- •Основы молекулярной физики и термодинамики
- •Федеральное агентство по образованию гоу впо «Сибирский государственный технологический университет»
- •Основы молекулярной физики и термодинамики
- •Введение
- •Часть I. Общие теоретические сведения курса «основы молекулярной физики и термодинамики»
- •Глава I.1. Молекулярно-кинетическая теория
- •§I.1.1 предмет молекулярной физики
- •§I.1.2 термодинамическая система. Термодинамические параметры. Уравнение состояния
- •§I.1.4 идеальный газ. Газовые законы. Уравнение состояния идеального газа
- •§I.1.3 термодинамический процесс. Изопроцессы
- •§I.1.5 закон авогадро. Закон дальтона
- •§I.1.6 основное уравнение кинетической теории газов. Закон равномерного распределения энергии по степеням свободы
- •§I.1.7 статистическое распределение
- •§I.1.8 средняя длина свободного пробега молекул
- •§I.1.9 явления переноса в газах
- •Глава I.2. Основы термодинамики
- •§I.2.1 полная и внутренняя энергия системы. Теплота и работа
- •§I.2.2 теплоёмкость вещества
- •§I.2.3 первый закон (начало) термодинамики. Применение первого закона термодинамики к изопроцессам
- •§I.2.4 второй закон (второе начало) термодинамики
- •Глава I.3. Реальные газы, жидкости и твёрдые тела
- •§I.3.1 уравнение ван-дер-ваальса
- •§I.3.2 экспериментальные изотермы
- •§I.3.3 внутренняя энергия реального газа. Эффект джоуля - томсона
- •Область выше этой кривой соответствует отрицательному эффекту Джоуля-Томсона, ниже – положительному. При больших перепадах давления на дросселе температура газа изменяется значительно.
- •§I.3.4 взаимные превращения жидкостей и газов
- •§I.3.5 строение жидкостей. Поверхностное натяжение
- •§I.3.6 смачивание. Капиллярные явления.
- •§I.3.7 строение и некоторые свойства твёрдых тел
- •§I.3.8 дефекты в кристаллах
- •§I.3.9 тепловые явления в средах при механическом воздействии
- •Часть II. Примеры решения задач
- •Глава II.1. Молекулярно-кинетическая теория
- •§II.1.1 идеальные газы. Газовые законы.
- •§II.1.2 основы молекулярно - кинетической теории газов
- •§II.1.3 статистическая физика
- •§II.1.4 физическая кинетика
- •Глава II. 2. Основы термодинамики
- •§II.2.1 первый закон термодинамики
- •§II.2.2 второй закон термодинамики
- •§II.2.3 реальные газы
- •Решение
- •Решение Из уравнения Ван-дер-Ваальса следует, что
- •Для идеального газа
- •§II.2.4 жидкости
- •Решение
- •Решение
- •Решение
- •Решение
- •§II.2.5 твёрдые тела
- •Решение
- •Решение
- •Решение
- •Решение
- •Решение
- •Работа упругих сил, имеющих вид
- •Решение
- •Часть III. Вопросы и задачи для самопроверки
- •Глава III.1. Молекулярно-кинетическая теория
- •§ III.1.1 идеальные газы. Газовые законы.
- •§III.1.2 основы молекулярно - кинетической теории газов
- •Микроскопическая пылинка углерода обладает массой 0,1 нг. Определить, из скольких атомов она состоит.
- •§III.1.3 статистическая физика
- •§III.1.4 физическая кинетика
- •Явления переноса
- •Глава III. 2. Основы термодинамики
- •§III.2.1 первый закон термодинамики
- •§III.2.2 второй закон термодинамики
- •§III.2.3 реальные газы
- •§III.2.4 жидкости
- •§III.2.5 твёрдые тела
- •Сводные данные о характеристиках изопроцессов в газах.
- •Единицы измерения важнейших физических величин
- •Универсальные физические постоянные
- •Плотности
- •Эффективные диаметры молекул и атомов
- •Постоянные Ван –дер –Ваальса
- •Критические значения температуры и давления
- •Коэффициенты поверхностного натяжения жидкостей
- •Перечень ключевых слов
- •Библиографический список Основная литература
- •Дополнительная литература
- •Оглавление
- •Основы молекулярной физики и термодинамики
- •Федеральное агентство по образованию гоу впо «Сибирский государственный технологический университет»
- •Основы молекулярной физики и термодинамики
Явления переноса
Какие явления называются явлениями переноса? Каким законам подчиняются явления этой группы? Представьте эти законы в математической форме.
Дайте определение коэффициентов:
вязкости;
теплопроводности;
диффузии.
В чем они измеряются в системе СИ?
19.Покажите, что коэффициент η теплопроводности и коэффициент внутреннего трения ρ связаны соотношением η = Сv ρ.
20.Как вы понимаете механизм теплопроводности, диффузии и внутреннего трения в газах?
21.Коэффициент вязкости η углекислого газа (СО2) при нормальных условиях равен 1,40·105 (кг/м с). Вычислить длину свободного пробега l молекул СО2 и коэффициент диффузии D при нормальных условиях.
22.Давление двухатомного газа вследствие сжатия увеличивается в 10 раз. Определить, как изменяется средняя длина свободного пробега молекул l в газе и коэффициент вязкости газа η. Рассмотреть случаи, когда сжатие происходит:
изотермически;
адиабатически.
Эффективный диаметр молекул считать постоянным.
Найти коэффициент теплопроводности кислорода, если его коэффициент вязкости равен 1,92·10-5 кг/(м·с).
Ветер дует над поверхностью воды со скоростью 10 м/с. Считая, что толщина слоя воздуха, задерживаемого водой, равна 1 см, найти силу, действующую со стороны ветра на 1 м2 поверхности воды.
Для определения вязкости воды измеряли количество воды, вытекающей через капилляр длиной 10см и диаметром 1 мм под действием разности давлений, созданной столбом воды высотой 50 см. За 1 мин вытекло 70 см2 воды. Найти вязкость воды.
При измерении эффективного диаметра по методу Стокса оказалось, что диаметр капельки масла 6,1·10-2 мм, скорость ее падения в азоте при нормальном давлении и температуре 200С равна 1 мм/с, плотность масла 0,8·103 кг/м3. Определить эффективный диаметр молекулы азота.
Во сколько раз изменится коэффициент диффузии двухатомного газа при уменьшении давления в 2 раза в результате изотермического расширения?
При какой температуре динамическая вязкость азота равна динамической вязкости водорода при температуре 190С?
Коэффициент диффузии кислорода при нормальных условиях равен 14,1 мм2/с. Определить, каким будет коэффициент диффузии при температуре 500С, если нагревание газа происходит при постоянном объеме.
Для гелия динамическая вязкость при температуре 00 С равна
16,3 мкПа·с. Определить диаметр молекулы гелия.
Определить теплопроводность хлора, если известно, что динамическая вязкость для него при этих условиях равна 12,9 мкПа·с.
Теплопроводность трехатомного газа с жесткими (объемными) молекулами равна 1,45 с·Вт/(м·К), а коэффициент диффузии при тех же условиях 10 мкм2/с. Определить число молекул в газе объемом 1,0 м3 при этих условиях.
Кислород и углекислый газ находятся при одинаковых температуре и давлении. Эффективные диаметры молекул этих газов соответственно равны 0,35 нм и 0,40 нм. Найти для этих газов отношения: а) коэффициентов диффузии; б) коэффициентов внутреннего трения.