методичка по молекулярке
.pdfЛабораторная работа №4
1.Какое течение газа или жидкости называются ламинарным? Какое - стационарным?
2.В чем состоит явление внутреннего трения?
3.Каков механизм внутреннего трения в газах?
4.Что называется средней длиной свободного пробега молекул?
5.Как объяснить температурную зависимость коэффициента вязкости для жидкости и газов?
6.Вывести формулу, устанавливающую связь между средней длиной свободного пробега и коэффициентом вязкости?
Лабораторная работа №5
1.Объяснить механизм возникновения диффузии в газах?
2.Что называется диффузионным потоком молекул вещества?
3.Что называется плотностью диффузионного потока молекул?
4.Физический смысл коэффициента диффузии?
5.Чем отличаются механизмы возникновения явлений переноса в газах и жидкостях?
Лабораторная работа №6
1.Что будет происходить в ампуле при нагревании, если объем ампулы будет больше (меньше), чем критический объем массы вещества, находящегося в ней?
2.Как превратить ненасыщенный пар в жидкость, минуя двухфазную область?
3.Что такое перенасыщенный пар и перегретая жидкость? Как их получить?
Лабораторная работа №7
1.Почему при смачивании ткани влажного термометра возникает разность температур между показаниями сухого и влажного термометров?
2.Как измениться влажность помещения, если при неизменной температуре сухого термометра разность показаний термометров увеличится (уменьшится)?
3.Какова разность температур сухого и влажного термометров, если воздух насыщен водяными парами?
4.В каком случае испарение с поверхности кожи и слизистых оболочек идет активнее – при относительной влажности 40% или 70%?
Лабораторная работа №8
1.Почему скорость слоя жидкости, прилегающего к цилиндру, равна нулю?
131
2.Как зависит вязкость жидкости от температуры?
3.В каких единицах выражается коэффициент вязкости?
ρ1
4. Зависит ли отношение ρ0 от температуры?
ЧАСТЬ II. «Жидкости», «Фазовые переходы»
Лабораторная работа №1
1.Где количество молекул больше: в 1 г водорода или в 1 г углекислого газа?
2.Какие способы определения числа Авогадро вам известны?
3.В чем причина растекания капли жира по поверхности воды?
Лабораторная работа №2
1.В чем причина особых свойств поверхностного слоя жидкости?
2.Что называется коэффициентом поверхностного натяжения? (Дать определение этой величины через силу поверхностного натяжения, через избыточную потенциальную энергию поверхностного натяжения жидкости и через свободную энергию поверхностного слоя).
3.Чем объяснить стремление жидкости при данном объеме иметь минимальную поверхность?
4.Почему загрязнение кольца и внутренней поверхности кюветы могут повлиять на результаты измерения?
Лабораторная работа №3
1.В чем причина особых свойств поверхностного слоя жидкости?
2.Что называется коэффициентом поверхностного натяжения? (Дать определение этой величины через силу поверхностного натяжения и через свободную энергию поверхностного слоя).
3.Чему равен коэффициент поверхностного натяжения при критической температуре?
4.Вывести формулу Лапласа.
Лабораторная работа №4
1.Что называется фазой, фазовым превращением? Что такое равновесие фаз? Какую кривую называют кривой равновесия фаз?
2.Объяснить плавление как пример фазового перехода первого рода.
3.Что называется скрытой теплотой плавления?
Лабораторная работа №5
1.Каковы условия кипения жидкости?
2.В чем отличие процесса кипения от испарения?
3.Почему пар внутри пузырьков в жидкости является насыщенным?
132
4.Объяснить зависимость температуры кипения жидкости от внешнего давления?
5.Почему для измерения температуры кипения концы термопар помещаются над поверхностью жидкости?
ЧАСТЬ III. Установка ЛКТ-2
Лабораторная работа №1
1.Что такое теплоемкость?
2.Что такое удельная и молярная теплоемкость? Какова связь между ними?
3.Что такое коэффициент Пуассона? Почему он больше 1?
4.Почему процесс распространения звуковой волны можно считать адиабатическим?
5.Каково условие возникновения резонанса колебаний в трубе?
Лабораторная работа №2
1.Получить из молекулярно-кинетической теории уравнение теплопроводности в идеальных газах.
2.Каков механизм теплопроводности в диэлектриках?
3.Как зависит коэффициент теплопроводности идеальных газов от температуры. Сравните с температурной зависимостью коэффициент теплопроводности диэлектриков.
4.Физический смысл коэффициента теплопроводности.
5.Почему в уравнении теплопроводности количество переносимого тепла выражается через градиент температуры?
Лабораторная работа №3
1.Получить формулу Пуазейля?
2.Чем отличаются явления переноса в жидкостях и газах?
3.Объяснить молекулярно-кинетический механизм вязкости жидкости?
4.Как зависит вязкость жидкости от температуры?
5.Объяснить механизм протекания жидкости через трубку с некоторой скоростью?
Лабораторная работа №4
1.Какое физическое явление изучается в данной работе?
2.Что такое коэффициент диффузии? В каких единицах он измеряется? Каков его физический смысл?
3.Что такое средняя длина свободного пробега молекул? Как зависит ее величина от давления и температуры?
4.Что такое эффективный диаметр молекулы? От чего он зависит?
133
5.Каков порядок величин средней длины свободного пробега и эффективного диаметра простейших молекул газов при нормальных условиях?
Лабораторная работа №5
1.Что называется фазой? Привести примеры двухфазной и трехфазной систем. Почему система не может содержать более одной газообразной фазы?
2.Каковы условия равновесия фаз?
3.Что такое фазовые превращения? Перечислить виды фазовых превращений.
4.Что такое сублимация? Привести примеры сублимации.
5.Что такое полиморфизм? Привести примеры полиморфизма?
6.Как термодинамические потенциалы вы знаете?
7.Что такое удельный объем?
8.В чем физический смысл удельной теплоты испарения?
9.Почему для испарения жидкости требуется затрата тепла?
Лабораторная работа №6
1.Что такое внутренняя энергия тела? В чем отличие и сходство внутренней энергии и полной механической энергии тела?
2.В чем физический смысл количества тепла?
3.Что называется теплоемкостью тела? В каких единицах измеряются теплоемкости тела?
4.Сформулировать и пояснить I-й закон термодинамики.
5.Какие процессы называются обратимыми и необратимыми? Привести примеры.
6.Что называется тепловой машиной? Из чего она состоит?
7.Сформулировать II-й закон термодинамики.
ЧАСТЬ IV. Виртуальная лаборатория «Открытая физика»
Лабораторная работа №1
1.Что такое параметры состояния системы?
2.Дать определение равновесного состояния системы.
3.Какой процесс называется обратимым?
4.Что такое цикл?
5.Что такое уравнение состояния?
6.Дать определение теплоемкости тела.
7.Дать определение удельной теплоемкости.
8.Что такое число степеней свободы? Чему оно равно для одноатомной молекулы?
9.Что такое показатель адиабаты?
10.Дать определение адиабатического процесса.
134
Лабораторная работа №2
1.Дать определение вероятности получения некоторого результата измерения.
2.Дать определение элементарной вероятности при измерении величины скорости.
3.Что такое функция распределения?
4.Как вычисляется среднее значение некоторой физической величины А, если известна ее функция распределения f(A)?
5.Записать выражения для средней, средней квадратичной и наивероятнейшей скорости молекул идеального газа.
6.Вычислить на сколько процентов отличаются средняя, средняя квадратичная и наивероятнейшая скорости молекул идеального газа.
Лабораторная работа №3
1.Что происходит с макросистемой при нарушении равновесия?
2.Чем обусловлена диффузия?
3.Что такое самодиффузия?
4.Каков физический смысл коэффициента диффузии.
5.Дать определение градиента плотности в общем случае.
6.Что такое длина свободного пробега частицы?
7.Что такое эффективный диаметр и эффективное сечение частицы?
8.Записать выражение, связывающее среднюю скорость с коэффициентом диффузии?
Лабораторная работа №4
1.Перечислить все известные агрегатные состояния вещества.
2.Что такое идеальный газ?
3.При каких условиях физический газ можно описывать моделью идеальный газ?
4.Что такое газ Ван-дер-Ваальса? Записать уравнение состояния газа Ван-дер-Ваальса? Каково его второе название?
5.Что определяют константы в уравнении состояния газа Ван-дер- Ваальса?
6.Что такое изотерма? Что такое критическая изотерма?
7.Каковы особенности поведения газа при температуре, выше критической, ниже критической?
8.На каких участках изотермы Ван-дер-Ваальса примерно совпадают с изотермами реального газа?
135
Лабораторная работа №5
1.Какие устройства называют тепловыми двигателями?
2.Из каких основных элементов состоит тепловой двигатель?
3.Зачем в тепловом двигателе нужен холодильник?
4.Что является холодильником в двигателе внутреннего сгорания?
5.Чем отличаются обратимые и необратимые процессы? Почему все реальные процессы необратимы?
6.Понятие энтропии (определение, размерность и математические выражения изменения энтропии для различных изопроцессов идеальных газов).
7.В каком направлении может изменяться энтропия замкнутой системы? незамкнутой системы?
8.В чём заключается теорема Карно?
9.Изобразить в системе координат T-S изотермический и адиабатический процессы и цикл Карно в целом.
Лабораторная работа №6
1.Перечислить основные положения молекулярно-кинетической теории идеального газа.
2.Чем обусловлено давление газа с точки зрения молекулярнокинетической теории?
3.Зависит ли давление газа: а) от плотности газа; б) от температуры; в) от массы молекул?
4.Как изменяются при изотермическом расширении идеального газа: а) средняя кинетическая энергия молекул; б) средняя длина свободного пробега молекул?
5.Как изменяется средняя длина свободного пробега молекул газа: а) при изобарном нагревании; б) при изотермическом увеличении давления?
6.Что называется эффективным диаметром молекулы?
7.Вывести уравнение, связывающее давление идеального газа со средней кинетической энергией его молекул.
8.Как изменяется эффективный диаметр молекулы при увеличении температуры?
136
Лабораторная работа №7
1.Сформулировать закон Больцмана о равнораспределении энергии по степеням свободы молекул.
2.Почему колебательная степень свободы молекулы обладает вдвое большей энергией, чем поступательная и вращательная?
3.Что такое внутренняя энергия идеального газа?
4.В результате каких процессов может изменяться внутренняя энергия идеального газа?
5.Что называется молярной теплоёмкостью газа?
6.Чему равна работа изобарного расширения моля идеального газа при нагревании на 1К?
7.Чему равна работа изохорного расширения моля газа при нагревании на 1К?
8.Нагревается или охлаждается идеальный газ, если он расширяется при постоянном давлении?
9.Какой процесс называется политропным?
137
Приложение 4
СПРАВОЧНЫЕ ДАННЫЕ
Международная система единиц (СИ)
Измерение представляет собой важную задачу физики и техники. Для осуществления измерений необходимо не только располагать нужным измерительным прибором, но и установить соответствующие единицы измерения, которые объединяют в некоторые системы.
В настоящее время используется принятая в 1960 г. единая Международная система единиц. На всех языках мира эта система получила сокращенное название СИ, а её единицы называются единицы СИ.
Основные единицы
В Международной системе единиц (СИ) в качестве основных используют следующие 7 единиц:
1. |
единица длины |
метр (м) |
2. |
единица времени |
секунда (с) |
3. |
единица массы |
килограмм (кг) |
4. |
единица сила электрического тока |
ампер (А) |
5. |
единица температуры |
кельвин (К) |
6. |
единица количество вещества |
моль (моль) |
7. |
единица сила света |
кандела (кд). |
Производные единицы СИ
Все остальные единицы Международной системы представляют собой произведения степеней остальных единиц, на содержание числовых коэффициентов.
Приставки к единицам СИ
Приставка |
Краткое |
Значение |
Приставка |
Краткое |
Значение |
обозначение |
обозначение |
||||
Дека |
да |
101 |
деци |
д |
10-1 |
гекто |
г |
102 |
санти |
с |
10-2 |
Кило |
к |
103 |
милли |
м |
10-3 |
Мега |
М |
106 |
микро |
мк |
10-6 |
Гига |
Г |
109 |
нано |
н |
10-9 |
Тера |
Т |
1012 |
пико |
п |
10-12 |
Пета |
П |
1015 |
фемто |
ф |
10-15 |
Экса |
Э |
1018 |
атто |
а |
10-18 |
138
Коэффициенты Стьюдента
α |
0,1 |
0,5 |
0,9 |
0,95 |
0,96 |
0,99 |
0,999 |
n |
|
|
|
|
|
|
|
5 |
13 |
74 |
2,1 |
2,8 |
3,7 |
4,6 |
8,6 |
10 |
13 |
70 |
1,8 |
2,3 |
2,8 |
3,3 |
4,8 |
15 |
13 |
69 |
1,8 |
2,1 |
2,6 |
3,0 |
4,1 |
Зависимость давления и плотности насыщенного водяного пара от температуры (m – масса 1 м3, выраженная в граммах)
t0,C |
p, мм.рт.ст. |
m; ρ, г/м3 |
t0,C |
p, мм.рт.ст. |
m; ρ, г/м3 |
0 |
4,58 |
4,84 |
21 |
18,65 |
18,30 |
|
|
|
|
|
|
1 |
4,93 |
5,22 |
22 |
19,83 |
19,40 |
|
|
|
|
|
|
2 |
5,29 |
5,60 |
23 |
21,07 |
20,60 |
|
|
|
|
|
|
3 |
5,60 |
5,98 |
24 |
22,38 |
21,80 |
|
|
|
|
|
|
4 |
6,10 |
6,40 |
25 |
23,76 |
23,00 |
|
|
|
|
|
|
5 |
6,54 |
6,84 |
26 |
25,21 |
24,40 |
|
|
|
|
|
|
6 |
7,01 |
7,30 |
27 |
26,74 |
25,80 |
|
|
|
|
|
|
7 |
7,51 |
7,80 |
28 |
28,35 |
27,20 |
|
|
|
|
|
|
8 |
8,05 |
8,30 |
29 |
30,04 |
28,70 |
|
|
|
|
|
|
9 |
8,61 |
8,80 |
30 |
31,82 |
30,30 |
|
|
|
|
|
|
10 |
9,21 |
9,40 |
31 |
33,70 |
32,10 |
|
|
|
|
|
|
11 |
9,84 |
10,00 |
32 |
35,66 |
33,40 |
|
|
|
|
|
|
12 |
10,52 |
10,70 |
33 |
37,73 |
35,70 |
|
|
|
|
|
|
13 |
11,23 |
11,40 |
34 |
39,90 |
37,60 |
|
|
|
|
|
|
14 |
11,99 |
12,10 |
35 |
42,18 |
39,60 |
|
|
|
|
|
|
15 |
12,79 |
12,80 |
36 |
44,56 |
41,80 |
|
|
|
|
|
|
16 |
13,63 |
13,60 |
37 |
47,07 |
44,00 |
|
|
|
|
|
|
17 |
14,53 |
14,50 |
38 |
49,69 |
46,30 |
|
|
|
|
|
|
18 |
15,48 |
15,40 |
39 |
52,44 |
48,70 |
|
|
|
|
|
|
19 |
16,48 |
16,80 |
40 |
55,32 |
52,20 |
|
|
|
|
|
|
20 |
17,54 |
17,30 |
41 |
71,88 |
65,40 |
|
|
|
|
|
|
139
Зависимость плотности воды от температуры
t0,C |
ρ, г/см3 |
t0,C |
ρ, г/см3 |
t0,C |
ρ, г/см3 |
0 |
0,99987 |
12 |
0,99952 |
24 |
0,99732 |
1 |
0,99993 |
13 |
0,99940 |
25 |
0,99707 |
2 |
0,99997 |
14 |
0,99927 |
26 |
0,99681 |
3 |
0,99999 |
15 |
0,99913 |
27 |
0,99654 |
4 |
1,00000 |
16 |
0,99897 |
28 |
0,99626 |
5 |
0,99999 |
17 |
0,99880 |
29 |
0,99597 |
6 |
0,99997 |
18 |
0,99862 |
30 |
0,99667 |
7 |
0,99993 |
19 |
0,99843 |
31 |
0,99537 |
8 |
0,99988 |
20 |
0,99823 |
32 |
0,99505 |
9 |
0,99981 |
21 |
0,99802 |
33 |
0,99472 |
10 |
0,99973 |
22 |
0,99780 |
34 |
0,99440 |
11 |
0,99963 |
23 |
0,99757 |
35 |
0,99406 |
Свойства некоторых жидкостей (при 200с, 760 мм. рт. ст.)
|
Плотность, |
Удельная |
Поверхностное |
|
Вещество |
теплоем- |
натяжение, |
||
103 кг/м3 |
кость, |
|||
|
|
Дж/(кг· К) |
Н/м |
|
|
|
|
||
Бензол |
0,88 |
1720 |
0,03 |
|
Вода |
1,00 |
4190 |
0,073 |
|
Глицерин |
1,20 |
2430 |
0,064 |
|
Касторовое |
0,90 |
1800 |
0,035 |
|
масло |
||||
|
|
|
||
Керосин |
0,80 |
2140 |
0,03 |
|
Ртуть |
13,60 |
138 |
0,5 |
|
Спирт |
0,79 |
2510 |
0,02 |
Коэффициент внутреннего трения (вязкости) некоторых жидкостей
η, 103 Па· с
t0,C |
Вода |
Глицерин |
Касторовое мас- |
|
|
|
ло |
15 |
1,140 |
2250 |
1514 |
20 |
1,004 |
1480 |
950 |
25 |
0,894 |
952 |
621 |
30 |
0,801 |
600 |
451 |
140