Билет 21

Идеальный газ. Давление газа. Основное уравнение молекулярно-кинетической теории идеального газа.

При использовании температурной шкалы Кельвина. Графики законов Шарля и Гей-Люссака принимают вид пропорциональности, математическое выражение законов тоже изменяется.

Закон Гей-Люссака:

если объем V данного количества вещества газа ν не меняется, то отношение его давления р к температуре Т постоянно:

.

Закон Шарля:

если давление р данного количества газа ν не меняется, то отношение его объема V к температуре Т постоянно:

.

Экспериментальные газовые законы дают возможность получить уравнение состояния газа, то есть функциональную зависимость между параметрами (р, V, Т), характеризующими состояние системы:

.

Это уравнение состояния для фиксированного количества газа или уравнение Клапейрона. Подчеркнем, что оно описывает только равновесные состояния газа.

Таким образом, при любом изменении состояния данного количества газа произведение давления на объем, деленное на абсолютную температуру, остается постоянным.

Газ может находиться в разных состояниях, однако в физике четко фиксированы так называемые нормальные условия:

р₀=1,00 атм=1,01•10⁵ Па=760 мм. рт.ст. и Т₀=273 К (t=0⁰С).

Рассмотрим один моль газа при нормальных условиях. В соответствии с законом Авогадро один моль любого газа занимает при нормальных условиях один и тот же объем

V₀=22,4л=22,4•10^-3м³. Следовательно, одного моля любого газа соотношение имеет одно и то же значение, обозначаемое R и называемое универсальной газовой постоянной:

.

С помощью универсальной газовой постоянной уравнение Клапейрона для одного моля любого газа можно записать в виде рV=RT.

Д. И. Менделеев обобщил это уравнение на произвольное количество газа, так как при одних и тех же значениях температуры и давления ν молей газа занимают в ν раз больший объем, то один моль:

рV= ν RT.

Полученное равенство называется уравнением Клапейрона-Менделеева. Оно представляет собой уравнение состояния для произвольного количества газа.

Уравнение состояния полученное на основе экспериментально установленных газовых законов. Условия применимости его для различных газов различны. Физическая модель газа, для которой уравнение состояния выполняется точно, называется идеальным газом. Вследствие этого уравнение состояния Клапейрона-Менделеева правильно называть уравнением состояния идеального газа.

Билет 22 Радиоактивность. Закон радиоактивного распада.

Ядра обладают способностью самопроизвольно распадаться. При этом устойчивыми являются только те ядра, которые обладают минимальной энергией по сравнению с теми, в которые ядро может самопроизвольно превратиться. Ядра, в которых протонов больше, чем нейтронов, нестабильны, т.к. увеличивается кулоновская сила отталкивания. Ядра, в которых больше нейтронов, тоже нестабильны, т.к. масса нейтрона больше массы протона, а увеличение массы приводит к увеличению энергии. Ядра могут освобождаться от избыточной энергии либо делением на более устойчивые части (альфа-распад и деление), либо изменением заряда (бета-распад). Альфа-распадом называется самопроизвольное деление атомного ядра на альфа частицу и ядро-продукт. Альфа-распаду подвержены все элементы тяжелее урана. Способность альфа-частицы преодолеть притяжение ядра определяется туннельным эффектом (уравнением Шредингера). При альфа-распаде не вся энергия ядра превращается в кинетическую энергию движения ядра-продукта и альфа-частицы. Часть энергии может пойти на возбуждения атома ядра-продукта. Таким образом, через некоторое время после распада ядро продукта испускает несколько гамма-квантов и приходит в нормальное состояние. Существует также еще один вид распада – спонтанное деление ядер. Самым легким элементом, способным к такому распаду, является уран. Распад происходит по закону , где Т – период полураспада, константа для данного изотопа. Бета-распад представляет собой самопроизвольное превращение атомного ядра, в результате которого его заряд увеличивается на единицу за счет испускания электрона. Но масса нейтрона превышает сумму масс протона и электрона. Этот объясняется выделением еще одной частицы – электронного антинейтрино . Не только нейтрон способен распадаться. Свободный протон стабилен, но при воздействии частиц он может распасться на нейтрон, позитрон и нейтрино. Если энергия нового ядра меньше, то происходит позитронный бета-распад . Как и альфа-распад, бета-распад также может сопровождаться гамма-излучением.

Радиоактивность представляет собой самопроизвольный процесс, происходящий в атомах радиоактивных элементов. Это явление определяется как самопроизвольное превращение неустойчивого изотопа одного химического элемента в изотоп другого; при этом происходит испускание электронов, протонов, нейтронов или ядер гелия. Виды: гамма- лучи – это очень короткие электромагнитные волны. Их длина от 10^-10 до 10^-13 м. Скорость их распространения около скорости света.

Бета – лучи: Природа бета лучей была установлена раньше всех – в 1899 году. По их отклонению в электрическом и магнитных полях был измерен удельный заряд. Оказалось, что он такой же как у электрона. Значит бета лучи –это электроны, движущиеся с огромными скоростями, очень близкими к скорости света.

Альфа – частицы: Знак заряда у них положительный. Это ядро атомов гелия. Значит ее заряд 2е, а масса 4 а.е.м. Вылетающие из радиоактивных ядер альфа частицы имеют большие скорости, достигающие десятых долей скорости света, значит обладают большой энергией. Их свойства – это проникающая и ионизирующая.

-закон радиоактивного распада. N₀- начальное кол-во радиоактивных ядер, t- некоторый произвольный момент времени, N-число ядер не испытавших распад, Т_1/2-постоянная величина, зависящая от свойств радиоактивного изотопа - называется периодом полураспада. Активностью образца А наз-ся число распадов атомных ядер, происходящих за 1с . СИ –беккерель =активности радионуклида, в котором за 1с происходит один акт распада.

Экспериментальное задание: «Установле­ние зависимости сопротивления проводни­ка от его длины с помощью реостата».

Оборудование: источник постоянного тока (лабораторный), реостат (6 Ом), ам­перметр (лабораторный), ключ, соедини­ тельные провода, линейка.

Порядок выполнения задания.

1. К источнику тока последовательно подключить реостат, амперметр и ключ.

2. Определить силу тока I в цепи при полностью введенном реостате, I₂ — вве­денном на 3/4 длины реостата, I₃ — вве­денном на половину длины реостата и I₄ — введенном на 1/4 длины реостата.

3. Сравнить силы токов I₁, I₂, I₃ и I₄.