Методическое пособие - Домашние задания по теме МКТ и Термодинамика 10 класс

План:

Необратимость тепловых процессов и второй закон термодинамики. Тепловые двигатели и охрана окружающей среды. КПД теплового двигателя.

7. Насыщенный пар, его свойства. Точка росы. Влажность. Кипение.

8. Поверхностное натяжение. Смачивание и капиллярные явления.

9. Кристаллические состояния. Плавление и кристаллизация.

10. Зависимость состояния от давления и температуры. Типы связей в кристаллах. Лабораторная работа№4 «Измерение влажности воздуха»

11. Контрольная работа по теме: «молекулярная физика»

ФИЗИКА

ПОСОБИЕ ДЛЯ СТУДЕНТОВ

1-го курса на базе 9 классов

дневное отделение

«Основы МКТ и термодинамика»

Преподаватель:

Руденко Елена Александровна

МКТОсновные положения:

1. все тела в природе состоят из молекул.

2. молекулы находятся в непрерывном хаотичном движении

3. молекулы взаимодействуют между собой.

Понятия:

• молекула (атом)

• температура

• вещество

• молярная масса μ

• количество вещества ν

• концентрация n

• идеальный газ

Характеристики:

• броуновское движение

• диффузия

• силы взаимодействия

• тепловое равновесие

• параметры P, V, T

• число молекул N

Постоянные величины

• Постоянная Авогадро
  
  N_A = 6,02∙10²³ 1/моль

• Абсолютный нуль
  
  0 К = -273 ^оС

• Постоянная Больцмана
  
  k = 1,38∙10^-23 Дж/К

• Универсальная газовая постоянная
  
  R = 8,31 Дж/(К∙моль)

Формулы

• μ = M_r ∙10^-3, [кг/моль]

• , [моль]

• 

• T = 273^o + t^oC, [K]

• , [1/м³]

Основные уравнения

• Уравнение МКТ
  
  

• Уравнение состояния идеального газа
  
  

Изопроцессы

• Изотермический
  
  Т = const; PV= const;

• Изохорный
  
  V= const; P/Т= const;

• Изобарный
  
  P= const; V/Т= const;

Задание №1

1. Сформулируйте основные положения МКТ.

2. Какие явления доказывают, что молекулы находятся в непрерывном хаотическом движении?

3. Какие явления доказывают, что между молекулами существуют силы притяжения?

4. Как зависит скорость диффузии от температуры для данного агрегатного состояния вещества?

5. Чему равна постоянная Авогадро?

Воспользовавшись таблицей Менделеева, определите относительную молекулярную массу и массу молекулы кислорода, сероводорода и воды.

Какова масса 50 моль кислорода?

Сколько молекул содержится в 1г углекислого газа?

Задание №2

1. Что представляет собой модель идеального газа?

2. Что показывает постоянная Больцмана?

3. Что называется давлением?

4. Какие параметры связывает основное уравнение молекулярно - кинетической теории?

5. Как изменится средняя кинетическая энергия идеального газа при увеличении абсолютной температуры в 2 раза?

Какова масса воздуха в комнате размерами 643 м при температуре 20^оС и давлении 1000 гПа?

Какой ёмкости нужен баллон для содержания в нём 50 моль газа, если при максимальной температур 360 К давление не должно превышать 6 МПа?

Пользуясь таблицей Менделеева, найти плотность ацетилена (С₂Н₂) при нормальных условиях.

Задание №3

1. Какие вы знаете изопроцессы?

2. Как изменится давление идеального газа при увеличении абсолютной температуры и объема в 2 раза?

3. В баллоне при неизменной массе газа температура увеличилась от 100 °C до 500 °C. Как изменилось давление газа?

4. Почему нагретая медицинская банка присасывается к телу?

Начертите пользуясь координатными осями V(T) и P(V) процесс изображённый в координатных осях Р(Т)?

Какой объём займёт газ при 77^оС, если при 27^оС его объём был 6 литров?

Основы термодинамики.Законы:

• Первый закон термодинамики:
  
  - Закон сохранения и превращения энергии.

• Второй закон термодинамики:
  
  Нельзя построить «вечный двигатель»

Понятия:

• Термодинамическая система

• процесс

• внутренняя энергия (U)

• теплообмен

• количество теплоты (Q)

• теплопередача:
  
  - теплопроводность
  
  - конвекция
  
  - излучение

• работа газа

Физические величины, единицы измерения

• с - удельная теплоёмкость [Дж/(кг∙К)]

• q - удельная теплота сгорания топлива [Дж/кг]

• r - удельная теплота парообразования [Дж/кг]

• λ - удельная теплота плавления [Дж/кг]

Формулы

• количество теплоты:
  
  

• внутренняя энергия:
  
  

• Уравнение теплового баланса
  
  

• КПД реальной тепловой машины:
  
  

• КПД идеальной машины Карно:
  
  

Запись первого закона термодинамики для изопроцессов

• Изотермический
  
  Т = const; ΔU= 0;
  
  

• Изохорный
  
  V= const; A= 0;
  
  

• Изобарный
  
  P= const;
  
  

• Адиабатный
  
  Q= 0;
  
  

Задание №4

1. Что изучает термодинамика?

2. Что называют внутренней энергией системы?

3. Назовите два способа изменения внутренней энергии.

4. Какой процесс называют адиабатным?

5. Как изменится внутренняя энергия газа при изотермическом расширении?

6. Выполняется ли газом работа при изохорном изменении его состояния?

В сосуде, ёмкостью 2 л находится криптон под давлением 1,5 МПа. Газу сообщили некоторое количество теплоты. В результате при неизменном объёме температура увеличилась в 3 раза. Запишите уравнение первого закона термодинамики для этого процесса. Какое количество теплоты сообщили газу?

Рассмотреть замкнутый процесс, изображённый на рисунке, определить виды процессов, происходящих с газом, рассмотреть энергообмен газа со средой в данном циклическом процессе.

Задание №5

Некоторые современные диеты для похудения основаны на использовании для питья ледяной воды. Когда вы пьёте такую воду, ваш организм должен выделить энергию, чтобы нагреть воду до температуры человеческого тела (37^оС). Сколько ледяной воды (5^оС) необходимо выпить, чтобы «нейтрализовать» булочку, энергетическая ценность которой 500 ккал (2100 кДж)?

При более радикальной диете можно попробовать глотать лёд из морозильной камеры при температуре -10^оС. Сколько льда потребуется для того, чтобы скомпенсировать поступившие с пищей 2000 ккал (8400 кДж) (это энергия выделяемая при расщеплении съеденного с аппетитом тортика).

• Для того чтобы определить удельную теплоту парообразования воды, Антон выпарил на спиртовке 0,1 л воды, взятой при комнатной температуре (20^оС). Какой результат получил Антон, если он сжёг 20 г спирта и при этом 60% выделившейся энергии пошло на нагревание окружающей среды?

Задание №6

1. Что называется коэффициентом полезного действия нагревателя?

2. Тепловой двигатель за цикл получает от нагревателя 200 Дж и отдает холодильнику 150 Дж. Чему равен КПД двигателя?

3. Чему равно максимальное значение КПД, которое может иметь тепловой двигатель с температурой нагревателя 527 °C и температурой холодильника 27 °C?

4. Сформулируйте второе начало термодинамики.

В конце сгорания смеси температура в цилиндре карбюраторного двигателя автомобиля «Волга» около 2300 К, температура холодильника около 400 К. Определите КПД идеальной тепловой машины, работающей в тех же температурных условиях.

В конце сгорания смеси температура в цилиндре карбюраторного двигателя автомобиля «Волга» около 2300 К, температура холодильника около 400 К. Удельный расход бензина на наиболее экономичном режиме составляет 0,08 г/кДж (при сгорании 0,08 г топлива совершается работа, равная 1 кДж).Определите фактический КПД двигателя автомобиля «Волга» при езде в экономичном режиме.

• Какую среднюю мощность развивает двигатель если при движении в данном режиме со скоростью 90 км/ч расход бензина составляет 12 л на каждые 100 км пути? Плотность бензина 700 кг/м³?

Пар. Жидкости.Понятия:

• Влажность воздуха

• Относительная влажность φ

• Насыщенный пар

• Точка росы

• Критическая температура

• Поверхностное натяжение σ

• Сила поверхностного натяжения F_н

Свойства

• Испарение

• Кипение

• Поверхностная энергия

• Смачивание

• Капиллярность

Формулы

• P = nkT [Па] ●

• ●

Твёрдые тела.Понятия:

• деформация

• абсолютное удлинение Δl

• относительное удлинение ε

• механическое напряжение σ

Свойства

• изотропия

• анизотропия

• плавление

Формулы

• Δl = [l - l₀] [м] ●

• ● Закон Гука

Модуль Юнга - Е (постоянная величина)

Задание №7

1. От чего зависит скорость испарения?

2. Какой пар называют насыщенным?

3. От чего зависит давление насыщенного пара?

4. От чего зависит температура кипения?

5. В какой бутылке вода холодней - в закрытой или открытой?

6. Почему, если подуть на горячий чай, он быстрее остынет?

7. Почему высоко в горах трудно сварить мясо?

8. Как по внешнему виду отличить в бане трубу с холодной водой от трубы с горячей водой?

Насыщенный водяной пар находится при температуре 100^оС и занимает некоторый объём. Как изменится давление пара, если его объём уменьшить вдвое, сохраняя прежнюю температуру?

Задание №8

1. Почему жидкости сохраняют объём и обладают текучестью?

2. Какие факты говорят о том, что молекулы в жидкости находятся на малых расстояниях друг от друга?

3. Какую форму примет жидкость в невесомости? Почему?

4. Объясните, почему смачивающая стенки капилляра жидкость поднимается по капилляру?

5. Как с помощью капилляра определить поверхностное натяжение жидкости?

Рассчитайте высоту подъёма воды в стеклянной трубке диаметром 0,2 мм.

Известно, что в капиллярах песчаных почв при температуре 20^оС вода поднимается на высоту 1,5 м. Как изменится высота поднятия воды, если почву взрыхлить? Вычислите диаметр почвенных капилляров. Смачивание считать полным.

• Рассчитайте работу сил поверхностного натяжения по подъёму жидкости в одном из почвенных капилляров.

Задание №9

1. Почему твёрдые тела разделяют на кристаллические и аморфные?

2. как визуально можно отличить аморфное тело от кристаллического?

3. Какие существуют виды деформаций? Чем они отличаются друг от друга?

4. К какому виду кристалла отнести рубин, алмаз, нитрат серебра, лёд, кристаллическое олово?

• Перед вами разгаданный кроссворд. Ваша задача - составить к нему вопросы..

ПРИЛОЖЕНИЕ

Десятичные приставки

Молярная маcса

(кг/моль)

азота

282810 ^{- 3}

кислорода

3210 ^{- 3}

аргона

4010 ^{- 3}

лития

610 ^{- 3}

водорода

210 ^{- 3}

молибдена

9610 ^{- 3}

воздуха

2910 ^{- 3}

неона

2010 ^{- 3}

гелия

410 ^{- 3}

углекислого газа

4410 ^{- 3}

Константы

число 

 = 3,14

ускорение свободного падения на Земле

g = 10 м/с²

гравитационная постоянная

G = 6,7·10^-11 Н·м²/кг²

газовая постоянная

R = 8,31 Дж/(моль·К)

постоянная Больцмана

k = 1,38·10^-23 Дж/К

постоянная Авогадро

N_А = 6·10²³ моль^-1

скорость света в вакууме

с = 3·10⁸ м/с

коэффициент пропорциональности в законе Кулона

k = = 9·10⁹ Н·м² /Кл²

элементарный заряд

e = 1,6·10 ^{- 19} Кл

постоянная Планка

h = 6,6·10 ^{- 34} Дж·с

Удельная

теплоемкость воды

4,210 ³ Дж/(кгК)

теплоемкость алюминия

900 Дж/(кгК)

теплоемкость железа

640 Дж/(кгК)

теплоемкость меди

380 Дж/(кгК)

теплоемкость свинца

130 Дж/(кгК)

теплота парообразования воды

2,310 ⁶ Дж/кг

теплота плавления свинца

2,510 ⁴ Дж/кг

теплота плавления льда

3,310 ⁵ Дж/кг

Нормальные условия давление 10⁵ Па, температура 0ССоотношение между различными единицами

температура 0 К = - 273,15 ^оС

атомная единица массы 1 а.е.м. = 1,66·10 ^{- 27} кг

1 атомная единица массы эквивалентна 931,5 МэВ

Масса частиц

электрона 9,1·10 ^-31кг ≈ 5,5·10 -4 а.е.м.

протона 1,673·10^-27 кг ≈ 1,007 а.е.м.

нейтрона 1,675·10^-27 кг ≈ 1,008 а.е.м.

Плотность³

алюминия

2700 кг/м³

древесины (сосна)

400 кг/м³

меди

8900 кг/м³

парафина

900 кг/м³

ртути

13600 кг/м³

Молярная маcсакг/моль

вещество

кг/моль

азота

28·10 ^{- 3}

кислорода

32·10 ^{- 3}

аргона

40·10 ^{- 3}

лития

6·10 ^{- 3}

водорода

2·10 ^{- 3}

молибдена

96·10 ^{- 3}

воздуха

29·10 ^{- 3}

неона

20·10 ^{- 3}

гелия

4·10 ^{- 3}

углекислого газа

44·10 ^{- 3}

</