вопросы по защите - А-13-08

МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА И ТЕРМОДИНАМИКА
Лабораторная работа № 13
ОПРЕДЕЛЕНИЕ УДЕЛЬНОЙ ТЕПЛОТЫ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ
И ИЗМЕНЕНИЯ ЭНТРОПИИ ПРИ ОХЛАЖДЕНИИ ТВЕРДОГО СПЛАВА
13.1.1. Описать процесс кристаллизации. Сформулировать закон сохранения энергии
для процесса кристаллизации.
13.1.2. Записать закон сохранения энергии для процесса охлаждения твердого сплава.
13.1.3. Сформулировать I начало термодинамики.
13.1.4. Что такое энтропия?
13.1.5. Как изменяется энтропия в процессе кристаллизации?
13.2.1. Записать I начало термодинамики для изотермического процесса.
13.2.2. Записать выражение для изменения энтропии в обратимом процессе.
13.2.3. Получить формулу для расчёта теплоты кристаллизации сплава.
13.2.4. Получить формулу для расчёта изменения энтропии в процессе кристаллизации.
13.3.1. Как измеряется температура сплава?
13.3.2. Как измеряется время кристаллизации сплава?
13.3.3. Как проводится графическая обработка результатов эксперимента?
13.3.4. Как рассчитывается погрешность Δλк?
13.4.1. Какое количество теплоты требуется сообщить металлу массой m, находящемуся при температуре T1, для того чтобы расплавить его? Температура плавления
T, удельная теплоёмкость c, удельная теплота плавления λ. Записать I начало
термодинамики и выражение для изменения энтропии в этом процессе.
13.4.2. Кусок олова массой m1, имеющий температуру t1, опустили в сосуд с водой при
температуре t2. Масса воды m2, удельная теплоёмкость олова c1, удельная теплоёмкость воды c2, теплоёмкость сосуда C. Найти температуру системы после
установления равновесия.
13.4.3. ν молей идеального газа расширяется изотермически при температуре T от объёма V1 до объёма V2. Найти изменение энтропии газа. Процесс считать обратимым.
13.4.4. В каком процессе энтропия системы не изменяется? Привести пример.
Лабораторная работа № 14
ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОЛЯРНОЙ МАССЫ ВОЗДУХА
14.1.1. Что такое идеальный газ?
14.1.2. Записать уравнение состояние идеального газа, уравнение МенделееваКлапейрона.
14.1.3. Сформулировать закон Дальтона.
14.1.4. Что такое эффективная молярная масса?
14.2.1. Вывести формулу для вычисления объёма вакуумной установки.
14.2.2. Вывести формулу для расчёта эффективной молярной массы воздуха по результатам эксперимента.
14.2.3. Какой процесс происходит в работе при открывании клапана, соединяющего
баллоны, после откачки воздуха из одного из них? Нарисовать график этого
процесса в координатах p, V. Записать используемый закон.
14.2.4. Написать первое начало термодинамики для процесса, происходящего в данной
работе при соединении баллонов после откачки воздуха. Написать связь между p
и V для данного процесса. Нарисовать график этого процесса в координатах p, V.
14.3.1. Нарисовать схему вакуумной установки. Какие краны необходимо в ней иметь
для проведения опытов по измерению ее объема?
14.3.2. Как измеряется эффективная молярная масса воздуха?
14.3.3. Как измеряется плотность воздуха?
14.3.4. Чему равна погрешность взвешивания?
14.3.5. Как работает используемый в данной работе манометр? Какова цена его деления?
14.4.1. Построить графики изотермического процесса идеального газа в координатах
p, V; V, T; p, T; ρ, T; ρ, p.
14.4.2. ν молей идеального газа нагрели изохорически от температуры T1 до температуры T2, при этом давление увеличилось в n раз. Найти объём сосуда.
14.4.3. При изотермическом расширении идеального газа давление уменьшилось в n
раз. Во сколько раз изменилась плотность газа?
14.4.4. В воздухе содержится 78% азота (по массе), 21% кислорода, 1% аргона. Найти
эффективную молярную массу воздуха.
14.5.1. Воздух из баллона объёма V откачивают с помощью поршневого насоса объёма
V0. За сколько ходов поршня давление воздуха в баллоне станет равным p?
Начальное давление равно атмосферному p0.
Лабораторная работа № 15
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОТНОШЕНИЯ ТЕПЛОЕМКОСТЕЙ Cp/CV ГАЗОВ
15.1.1. Дать определение теплоёмкости тела, удельной и молярной теплоёмкости вещества.
15.1.2. Что такое идеальный газ?
15.1.3. Какой процесс называется адиабатическим?
15.1.4. Написать уравнение Пуассона для адиабатического процесса и выражение для
коэффициента Пуассона через молярные теплоёмкости при постоянном объёме
и постоянном давлении.
15.1.5. Чему равен коэффициент Пуассона для идеальных одно-, двух- и многоатомных
газов?
15.1.6. Что такое степень свободы?
15.1.7. Что такое внутренняя энергия?
15.1.8. Что такое количество теплоты?
15.1.9. От чего зависит внутренняя энергия идеального газа?
15.1.10. Сформулировать I начало термодинамики. Записать его для изотермического,
изобарического, изохорического и адиабатического процессов.
15.1.11. Что такое обратимый процесс?
15.2.1. Записать уравнение Пуассона в координатах V, T; p, T.
15.2.2. От чего зависит молярная теплоемкость идеального газа?
15.2.3. Почему теплоемкость газа при постоянном объеме меньше теплоемкости при
постоянном давлении?
15.2.4. Как удельная теплоёмкость связана с молярной теплоёмкостью?
15.2.5. Провести сравнение адиабатического и изотермического процессов с молекулярно-кинетической точки зрения.
15.2.6. Записать уравнения изотермического, изохорического, изобарического и адиабатического процесса идеального газа.
15.2.7. Построить графики изотермического, изохорического, изобарического и адиабатического процесса идеального газа в координатах p, V; V, T; p, T; ρ, T; ρ, p; U, ρ.
15.2.8. Как изменяется температура идеального газа при адиабатическом расширении?
При адиабатическом сжатии?
15.2.9. Как изменяется внутренняя энергия данной массы идеального газа в этих процессах, если температура газа возрастает на заданную величину?
15.2.10. Вывести расчетную формулу для коэффициента Пуассона.
15.3.1. Какая величина измеряется в данной работе? Как она связана с молярными теплоемкостями газа Cp и CV?
15.3.2. Какие процессы имеют место при выполнении данного эксперимента? На каких
этапах опыта протекают эти процессы?
15.3.3. Можно ли считать процесс, происходящий при открывании клапана в баллоне,
адиабатическим?
15.3.4. Являются ли процессы, протекающие в данной работе, обратимыми? Почему?
15.3.5. Какие процессы будут осуществляться в данной работе, если закрыть клапан до
завершения адиабатического процесса, и если закрыть его некоторое время спустя после завершения процесса?
15.3.6. Каким методом можно найти показатель адиабаты экспериментально?
15.3.7. Время какого процесса определяет величина τ?
15.3.8. Можно ли найти γ этим методом, проделав измерения лишь для одного значения
τ?
15.3.9. Рассказать о теплообмене газа с окружающей средой на каждом этапе опыта.
Что необходимо знать, чтобы можно было определить количество полученного
или отданного воздухом тепла на каждом этапе опыта?
15.3.10. Найти удельную теплоёмкость воздуха для каждого процесса в данной работе.
15.4.1. Доказать, исходя из I начала термодинамики, что для идеального газа коэффициент Пуассона больше 1.
15.4.2. Найти работу, совершаемую 1 молем одноатомного идеального газа при изотермическом расширении при температуре T от объёма V1 до объёма V2 = 2V1.
15.4.3. Какое количество теплоты нужно сообщить кислороду массой m, чтобы нагреть
его изохорически от температуры T1 до температуры T2?
15.4.4. Многоатомный газ, расширяясь изобарно, совершает работу A. Найти изменение
внутренней энергии газа и количество теплоты, переданное ему в этом процессе.
15.4.5. Найти работу, совершаемую 1 молем идеального газа при адиабатическом расширении от объёма V1 до объёма V2. Начальная температура газа T1.
Лабораторная работа № 16
ОПРЕДЕЛЕНИЕ СРЕДНЕЙ ДЛИНЫ СВОБОДНОГО ПРОБЕГА
И ЭФФЕКТИВНОГО ДИАМЕТРА МОЛЕКУЛ ВОЗДУХА
16.1.1. Какие явления переноса вам известны?
16.1.2. В чём суть явления внутреннего трения?
16.1.3. Сформулировать закон внутреннего трения. Дать определение всех величин,
входящих в него.
16.1.4. От чего зависит коэффициент внутреннего трения для газов?
16.1.5. Что называется длиной свободного пробега молекул?
16.1.6. Какое течение газа или жидкости называется ламинарным?
16.2.1. Каково молекулярно-кинетическое толкование внутреннего трения в идеальном
газе?
16.2.2. Найти связь между коэффициентом внутреннего трения и средней длиной свободного пробега молекул, средней скоростью молекул.
16.2.3. Как зависят средняя скорость и средняя длина свободного пробега молекулы от
давления при постоянной температуре?
16.2.4. Вывести формулу (3) описания работы.
16.2.5. Вывести формулу (7) описания работы.
16.3.1. Какое явление и как используется для измерения средней длины свободного
пробега молекул?
16.3.2. Почему течение газа в капилляре на экспериментальной установке должно быть
ламинарным?
16.3.3. При каком условии течение воздуха в капилляре экспериментальной установки
можно считать ламинарным?
16.3.4. Как меняется скорость слоев газа по сечению капилляра в установке данной работы?
16.3.5. Как в данной работе создается разность давлений на концах капилляра?
16.3.6. Как устроен манометр, измеряющий разность давлений? Как изменятся показания манометра, если вместо воды его заполнить ртутью?
16.4.1. Какова связь между коэффициентами внутреннего трения, теплопроводности и
диффузии?
16.4.2. Вывести формулу для среднего числа столкновений молекулы в единицу времени, для среднего времени между столкновениями.
16.4.3. Газ изохорически нагрели так, что температура возросла вдвое. Во сколько раз
изменилась средняя длина свободного пробега молекулы газа?
16.4.4. Поезд движется в тоннеле со скоростью v. Расстояние между крышами вагонов
и потолком тоннеля равно h. Найти силу сопротивления воздуха на единицу
длины поезда. Коэффициент вязкости воздуха η.
Лабораторная работа № 17
ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ВНУТРЕННЕГО ТРЕНИЯ ЖИДКОСТИ
ПО МЕТОДУ СТОКСА
17.1.1. Какие явления переноса вам известны?
17.1.2. В чём суть явления внутреннего трения?
17.1.3. Сформулировать закон Ньютона для внутреннего трения. Дать определение всех
величин, входящих в него.
17.1.4. От каких параметров и как зависит коэффициент внутреннего трения?
17.2.1. Какова природа внутреннего трения?
17.2.2. Почему внутреннее трение относится к явлениям переноса?
17.2.3. Почему внутреннее трение является необратимым процессом?
17.2.4. Записать II закон Ньютона для шарика, падающего в вязкой среде.
17.2.5. Одинакова ли сила внутреннего трения в течение всего времени движения шарика? Когда движение шарика можно считать установившимся?
17.2.6. Вывести формулу для расчёта коэффициента внутреннего трения.
17.3.1. Почему необходимо наблюдать только установившееся движение шарика?
Сравнить характер движения шарика в начале падения и при установившемся
движении.
17.3.2. Как измеряется коэффициент внутреннего трения в данной работе?
17.3.3. Как измеряется диаметр шариков? Какова точность этого измерения?
17.3.4. Вывести формулу для расчёта погрешности коэффициента внутреннего трения.
17.4.1. Парашютист массой M опускается равномерно со скоростью v. Чему равна сила
сопротивления воздуха?
17.4.2. Шарик радиуса r и массы m движется равномерно в горизонтальном направлении со скоростью v0 в трубе с жидкостью вязкостью η. Найти результирующую
силу, действующую на шарик.
17.4.3. Шарик радиуса r из пуха плотностью ρ, равномерно опускается в воздухе. С какой скоростью опускается шарик? Температура воздуха T, давление p0, эффективный диаметр молекул d, эффективная молярная масса μ.
17.4.4. Получить выражение для коэффициента внутреннего трения в идеальном газе.