.
  2. Газ, находящийся в закрытом сосуде, характеризуется давлением, которое возрастает по мере увеличения температуры вещества при условии постоянства его массы и объема.
  3. В том случае, когда масса газа увеличивается, его давление также будет возрастать и наоборот.
Читайте также:  Как лечить тахикардию при повышенном давлении

Запись формул для определения давления газа начинают с выяснения причин, по которым оно возникает в рассматриваемой системе. Исходя из физического смысла, давление представляет собой величину, равную отношению силы, перпендикулярно воздействующей на некоторое основание, к площади этого основания:

Как было отмечено ранее, для идеальной газовой системы характерен лишь один тип взаимодействия — это абсолютно упругие столкновения. В процессе частицы передают количество движения Δp стенкам сосуда в течение времени соударения Δt. В данном случае применим второй закон Ньютона:

Таким образом, конкретно сила F является причиной формирования давления на стенки сосуда. Данная величина F, производимая одной частицей, незначительна. Однако, когда количество частиц огромно, они в совокупности создают ощутимый эффект, проявляемый в виде наличия давления в сосуде.

Формула давления идеального газа из молекулярно-кинетической теории

Объяснение концепции идеального газа построено на основных положениях молекулярно-кинетической теории, которая вытекает из принципов статистической механики. Наука получила активное развитие во второй половине XIX, благодаря таким ученым, как Джеймс Максвелл и Людвиг Больцман. Основы дисциплины были заложены еще Бернулли в первой половине XVIII века.

Исходя из статистики Максвелла-Больцмана, все частицы в системе обладают разными скоростями движения. При этом можно наблюдать небольшой процент частиц со скоростями, приближенными к нулю, и малую долю частиц, обладающих огромной скоростью. Средняя квадратичная скорость в этом случае будет соответствовать некоторой величине, не изменяющейся с течением времени.

Средняя квадратичная скорость частиц однозначно характеризует температуру газа. Используя приближения молекулярно-кинетической теории в виде невзаимодействующих безразмерных и хаотично движущихся частиц, получают формулу для расчета давления газа в сосуде:

где N является количеством частиц в системе; V обозначает объем; v представляет собой среднюю квадратичную скорость; m является массой одной частицы.

При наличии указанных в формуле параметров, выраженных в единицах СИ, можно вычислить давление газа в сосуде.

Второй способ записи основного уравнения МКТ

В середине 30-х годов XIX столетия французскому инженеру Эмилю Клапейрону удалось обобщить накопленный до этого времени экспериментальный опыт изучения поведения газов во время разнообразных изопроцессов и получить формулу, которую в будущем назвали универсальным уравнением состояния идеального газа:

n является количеством вещества в молях; T представляет собой температуру по абсолютной шкале и обозначается в кельвинах.

Величина R является универсальной газовой постоянной. Этот термин был введен в уравнение русским химиком Д.И. Менделеевым. Исходя из этого, запись уравнения называют законом Клапейрона-Менделеева.

С помощью данного выражения можно определить формулу для расчета давления газа:

Полученное уравнение объясняет линейный рост давления при увеличении температуры в условиях стабильности объема. Если объем уменьшается с сохранением температуры, то давление увеличивается по гиперболе. Данные закономерности явления отражены в законах Гей-Люссака и Бойля-Мариотта.

Сравнивая представленное выражение с записью формулы, которая вытекает из положений молекулярно-кинетической теории, можно установить связь кинетической энергии одной частицы, либо системы в общем, и абсолютной температуры.

Важно отметить, что при расчетах с использованием формулы для Р, вытекающей из уравнения Клапейрона, связь с химическим составом газа отсутствует. Если давление определяют с помощью выражения, согласно понятию молекулярно-кинетической теории, то данную связь следует учитывать в виде параметра m. В том случае, когда определяют давление смеси идеальных газов, применяют один из следующих методов:

  1. Расчет средней массы частиц m, либо среднего значения молярной массы М с учетом атомных процентов каждого газа в смеси.
  2. Применение закона Дальтона, согласно которому давление в системе равно сумме парциальных давлений всех ее компонентов.

Пример

Предположим, что молекулы кислорода движутся со средней скоростью в 500 м/с. Требуется рассчитать, каково давление в сосуде, объем которого равен 10 литров, содержащий 2 моль молекул.

Для того чтобы найти ответ, следует применить формулу для Р из молекулярно-кинетической теории:

Из-за неизвестных параметров m и N требуется выполнить некоторые преобразования формулы:

Таким образом, удельный объем сосуда в кубических метрах равен 0,01. Молярная масса молекулы кислорода М составляет 0,032 кг/моль. Данные параметры можно подставить в уравнение вместе со скоростью и количеством вещества. Тогда Р = 533333 Па, что представляет собой давление в 5,3 атмосферы.

Источник

Adblock
detector