Молекулярная физика и термодинамика. Плотность (масса в единице объема вещества)

Плотность (масса в единице объема вещества)

Концентрация (число молекул в единице объема вещества)

 

Число молей вещества Масса молекулы

Уравнение состояния

идеального газа: или

(R – универсальная газовая постоянная)

Для изотермического процесса (T=const) :

 

Для изобарного Для изохорного

процесса (p=const) : процесса (V=const) :

Уравнение для давления одноатомного идеального газа:

 

Средняя кинетическая энергия поступательного

движения одноатомной молекулы идеального газа

Формула Максвелла для распреде-

ления молекул газа по скоростям.

f(v)ּdv = dN/N– относительное количество молекул, скорости которых лежат в интервале от v до v + dv.

Средняя квадратичная

скорость молекул

 

 

Барометрическая формула (зависимость

атмосферного давления от высоты):

 

Среднее число столкновений одной молекулы

в единицу времени

Средняя длина свободного пробега молекул

Число степеней свободы i:

а)для одноатомной молекулы i = 3;

б)для двухатомной молекулы с жесткой связью i = 5.

в)для многоатомной молекулы с жесткой связью i = 6.

Средняя кинетическая энергия молекулы идеального газа

Внутренней энергией идеального газа называется сумма

кинетических энергий хаотического движения молекул.

Работа газа При изотермическом

процессе:

При изобарном процессе:

При изохорном процессе:

Первый закон термодинамики: количество теплоты,

полученной телом (системой), идет на приращение

внутренней энергии тела и на выполнение работы

против внешних сил.

Молярной теплоемкостью называется физическая величина, равная количеству теплоты, необходимой для нагревания одного моля вещества на один градус. Различают молярную теплоемкость при постоянном объеме C_v и молярную теплоемкость при постоянном давлении C_p .

Формулы молярной теплоемкости для идеального газа:

 

 

Адиабатным процессом называется такой процесс, который совершается без теплообмена с окружающей средой.

 

Показатель адиабаты (коэффициент Пуассона)

Уравнения адиабатногопроцесса:

 

Коэффициент полезного действия

теплового двигателя

Коэффициент полезного действия

цикла Карно

ТЕСТОВЫЕ ВОПРОСЫ

1.Концентрацией газа называется физическая величина, равная

а)Массе газа в 1 м³ б)Количеству молекул в одном моле газа

в)Количеству молекул газа в 1 м³ г)Массе одного моля газа

2.Согласно уравнению Менделеева-Клапейрона произведение давления одного моля газа на его объем равно

а) б) в) г)

 

3.Какая из формул правильно описывает зависимость давления газа от параметров состояния ? (k – постоянная Больцмана)

а) б) в) г)

 

4.Какова размерность давления газа ?

а) кг/моль б) кг/м³ в) Н/м² г) Н/с

 

5.Какой газовый процесс называется изохорным ?

а)Процесс при постоянном давлении

б)Процесс при постоянном объеме

в)Процесс при постоянной температуре

г)Процесс без теплообмена с окружающей средой

 

6.Сколько степеней свободы имеет двухатомная молекула газа ?

а) 2 б) 3 в) 4 г) 5

 

7.Сколько вращательных степеней свободы имеет двухатомная молекула газа?

а) 0 б) 1 в) 2 г) 3

 

8.Число Авогадро N_А- это

а)Число молекул в 1 моле вещества

б)Число молекул в 1 м³ вещества

в)Число молекул в 1 кг вещества

г)Масса в 1 м³ вещества

 

9.Какова размерность концентрации газа ?

а) б) в) г)

 

10.Какой газовый процесс описывается равенством p₁×V₁ = p₂×V₂ ?

а)Процесс при постоянном объеме б)Процесс при постоянной температуре

в)Процесс при постоянном давлении г)Любой процесс

 

11.Чему равна средняя кинетическая энергия двухатомной молекулы ?

а) б) в) г)

 

12.Сколько степеней свободы имеет одноатомная молекула ?

а) 1 б) 2 в) 3 г) 5

 

13.Что означает отношение m/M в уравнении состояния идеального газа p×V = (m/M)×RT ?

а)Количество молей газа б)Концентрацию газа

в)Плотность газа в)Количество молекул газа

 

14.Какое выражение определяет внутреннюю энергию 1 моля одноатомного газа ?

а) б) в) г)

 

15.При каком процессе концентрация газа будет возрастать ?

а)При изотермическом расширении б)При изотермическом сжатии

в)При изохорном процессе г)При изобарном расширении

 

16.От чего зависит молярная теплоемкость идеального газа?

а)От плотности газа б)От давления газа

в)От числа степеней свободы молекулы г)От концентрации газа

 

17.При каком процессе работа газа равна нулю ?

а)При процессе, совершаемом при постоянном объеме

б)При процессе, совершаемом при постоянной температуре

в)При процессе, совершаемом при постоянном давлении

г)При процессе, совершаемом без теплообмена с окружающей средой

 

18.При каком процессе 1-й закон термодинамики имеет следующий вид: (U₂ – U₁) + A = 0 ?

а)При изохорном б)При изотермическом

в)При изобарном г)При адиабатном

 

19.Что означаетiв формуле для молярной теплоемкости газа при постоянном объеме ?

а)Число степеней свободы молекулы газа

б)Число молекул в одном моле газа

в)Число молекул в единице объема газа

г)Число атомов, из которых состоит молекула газа

 

20.Какое соотношение справедливо между молярными теплоемкостями С_p и С_v?

а) б)

в) г)

 

21.Как записывается 1-й закон термодинамики для изотермического процесса?

а) б) в) г)

 

22.Какой газовый процесс называется адиабатным ?

а)Процесс при постоянном давлении

б)Процесс при постоянной температуре

в)Процесс при постоянном объеме

г)Процесс без теплообмена с окружающей средой

 

23.По какой формуле определяется КПД цикла Карно ?

а) б)

в) г)

24.При каком процессе 1-й закон термодинамики имеет вид

Q = (U₂ – U₁) + p×(V₂ – V₁) ?

а)При изотермическом б)При изобарном

в)При изохорном г)При адиабатном

25.Чему равна молярная теплоемкость ?

а)Количеству теплоты, необходимой для нагревания 1 моля вещества на 1 К

б)Количеству теплоты, содержащейся в 1 моле вещества

в)Количеству теплоты, сообщаемой 1 молю газа за один цикл

г)Количеству теплоты, необходимой 1 молю вещества для совершения работы в 1 Дж

 

26.Газ, находящийся в закрытом сосуде, нагревается. Как запишется первый закон термодинамики для данного процесса ?

а) б) в) г)

 

27.Газ, находящийся в цилиндре под поршнем, сжимается без сообщения или отдачи теплоты. Данный процесс называется

а)Изобарным б)Изотермическим

в)Изохорным г)Адиабатным

 

28.Что определяется по формуле 1 – Т₂ /Т₁ ?

а)Мощность тепловой машины

б)Работа, совершенная тепловой машиной за один цикл

в)Коэффициент полезного действия тепловой машины

г)Коэффициент Пуассона

 

3. Электростатика

Закон Кулона: сила взаимодействия между двумя

точечными зарядами прямо пропорциональна

произведению зарядов и обратно пропорциональна

квадрату расстояния между ними. (e - диэлектрическая проницаемость)

 

Напряженность электростатического поля

 

Напряженность поля, создаваемого точечным зарядом

 

Поток вектора напряженности

электростатического поля через

поверхность S

 

Поток вектора напряженности

однородного электростатического поля

через плоскую поверхность:

Теорема Гаусса для электростатического

поля в вакууме:

Потенциал электростатического поля:

(W_п – потенциальная энергия заряда q_o

в электростатическом поле)

Потенциал поля точечного заряда

 

 

Работа сил электростатического поля

при перемещении заряда из точки 1 в точку 2

Электроемкость конденсатора

 

Формула электроемкости плоского конденсатора:

Напряженность электростатического поля

плоского конденсатора

Энергия заряженного конденсатора

(энергия электростатического поля

конденсатора):

 

ТЕСТОВЫЕ ВОПРОСЫ

1.Какое из указанных равенств является законом Кулона ? (k– константа)

а) б)

в) г)

 

2.От чего зависит напряженность электрического поля, создаваемого точечным зарядом, в данной точке поля ?

а)От расстояния от данной точки поля до заряда

б)От величины “пробного” заряда, помещенного в данную точку поля

в)От силы, с которой поле действует на “пробный”заряд, помещенный в данную точку поля

г)От величины “пробного” заряда и силы, действующей на “пробный” заряд

 

3.Какое из указанных значений может принимать диэлектрическая проницаемость вещества ?

а) –0,5 б) –1,5 в) 0,5 г) 1,5

 

4.Напряженность электрического поля равна

а)Отношению потенциальной энергии заряда к величине этого заряда

б)Отношению работы сил электрического поля к величине заряда

в)Отношению силы поля, действующей на заряд, к величине этого заряда

г)Произведению величины заряда на значение потенциала точки поля

 

5.Где сила взаимодействия зарядов будет наибольшей ?

а)В вакууме б)В жидкости в)В газе г)В твердом теле

 

6.Укажите единицу измерения потенциала ?

а)Кулон б)Вольт в)Фарад г)Джоуль

 

7.Какое выражение определяет потенциал электрического поля, создаваемого точечным зарядом q в вакууме ?

а) б) в) г)

 

8.Какова размерность единицы измерения емкости конденсатора ?

а)Кл/м³ б) Дж/Клв)Кл/Вг) В/м

 

9.Какое выражение определяет энергию электрического поля заряженного конденсатора ? (U – напряжение на кондесаторе)

а) б) в) г)

10.От чего зависит электроемкость плоского конденсатора ?

а)От расстояния между пластинами конденсатора

б)От величины заряда на пластинах конденсатора

в)От разности потенциалов пластин конденсатора

г)От напряжения на конденсаторе

 

11.Что определяет выражение в законе Кулона ? (k– константа)

а)Работу сил электрического поля при перемещении заряда из точки 1в точку 2

б)Электроемкость конденсатора

в)Силу взаимодействия двух точечных зарядов

г)Потенциальную энергию взаимодействия двух точечных зарядов

 

12.Что показывает диэлектрическая проницаемость вещества ?

а)Во сколько раз электрическое поле усиливается в веществе по сравнению с вакуумом

б)Во сколько раз электрическое поле ослабляется в веществе по сравнению с вакуумом

в)Во сколько раз увеличивается кулоновская сила в веществе по сравнению с вакуумом

г)Во сколько раз повышается напряженность электрического поля в веществе по сравнению с вакуумом

 

13.Какое выражение определяет напряженность электрического поля, создаваемого точечным зарядом qв вакууме ?

а) б) в) г)

 

14.Укажите выражение для определения величины напряженности электрического поля, создаваемого заряженным плоским кондесатором.

а) б) в) г)

 

15.Какая физическая величина измеряется в кулонах ?

а)Поток вектора напряженности б)Напряженность электрического поля

в)Электрический заряд г)Сила взаимодействия зарядов

 

16.Какое выражение определяет работу сил электростатического поля при перемещении заряда q из одной точки в другую ?

а) б) в) г)

 

17.От чего зависит электроемкость плоского конденсатора ?

а)От площади пластин конденсатора

б)От величины заряда на пластинах конденсатора

в)От разности потенциалов пластин конденсатора

г)От поверхностной плотности зарядов на пластинах конденсатора