11-F-2 probly incompl Flashcards
Что понимают под идеальным газом?
Идеальный газ - это газ, молекулы которого соответствуют следующим условиям:
1) Размеры молекул малы по сравнению со средним расстоянием между ними.
2) Силы притяжения и отталкивания между молекулами проявляются только на расстояниях, сравнимых с размерами молекул
Какие молекулы могут составлять идеальный газ?
Молекулы идеального газа могут быть одноатомными, двухатомными или состоять из большего числа атомов.
Какую модель используют для описания одноатомного идеального газа?
Одноатомный идеальный газ моделируется как совокупность маленьких твёрдых шариков, которые упруго соударяются друг с другом и со стенками сосуда.
Запишите основное уравнение молекулярно-кинетической теории идеального газа.
p = (2/3) * n * E̅, где:
- p: давление газа,
- n: концентрация молекул,
- E̅: средняя кинетическая энергия поступательного движения одной молекулы.
Как определяется средняя кинетическая энергия молекулы одноатомного идеального газа?
Средняя кинетическая энергия одной молекулы определяется как сумма кинетической энергии поступательного движения всех молекул, делённая на их количество.
Как учитывается полная кинетическая энергия в случае многоатомного идеального газа?
Для многоатомного идеального газа полная кинетическая энергия молекулы включает:
- Кинетическую энергию поступательного движения E = m_0 * v^2 / 2,
- Кинетическую энергию вращения.
Как выражается средняя кинетическая энергия поступательного движения молекулы многоатомного идеального газа?
Средняя кинетическая энергия поступательного движения молекулы равна E̅ = m_0 * v̅^2 / 2, где v̅^2 - среднее значение квадрата скорости молекулы.
Что такое парциальное давление и как оно связано с давлением смеси газов?
Парциальное давление p_i - это давление, которое бы оказал i-й газ, если бы остальные газы были удалены. Общее давление смеси газов равно сумме парциальных давлений (P = Σ_i p_i) - закон Дальтона.
Как связаны средняя кинетическая энергия молекул идеального газа и температура?
Средняя кинетическая энергия поступательного движения молекул связана с температурой T соотношением:
E̅ = (3/2) * k * T,
где k = 1.38 * 10^-23 Дж/К - постоянная Больцмана.
Как связаны температуры по шкалам Кельвина и Цельсия?
Температура по шкале Кельвина T и по шкале Цельсия t связаны соотношением:
T = t + 273
Что является мерой средней кинетической энергии поступательного движения молекул?
Температура является мерой средней кинетической энергии поступательного движения молекул:
(m0 * v̅^2) / 2 = (3/2) * k * T
Как выражается средняя квадратичная скорость молекул?
Средняя квадратичная скорость молекул v_кв определяется как:
v_кв = √(v̅^2) = √(3 * k * T / m0),
где m0 - масса молекулы.
Как соотносится средняя квадратичная скорость молекул с средней арифметической скоростью?
Средняя квадратичная скорость v_кв примерно равна v_ср
Как записывается уравнение состояния идеального газа в зависимости от давления, концентрации и температуры?
Уравнение состояния идеального газа:
p = n * k * T,
где n = N / V - концентрация молекул, N - число молекул, V - объём.
Как записывается уравнение состояния идеального газа через объём и количество молекул?
Уравнение принимает вид:
pV = N * k * T
Как выражается уравнение состояния через число молей и универсальную газовую постоянную?
Уравнение состояния:
pV = ν * R * T,
где ν = m / μ - число молей газа, R = N_A * k ≈ 8.31 Дж/(моль*К) - универсальная газовая постоянная.
Как выражается уравнение Менделеева – Клапейрона?
Уравнение Менделеева – Клапейрона:
pV = (m / μ) * R * T,
где m - масса газа, μ - молярная масса газа, T - температура по шкале Кельвина.
Как связаны давление, плотность и температура идеального газа?
Давление, плотность и температура связаны уравнением:
p = (ρ / μ) * R * T,
где ρ = m / V - плотность газа, μ - молярная масса, R - универсальная газовая постоянная, T - температура.
Что называют состоянием термодинамического равновесия?
Состояние термодинамического равновесия означает, что все макроскопические параметры (давление, температура и объём) газа не изменяются со временем.
Что такое равновесный процесс?
Равновесный процесс (или квазистатический процесс) - это процесс, при котором давление и температура выравниваются по всему объёму газа в каждый момент времени, и газ проходит через последовательность равновесных состояний.
Почему равновесный процесс можно изобразить графически, а неравновесный - нет?
В равновесном процессе параметры p, T и V имеют определённые значения в каждый момент времени, поэтому зависимости между ними можно изобразить графически. В неравновесном процессе такие зависимости не определены.
Как связаны параметры смеси нескольких идеальных газов?
Для смеси идеальных газов общее давление p, объём V, температура T и суммарное число молей ν связаны уравнением:
pV = νRT.
Как выводится уравнение состояния смеси идеальных газов?
Записываем уравнение состояния для каждого газа:
p_1V = ν_1RT, p_2V = ν_2RT, …
Суммируя и используя закон Дальтона (p = p_1 + p_2 + …), получаем:
pV = νRT,
где ν = ν_1 + ν_2 + …
Как записывается уравнение состояния для смеси газов через среднюю молярную массу?
Уравнение состояния через среднюю молярную массу смеси:
pV = (m / μ_ср) * R * T,
где m - масса смеси, μ_ср = m / ν - средняя молярная масса смеси, ν - суммарное число молей
Как определяется средняя молярная масса смеси газов?
Средняя молярная масса смеси:
μ_ср = m / ν,
где m - масса смеси, ν - суммарное число молей газов.
Какова средняя молярная масса атмосферного воздуха?
Средняя молярная масса атмосферного воздуха составляет 29 г/моль, так как азот (μ_N_2 = 28 г/моль) преобладает над кислородом (μ_O_2 = 32 г/моль).
Когда модель идеального газа плохо описывает поведение реальных газов?
При достаточно низких температурах и больших плотностях реальных газов модель идеального газа перестаёт быть точной.
Что входит в состав внутренней энергии макроскопического тела?
В состав внутренней энергии входят:
- Кинетическая энергия молекул (поступательное и вращательное движение),
- Потенциальная энергия взаимодействия молекул,
- Энергия электронов в атомах,
- Внутриядерная энергия,
- Энергия колебаний атомов в молекулах (не учитывается при низких температурах).
Как определяется внутренняя энергия идеального газа?
Внутренняя энергия идеального газа состоит только из кинетической энергии молекул (поступательное и вращательное движение) и зависит исключительно от температуры, не завися от объёма.
Почему внутренняя энергия реальных газов, жидкостей и твёрдых тел зависит от объёма?
У реальных газов, жидкостей и твёрдых тел внутренняя энергия зависит от объёма, так как потенциальная энергия взаимодействия молекул зависит от расстояния между ними.
Как вычисляется внутренняя энергия одноатомного идеального газа?
Внутренняя энергия одноатомного идеального газа определяется формулой:
U = (3/2) * νRT = (3/2) * (m/μ) * RT,
где ν - число молей, R - универсальная газовая постоянная, T - температура, m - масса газа, μ - молярная масса
Что определяет внутренняя энергия конкретного идеального газа?
Внутренняя энергия конкретного идеального газа зависит только от температуры.
Как определяется работа, совершаемая термодинамической системой при изменении объёма?
Работа определяется формулой:
ΔA = pΔV,
где p - давление, ΔV - изменение объёма. Если ΔV > 0, работа положительна; если ΔV < 0, работа отрицательна.
Как вычисляется работа газа в процессе с переменным давлением?
Работа газа определяется интегралом:
A = ∫[V_1, V_2] p(V) dV,
где p(V) - давление как функция объёма, V_1 и V_2 - начальный и конечный объёмы.
Как определяется работа в изобарном процессе?
В изобарном процессе работа вычисляется по формуле:
A = pΔV,
где p - постоянное давление, ΔV - изменение объёма за процесс.
Какова геометрическая интерпретация работы газа на графике p-V?
Геометрически работа равна площади под кривой зависимости p(V) на графике в координатах p и V между состояниями 1 и 2.
Что называется количеством теплоты?
Количеством теплоты называют энергию, переданную телу окружающей средой без совершения работы. Этот процесс называется теплообменом.
Как определяется теплоёмкость тела?
Теплоёмкость определяется как:
C = ΔQ / ΔT,
где ΔQ - количество теплоты, ΔT - изменение температуры тела.
Какими могут быть значения теплоёмкости тела?
Теплоёмкость может быть:
- Положительной (ΔQ > 0, ΔT > 0),
- Отрицательной (ΔQ < 0, ΔT > 0),
- Нулевой (ΔQ = 0, ΔT ≠ 0),
- Бесконечной (ΔT = 0, ΔQ ≠ 0)
Приведите примеры процессов с различными значениями теплоёмкости.
-
Положительная: Подогрев газа при фиксированном объёме (C > 0).
- Отрицательная: Сжатие газа с отдачей тепла при повышении температуры (C < 0).
- Нулевая: Адиабатическое сжатие газа (C = 0).
- Бесконечная: Изотермическое расширение газа (C = ∞).
Что такое удельная теплоёмкость и как она вычисляется?
Удельная теплоёмкость - это теплоёмкость единицы массы тела, вычисляется как:
c_уд = ΔQ / (mΔT),
где m - масса тела.
Что такое молярная теплоёмкость и как она вычисляется?
Молярная теплоёмкость - это теплоёмкость одного моля тела, вычисляется как:
c_𝜇 = ΔQ / (νΔT),
где ν - число молей тела
Как связаны теплоёмкость, удельная и молярная теплоёмкости?
Связь выражается формулами:
- C = mc_уд,
- C = νc_𝜇,
- c_𝜇 = μc_уд,
где μ - молярная масса тела
Совпадают ли знаки удельной и молярной теплоёмкостей со знаком теплоёмкости тела?
Да, знаки удельной и молярной теплоёмкостей совпадают со знаком теплоёмкости тела в данном процессе.
Как формулируется первый закон термодинамики?
Первый закон термодинамики:
Q = ΔU + A,
где Q - количество теплоты, ΔU - изменение внутренней энергии, A - работа, совершаемая системой.
Как интерпретируются знаки величин Q, ΔU и A в первом законе термодинамики?
- Q > 0: система получает теплоту,
- Q < 0: система отдаёт теплоту,
- ΔU > 0: внутренняя энергия увеличивается,
- ΔU < 0: внутренняя энергия уменьшается,
- A > 0: система выполняет работу,
- A < 0: над системой выполняется работа.
Как выражается изменение внутренней энергии идеального газа?
Изменение внутренней энергии идеального газа определяется формулой:
ΔU = 𝜈 c_V ΔT,
где 𝜈 - число молей, c_V - молярная теплоёмкость при постоянном объёме, ΔT - изменение температуры.
Как выводится формула ΔU = 𝜈c_VΔT?
При V = const:
- Q = 𝜈c_VΔT,
- A = 0,
- Из первого закона термодинамики: Q = ΔU + A.
Следовательно, ΔU = 𝜈 c_V ΔT.
Зависит ли внутренняя энергия идеального газа от температуры?
Да, внутренняя энергия идеального газа зависит только от температуры. Формула:
U = 𝜈c_VT.
Какое значение внутренней энергии принимается у идеального газа при T = 0?
При T = 0 внутренняя энергия идеального газа считается равной нулю.
Чему равна молярная теплоёмкость при постоянном объёме для одноатомного идеального газа?
Молярная теплоёмкость при постоянном объёме одноатомного идеального газа:
c_V = 3/2 R,
где R - универсальная газовая постоянная
Почему молярная теплоёмкость c_V одинакова для всех одноатомных идеальных газов?
Молярная теплоёмкость при постоянном объёме одинакова для всех одноатомных идеальных газов, так как их внутренняя энергия зависит только от кинетической энергии молекул.
Чему равны молярные теплоёмкости при постоянном объёме для одноатомных, двухатомных и многоатомных идеальных газов?
- Одноатомный газ: c_V = 3/2 R,
- Двухатомный газ: c_V = 5/2 R,
- Многоатомный газ: c_V = 3 R.
От чего зависят удельные теплоёмкости идеальных газов?
Удельные теплоёмкости зависят от молярной массы газа. Они различны для одноатомных, двухатомных и многоатомных газов.
При каком условии значения молярной теплоёмкости остаются неизменными?
Значения молярной теплоёмкости остаются неизменными, если температура газа не слишком велика, чтобы учитывать колебания атомов в молекуле.
Каковы значения средней кинетической энергии молекулы для одноатомного, двухатомного и многоатомного идеальных газов?
- Одноатомный газ: E̅ = 3/2 kT,
- Двухатомный газ: E̅ = 5/2 kT,
- Многоатомный газ: E̅ = 3 kT,
где k – постоянная Больцмана.
Что связывает молярные теплоёмкости при постоянном давлении и постоянном объёме?
Уравнение Роберта Майера:
c_p = c_V + R,
где c_p – молярная теплоёмкость при постоянном давлении, c_V – молярная теплоёмкость при постоянном объёме, R – универсальная газовая постоянная.
Как выводится уравнение Роберта Майера c_p = c_V + R?
- В изобарическом процессе количество теплоты: ν c_p ΔT = ν c_V ΔT + p ΔV,
- Из уравнения состояния газа: p ΔV = ν R ΔT,
- Подставляя: ν c_p ΔT = ν c_V ΔT + ν R ΔT,
- Следовательно, c_p = c_V + R.
Что такое круговой процесс (цикл)?
Круговым процессом называется термодинамический процесс, в результате которого тело, пройдя через ряд состояний, возвращается в исходное состояние.
Чем отличаются прямой и обратный циклы?
- Прямой цикл: тело совершает положительную работу за цикл.
- Обратный цикл: тело совершает отрицательную работу за цикл.
Чему равна работа за цикл в равновесном цикле?
Работа за цикл равна по модулю площади фигуры, ограниченной кривой на диаграмме p-V.
Какое изменение внутренней энергии происходит за цикл?
За цикл тело возвращается в исходное состояние, поэтому изменение внутренней энергии равно нулю: ΔU = 0.
Как связаны количество теплоты и работа за цикл?
Согласно первому закону термодинамики: Q = ΔU + A. Так как ΔU = 0, то Q = A. Алгебраическая сумма всех количеств теплоты, полученной телом за цикл, равна работе тела за цикл.
Что такое коэффициент полезного действия (КПД) прямого цикла?
КПД прямого цикла определяется как:
η = A/Q⁺ = (Q⁺ - Q⁻)/Q⁺ = 1 - Q⁻/Q⁺,
где Q⁺ – количество теплоты, полученное телом, Q⁻ – количество теплоты, отданное телом.
Почему КПД не вводится для обратного цикла?
Для обратного цикла коэффициент полезного действия не вводится, так как он выполняет другие задачи, например передачу теплоты с затратой работы.
Что такое тепловая машина?
Это устройство, в котором рабочее тело совершает циклический процесс, вступая в тепловой контакт с двумя телами. Оно может совершать положительную или отрицательную работу.
Какие виды тепловых машин существуют?
- Тепловой двигатель: преобразует теплоту в механическую работу, выполняя прямой цикл.
- Тепловой насос: передаёт теплоту от холодного тела к более горячему, используя работу над рабочим телом (обратный цикл).
- Холодильная установка: поддерживает в объёме температуру ниже окружающей среды, используя обратный цикл.
Каковы задачи теплового насоса и холодильной установки?
- Тепловой насос: поддержание температуры выше температуры окружающей среды.
- Холодильная установка: поддержание температуры ниже температуры окружающей среды.
Что такое тепловой двигатель?
Тепловой двигатель — это тепловая машина, в которой рабочее тело совершает прямой цикл, получая за цикл теплоту Q⁺ от нагревателя, отдавая Q⁻ холодильнику и совершая работу A.
Как определяется коэффициент полезного действия (КПД) теплового двигателя?
КПД теплового двигателя:
η = A / Q⁺ = (Q⁺ - Q⁻) / Q⁺ = 1 - Q⁻ / Q⁺,
где Q⁺ — теплота, полученная от нагревателя, Q⁻ — теплота, отданная холодильнику.
Почему КПД теплового двигателя всегда меньше единицы?
КПД меньше единицы, так как для периодичности работы двигателя часть тепла, взятого у нагревателя, обязательно отдаётся холодильнику.
Что установил С. Карно о максимальном КПД теплового двигателя?
Максимальный КПД теплового двигателя, работающего с нагревателем температуры T₁ и холодильником температуры T₂, равен:
η = 1 - T₂ / T₁.
Это достигается при цикле Карно (две адиабаты и две изотермы).
Что такое фазовый переход?
Фазовый переход — это изменение агрегатного состояния вещества или резкое изменение его характеристик (объём, плотность, теплоёмкость и т. д.) при переходе из одной фазы в другую.
Как определяется фаза вещества?
Фаза — это физически однородная часть вещества, отделённая от других частей границей раздела.
Приведите пример двухфазной системы.
- Вода и пар в замкнутом сосуде
- Капелька ртути в воде
- Капельки тумана в воздухе
Как связаны температура и давление при фазовом равновесии для однокомпонентного вещества?
Для заданного давления существует определённая температура, при которой две фазы находятся в равновесии и переходят друг в друга без изменения температуры до завершения фазового перехода.
Что происходит при кипении воды в замкнутом сосуде при p₀ = 1 атм?
Равновесие между водой и паром наступает при 100 ºC. Подвод тепла вызывает кипение (переход жидкости в газ), а отвод — конденсацию (переход газа в жидкость).
Как давление влияет на равновесную температуру фазового перехода воды и пара?
- При давлении 0.58 p₀ равновесие наступает при 85 ºC.
- При давлении 2 p₀ равновесие достигается при ≈120 ºC.
Как давление влияет на температуру плавления льда?
Увеличение давления на 1 атм понижает температуру плавления льда на 0.007 ºC.
Какие фазовые переходы сопровождаются выделением или поглощением тепла?
Фазовые переходы с выделением или поглощением тепла:
- Плавление и кристаллизация.
- Испарение и конденсация.
Тепло, выделяющееся при одном переходе, равно теплу, поглощаемому при обратном переходе.
