Контрольные вопросы

1. Что показывает относительная молекулярная масса вещества?

2. Что называется молем вещества? Сколько частиц содержится в одном моле?

3. Что такое эффективная молекулярная масса?

4. Как можно рассчитать молярную массу смеси газов?

5. Сформулировать закон Дальтона.

6. Что показывает число Лошмидта?

7. Чему равна эффективная молярная масса смеси газов, состоящей из:

а) 75 г азота и 25 г кислорода?

б) 16 г водорода и 30 г гелия?

в) 18 г углекислого газа и 15 г азота?

г) 30 г азота и 40 г хлора?

д) 60 г кислорода и 30 г углекислого газа?

8.Вывести формулы: (16.13), (16.15), (16.16).

Вопросы к допуску

1. Вывести формулы расчёта погрешности измерений.

2. Как изменилось бы давление в сосуде с газом, если бы внезапно исчезли силы притяжения между его молекулами?

3. Сформулируйте основные положения молекулярно кинетической теории.

4. Можно ли при помощи насоса Комовского добиться полного вакуума в колбе?

5. Являются ли процессы, происходящие с газом в данной работе, действительно изотермическими? Почему?

6. Каков состав атмосферного воздуха?

7. Можно ли считать воздух при нормальных условиях идеальным газом? Ответ обосновать.

8. Все ли молекулы воздуха в комнате движутся с одинаковыми скоростями?

9. Почему в данном опыте используется тонкостенная колба? Зачем применяется защитный мешок?

10. Как определить цену деления и показания измерительного цилиндра?

11. Как устроен металлический манометр (вакуумметр)?

Задачи

1. Определить количество вещества, содержащегося в 1 л ртути.

2. Определить количество вещества, содержащегося в 5,6 дм³ кислорода при нормальных условиях.

3. Определить молярную массу воздуха, если при нормальных условиях плотности кислорода и воздуха соответственно равны 1,43 и 1,29 кг/м³.

4. Найти массу молекулы ацетилена С₂Н₂ и его плотность при нормальных условиях.

5. Найти массу молекулы и плотность метана СН₄ при нормальных условиях.

6. Сколько молекул содержится в 6 г углекислого газа?

7. Определить массу молекулы пропана С₃Н₈ и его плотность при нормальных условиях.

8. Определить массу молекулы бутана С₄Н₁₀, если его плотность при нормальных условиях 2,67 кг/м³.

9. Плотности водорода и метана при нормальных условиях соответственно равны 0,09 и 0,72 кг/м³ . Определить молярную массу метана, если для водорода она равна 2х10^-3 кг/ моль.

10. Определить количество вещества, содержащегося в 1 л воды.

Литература:

1. Сивухин Д. В. Общий курс физики. т.2 М.: Высшая школа, 1998,. п.106-109

2. Савельев И.В. Курс физики. т.1. М.: Наука, 1989, п.91-92

3. Трофимова Т.И. Курс физики. М.: Высшая школа, 2003. п.66-69

Лабораторная работа № 5 определение постоянной больцмана.

Цель: определение постоянной Больцмана опытным путем.

Оборудование сосуд большого объема, закрытый пробкой, шприц, легко испаряющееся вещество (эфир)

Теоретическая часть

Согласно основному уравнению молекулярно-кинетической теории,

(20.1)

где р - давление газа на стенки сосуда,

v² - среднее значение квадрата скорости молекул

n - концентрация молекул (число молекул в единице объема ).

Давление р может быть измерено манометром. Уравнение (20.1) связывает, таким образом, макроскопическую величину р с микроскопическими величинами, характеризующими молекулы.

Обозначим Е среднюю кинетическую энергию поступательного движения молекулы:

Тогда уравнение (20.1) можно записать в форме:

(20.2)

При тепловом равновесии, когда давление газа данной массы и его объем постоянны, средняя кинетическая энергия молекул газа должна иметь строго определенное значение, как и температура. Так как концентрация молекул газа ,

то из уравнения (20.2) вытекает:

, или

(20.3)

В состоянии теплового равновесия средние кинетические энергии всех молекул газа одинаковы. Таким образом, средняя кинетическая энергия Е поступательного движения молекулы газа обладает основным свойством температуры: в состоянии теплового равновесия она одинакова для всех молекул газов, находящихся в тепловом контакте, а также для различных молекул газовой смеси. Она не зависит от массы и внутренней структуры молекулы. Поэтому величину Е или любую монотонную ее функцию можно принять за меру температуры газа, а также тела, находящегося с ним в тепловом равновесии. Удобно за меру температуры принять величину

(20.4)

Тогда из (20.3) и (20.4) следует, что

(20.5)

Величина, определяемая формулой (20.5),называется энергетической (кинетической) температурой. Она измеряется в тех же единицах, что и энергия (в СИ-Джоуль, в СГС-эрг).

Вместо температуры  введем температуру, измеряемую в градусах. Можно показать, чтоесть универсальная постоянная, зависящая только от выбора единиц q и Т. Она называетсяпостоянной Больцмана и является одной из важнейших фундаментальных

постоянных физики. Эту величину принято обозначать k. Таким образом,

= k T

(20.6)

где Т - абсолютная температура.

Сопоставив (20.5) и (20.6), получим:

(20.7)

Используя (20.3), имеем:

(20.8)

Согласно (20.8), при одинаковой абсолютной температуре кинетические энергии, обусловленные перемещением молекул, будут одинаковыми даже у молекул, сильно различающихся своей массой. Процесс выравнивания температуры, который имеет место при соприкосновении или смешивании холодного газа с газом нагретым, представляет по существу процесс выравнивания средних кинетических энергий поступательного движения молекул. По современным данным,

k=(1,38062+0,00006)х10^-23Дж/К.

Если в сосуде объемом V находится смесь отдельных газов, то общая кинетическая энергия молекул газовой смеси равна сумме кинетических энергий молекул отдельных компонентов смеси:

Е _К = Е_К1 +Е_К2 + ...

Умножим обе части этого равенства на, получим:

(20.9)

Сравнив (20.9) и (120.3), увидим, что выражение - общее давление газовой смеси р, a- соответствует тому давлению р_i, которое оказывал бы i-й газ, входящий в состав газовой смеси, если бы он занимал весь объем V. Это давление называют парциальным давлением i-го компонента газовой смеси. Физический смысл выражения (20.9) заключается, таким образом, в утверждении, что общее давление, оказываемое на стенки сосуда смесью нескольких газов, равно сумме парциальных давлений отдельных компонентов смеси. Этот важный физический закон был открыт эмпирически Д. Дальтоном и носит его имя.