Задание № 14

Один и тот же световой поток падает нормально на зеркальную и абсолютно черную поверхность. Отношение давления света на первую и вторую поверхности равно …

При взаимодействии фотонов с зеркальной поверхностью они полностью отражаются. Каждый отраженный фотон передает поверхности удвоенный импульс (при отражении импульс фотона меняет направление на противоположное). Абсолютно черной поверхностью фотоны полностью поглощаются, и каждый поглощенный фотон передает поверхности свой импульс. Следовательно, давление на зеркальную поверхность в 2 раза больше, чем на абсолютно черную поверхность:  , где   – давление света;   – число фотонов, падающих за единицу времени на единицу площади поверхности;   – постоянная Планка,   – частота света,   – скорость света,  – коэффициент отражения (для зеркальной поверхности  , для абсолютно черной поверхности  ).

Задание № 15

Зависимость концентрации молекул идеального газа во внешнем однородном поле силы тяжести от высоты для двух разных температур ( ) представлена на рисунке …

Зависимость концентрации молекул идеального газа от высоты   для некоторой температуры   определяется распределением Больцмана:  , где   концентрация молекул на высоте  ,  масса молекулы,   ускорение свободного падения,   постоянная Больцмана. Из формулы следует, что при постоянной температуре концентрация газа  больше там, где меньше потенциальная энергия его молекул  , и уменьшается с высотой по экспоненциальному закону тем медленнее, чем больше температура:  . С повышением температуры из-за увеличения энергии хаотического теплового движения молекулы более равномерно распределяются по высоте, и поэтому концентрация молекул газа на «нулевом уровне»   уменьшается, а на высоте   увеличивается.

Задание № 16

Средняя кинетическая энергия молекул газа при температуре   зависит от их конфигурации и структуры, что связано с возможностью различных видов движения атомов в молекуле и самой молекулы. При условии, что имеет место только поступательное и вращательное движение молекулы как целого, средняя кинетическая энергия молекул азота   равна …

Для статистической системы в состоянии термодинамического равновесия на каждую поступательную и вращательную степени свободы приходится в среднем кинетическая энергия, равная  , а на каждую колебательную степень –  . Средняя кинетическая энергия молекулы равна  , где  – сумма числа поступательных, числа вращательных и удвоенного числа колебательных степеней свободы молекулы. При условии, что имеют место только поступательное и вращательное движение, сумма числа степеней свободы равна  ; где   – число степеней свободы поступательного движения, равное  ;   – число степеней свободы вращательного движения, которое может быть равно  . Для молекулярного азота (двухатомной молекулы)   и  . Следовательно,   (3 степени свободы поступательного движения по направлениям осей ординат и 2 степени свободы вращательного движения вокруг осей   и  ) (см. рис.). Тогда средняя энергия молекул азота   равна  .