- •Тестовые задания по механике и молекулярной физике
- •Часть II
- •1. Свободные незатухающие колебания.
- •2. Затухающие и вынужденные колебания. Сложение колебаний.
- •3. Специальная теория относительности.
- •4. Работа идеального газа.
- •5. Теплоемкость.
- •6. Энтропия.
- •7. Распределение Максвелла. Распределение Больцмана.
- •8. Частота ударов молекул о стенку сосуда.
- •9. Длина свободного пробега и эффективный диаметр молекул.
- •10. Число степеней свободы.
7. Распределение Максвелла. Распределение Больцмана.
Функция распределения Максвелла молекул газа по скоростям (в равновесном состоянии) имеет следующий вид:
,
где
– постоянная Больцмана;
– масса одной молекулы, число Авогадро
моль–1;
универсальная газовая постоянная
.
– относительная доля молекул, обладающих
скоростями в диапазоне от
до
.
Средняя вероятная скорость
молекул – скорость, при которой функция
распределения достигает максимума,
т.е.
,
где
– молярная масса газа.
Средняя скорость молекул (средняя арифметическая)
Средняя квадратичная скорость молекул
Барометрическая формула для равновесной атмосферы, температура которой не меняется с высотой:
,
где
– масса одной молекулы,
– молярная масса газа, П – потенциальная
энергия молекулы,
– высота над уровнем моря,
– атмосферное давление на уровне моря.
Из уравнения
молекулярно-кинетической теории
при условии изотермичности атмосферы
можно записать выражение для концентрации:
,
где
– концентрация молекул на уровне моря,
– концентрация молекул на высоте
.
7-1. В закрытом сосуде при температуре Т находится
а) азот (молярная масса = 28 г/моль);
б) кислород (молярная масса = 32 г/моль)
в) гелий (молярная масса = 4 г/моль)
Найти относительную долю
молекул, скорости которых лежат в
интервале от
до
,
где
–
наиболее вероятная скорость молекул.;
Т = 300 К;
= 0,1 м/с.
Ответы: а) 1,9710–4; б) 2,110–4; в) 7,4410–5.
7-2. В закрытом сосуде при температуре Т находится
а) водород (молярная масса = 2 г/моль).
б) гелий (молярная масса = 4 г/моль)
в) кислород (молярная масса = 32 г/моль)
г) азот (молярная масса = 28 г/моль)
Найти относительную долю
молекул, скорости которых лежат в
интервале от
до
,
где
–
средняя квадратичная скорость молекул.
Т = 300 К; = 0,1 м/с.
Ответы: а) 4,7810–5; б) 6,7610–5; в) 1,9110–4; г) 1,7910–4.
7-3. В закрытом сосуде при температуре Т находится
а) азот (молярная масса = 28 г/моль);
б) кислород (молярная масса = 32 г/моль);
в) гелий (молярная масса = 4 г/моль);
г) водород (молярная масса = 2 г/моль).
Найти относительную долю
молекул, скорости которых лежат в
интервале от
до
,
где
–
средняя скорость молекул. Т
= 300 К;
= 0,1 м/с.
Ответы: а) 1,9110–4; б) 2,0410–4; в) 7,2010–5; г) 5,0910–5.
7-4. Из маленького отверстия в стенке сосуда выходит пучок молекул, распределение которых по скоростям имеет вид
а)
;
б)
;
в)
Найти наиболее вероятную скорость молекул. В = 0,01 с2/м2.
Ответы: а) 12,2 м/с; б) 14,1 м/с; в) 15,8 м/с
7-5. В закрытом сосуде при
температуре T
находится N
молекул идеального
газа с молярной массой .
Сумма скоростей всех молекул равна
.
Универсальная газовая постоянная
.
Найти
а) температуру газа. N = 1023; = 1026 м/с; = 28 г/моль.
б) молярную массу газа. N = 1023; = 1026 м/с; Т = 851 К.
Ответы: а) 1323 К; б) 0,018 кг/моль
7-6. В закрытом сосуде при
температуре T
находится N
молекул идеального
газа с молярной массой .
Сумма квадратов скоростей всех молекул
равна
.
Универсальная газовая постоянная
.
Найти
а) молярную массу газа. N = 1023; = 1029 м2/с2; Т = 1123 К.
б) температуру газа T. N = 1023; = 1029 м2/с2; = 28 г/моль.
Ответы: а) 0,028 кг/моль; б) 1123 К
7-7. На берегу моря атмосферное давление составляет , а температура воздуха t. Молярная масса воздуха = 29 г/моль. Универсальная газовая постоянная . g = 10 м/с2. Считая температуру одинаковой на разных высотах, найти
а) давление
p
на высоте Н
над уровнем моря.
Па;
С;
Н =
1 км;
б) На какой высоте Н над уровнем моря давление будет р.
Па;
Па;
С;
в) температуру (в C)
на высоте Н.
Па;
Па; Н
= 8 км
Ответы: а) 8,9104 Па; б) 5959 м; в) 32С
7-8. На берегу моря концентрация
молекул воздуха равна
,
а на высоте Н
над уровнем моря концентрация n.
Молярная масса воздуха
= 29 г/моль. Универсальная газовая
постоянная
.
g
= 10 м/с2.Считая
температуру одинаковой на разных
высотах, найти
а) температуру (в C)
на высоте Н.
м–3;
м–3;
Н =
8 км.
б) концентрацию n на высоте Н. м–3; С; Н = 8 км.
в) высоту Н
над уровнем моря.
м–3;
С;
м–3
Ответы: а) 32С; б) 3,941024 м–3; в) 4391 м
7-9. На берегу моря концентрация
молекул воздуха равна
,
а температура tC.
Постоянная Больцмана
Дж/К.
Считая температуру одинаковой на разных
высотах, найти
а) потенциальную энергию одной молекулы воздуха на высоте, где концентрация молекул равна n. м–3; С; м–3.
б) концентрацию молекул на высоте, где потенциальная энергия одной молекулы равна П. м–3; С; П = 10–21 Дж.
в) температуру воздуха (в
С).
м–3;
м–3;
П = 10–21
Дж
Ответы: а) 2,1110–21 Дж; б) 7,951024 м–3; в) 52С
7-10. На берегу моря атмосферное давление составляет , а температура воздуха t одинаковая на разных высотах. Молярная масса воздуха = 29 г/моль. Универсальная газовая постоянная . g = 10 м/с2. Если подняться на высоту Н над уровнем моря, то
а) во сколько раз будет меньше давление p. С; Н =1 км.
б) на сколько станет меньше давление p. =105 Па; С; Н =1 км.
Ответы: а) в 1,12 раза; б) 1,1104 Па.
газа площадь под этим графиком будет:
а) оставаться неизменной
б) расти пропорционально
в) расти пропорционально
г) расти пропорционально
