Оцените диаметр молекулы воды задача

Оцените диаметр молекулы воды задача

Оцените диаметр молекулы воды. Оцените диаметр молекулы воды.

Лучший ответ:

ответ к заданию по физике

  • Другие вопросы:

    В чем заключается прогрессивный характер изменений эволюция кровеносной системы позвоночных? В чем заключается прогрессивный характер изменений эволюция кровеносной системы позвоночных?

    Поясните, в каком направлении шла эволюция кровеносной системы позвоночных. Поясните, в каком направлении шла эволюция кровеносной системы позвоночных.

    Назовите отличительные признаки белого и бурого медведей Назовите отличительные признаки белого и бурого медведей

    Возникновение и развитие отдела Покрытосеменные сопровождалось ароморфозами и идиоадаптациями. Конкретизируйте это примерами. Возникновение и развитие отдела Покрытосеменные сопровождалось ароморфозами и идиоадаптациями. Конкретизируйте это примерами.

    Приведите примеры ароморфозов и идиоадаптаций у организмов класса Пресмыкающиеся. Приведите примеры ароморфозов и идиоадаптаций у организмов класса Пресмыкающиеся.

    Молярная масса воды:

    Если молекулы в жидкости упакованы плотно и каждая из них вписывается в куб объемом V1 с ребром d, то .

    Объем одной молекулы: ,где: Vm одного моля, NA — число Авогадро.

    Объем одного моля жидкости: , где: М- ее молярная масса, — плотность.

    Диаметр молекулы:

    Вычисляя, имеем:

    Основные характеристики молекул

    Относительная молекулярная масса алюминия Mr=27. Определить его основные молекулярные характеристики.

    1.Молярная масса алюминия: M=Mr . 10 -3 M = 27 . 10 -3

    2. Количество вещества, содержащееся в одном килограмме алюминия:

    3. Количество вещества, содержащееся в 1 м 3

    4. Масса 5 моль алюминия: .

    5. Число частиц, содержащееся в 1 кг алюминия:

    6. Число частиц, содержащееся в 1м 3

    алюминия:

    7. Порядок величины радиуса атома алюминия, считая, что атомы имеют форму шара и

    Характеристики молекул газа

    Найти концентрацию молекул, гелия (М=4 . 10 -3 кг/моль) при нормальных условиях (р=10 5 Па, Т=273К), их среднеквадратичную скорость и плотность газа.

    ; .

    2.Среднеквадратичная скорость молекул:

    ;
    Пузырек воздуха

    С какой глубины в водоеме всплывает пузырек воздуха, если при этом его объем увеличивается в 2 раза?

    Мы не знаем, одинаковой ли остается температура воздуха в пузырьке. Если она одинакова, то процесс всплытия описывается уравнением pV=const. Если изменяется, то уравнением pV/T=const.

    Оценим, большую ли ошибку мы допускаем, если пренебрегаем изменением температуры.

    Предположим, что мы имеем максимально неблагоприятный результат.Пусть стоит очень жаркая погода и температура воды на поверхности водоема достигает +25 0 С(298 К). На дне температура не может быть ниже +4 0 С (277К), так как этой температуре соответствует максимальная плотность воды. Таким образом, разность температур составляет 21К. По отношению к начальной температуре, эта величина составляет %%.Вряд ли мы встретим такой водоем, перепад температур между поверхностью и дном которого равен названной величине. К тому же, пузырек всплывает достаточно быстро и вряд ли за время всплытия он успеет полностью прогреться. Таким образом, реальная ошибка будет существенно меньшей и мы вполне можем пренебречь изменением температуры воздуха в пузырьке и воспользоваться для описания процесса законом Бойля-Мариотта: p1V1=p2V2,где: p1 — давление воздуха в пузырьке на глубине h (p1 = pатм. + rgh), p2 — давление воздуха в пузырьке вблизи поверхности. p2 = pатм.

    (pатм + rgh)V =pатм 2V; ;

    Стакан

    Перевернутый вверх дном стакан погружают в водоем. На какой глубине стакан начнет тонуть?

    В перевернутом вверх дном стакане закупорен воздух. В задаче утверждается, что стакан начинает тонуть только на некоторой глубине. По всей видимости, если его отпустить на глубине меньшей некоторой критической глубины, он всплывет (предполагается, что стакан расположен строго вертикально и не опрокидывается).

    Уровень, находясь выше которого стакан всплывает, а ниже которого тонет, характеризуется равенством сил, приложенных к стакану с разных сторон.

    Силами, действующими на стакан в вертикальном направлении, являются сила тяжести, направленная вниз, и выталкивающая сила, направленная вверх.

    Выталкивающая сила связана с плотностью жидкости, в которую помещен стакан, и объемом вытесненной им жидкости.

    Сила тяжести, действующая на стакан, прямо пропорциональна его массе.

    Из контекста задачи вытекает, что по мере погружения стакана, сила, направленная вверх, уменьшается. Уменьшение выталкивающей силы может происходить только за счет уменьшения объема вытесненной жидкости, так как жидкости практически несжимаемы и плотность воды у поверхности и на некоторой глубине одинакова.

    Уменьшение объема вытесненной жидкости может происходить за счет сжатия воздуха в стакане, которое, в свою очередь, может идти за счет увеличения давления. Изменение температуры, по мере погружения стакана, можно не учитывать, если нас не интересует слишком высокая точность результата. Соответствующее обоснование приведено в предыдущем примере.

    Читайте также:  Прошивка ps4 с флешки

    Связь давления газа и его объема при постоянной температуре выражается законом Бойля-Мариотта.

    Давление жидкости действительно увеличивается с глубиной и передается во все стороны, в том числе и вверх, одинаково.

    Гидростатическое давление прямо пропорционально плотности жидкости и ее высоте (глубине погружения).

    Записав в качестве исходного уравнения уравнение, характеризующее состояние равновесия стакана, последовательно подставив в него найденные в ходе анализа задачи выражения и решив полученное уравнение относительно искомой глубины, приходим к тому, что для получения численного ответа нам необходимо знать значения плотности воды, атмосферного давления, массы стакана, его объема и ускорения свободного падения.

    Все проведенные рассуждения можно отобразить следующим образом:

    Поскольку в тексте задачи нет никаких данных, зададим их самостоятельно.

    Плотность воды r=10 3 кг/м 3 .

    Атмосферное давление 10 5 Па.

    Объем стакана 200 мл = 2 00 . 10 -3 л = 2 . 10 -4 м 3 .

    Масса стакана 50 г = 5 . 10 -2 кг.

    Ускорение свободного падения g = 10 м/с 2 .

    Численное решение:

    Подъем воздушного шара

    На сколько градусов необходимо нагреть воздух внутри воздушного шара, чтобы он начал подниматься вверх?

    Задача о подъеме воздушного шара так же, как и задача о тонущем стакане, может быть отнесена к классу статических задач.

    Шар начнет подниматься так же, как и стакан тонуть, как только нарушится равенство сил, приложенных к этим телам и направленных вверх и вниз. На шар, так же, как и на стакан, действуют сила тяжести, направленная вниз и выталкивающая сила, направленная вверх.

    Выталкивающая сила связана с плотностью холодного воздуха, окружающего шар. Эта плотность может быть найдена из уравнения Менделеева-Клапейрона.

    Сила тяжести прямо пропорциональна массе шара. Масса шара, в свою очередь, складывается из массы оболочки и массы горячего воздуха, находящегося внутри него. Масса горячего воздуха также может быть найдена из уравнения Менделеева-Клапейрона.

    Схематически рассуждения могут быть отображены следующим образом:

    Из уравнения можно выразить искомую величину, оценить возможные значения необходимых для получения численного решения задачи величин, подставить эти величины в полученное уравнение и найти ответ в численном виде.

    Комплексная задача на расчет параметров газа

    В замкнутом сосуде находится 200 г гелия. Газ совершает сложный процесс. Изменение его параметров отражено на графике зависимости объема от абсолютной температуры.

    1. Выразите массу газа в СИ.

    2. Чему равна относительная молекулярная масса данного газа?

    3. Чему равна молярная масса данного газа (в СИ)?

    4. Чему равно количество вещества, содержащегося в сосуде?

    5. Сколько молекул газа находится в сосуде?

    6. Чему равна масса одной молекулы данного газа?

    7. Назовите процессы на участках 1-2, 2-3, 3-1.

    8. Определите объем газа в точках 1,2, 3, 4 в мл, л, м 3 .

    9. Определите температуру газа в точках 1,2, 3, 4 в 0 С, К.

    10. Определите давление газа в точках 1, 2, 3, 4 в мм. рт. ст. , атм, Па.

    11. Изобразите данный процесс на графике зависимости давления от абсолютной температуры.

    12. Изобразите данный процесс на графике зависимости давления от объема.

    Указания к решению:

    2. Относительная молекулярная масса элемента определяется с помощью таблицы Менделеева.

    4. 5. 6.

    7. p=const — изобарический; V=const-изохорический; T =const — изотермический.

    8. 1 м 3 = 10 3 л; 1 л = 10 3 мл. 9.T = t + 273. 10. 1 атм. = 10 5 Па = 760 мм.рт. ст.

    8-10. Можно воспользоваться уравнением Менделеева-Клапейрона, либо газовыми законами Бойля-Мариотта, Гей-Люссака, Шарля.

    Ответы к задаче

    m = 0,2 кг
    Mr = 4
    M = 4 · 10 -3 кг/моль
    n = 50 моль
    N = 3 · 10 25
    m =6,7 · 10 -27 кг
    1 — 2 — изобарический
    2 — 3 — изохорический
    3 — 1 — изотермический
    мл л м 3
    2 · 10 5 0,2
    7 · 10 5 0,7
    7 · 10 5 0,7
    4 · 10 5 0,4
    0 С К
    мм.рт.ст. атм Па
    7,6 · 10 3 10 6
    7,6 · 10 3 10 6
    2,28 · 10 3 0,3 · 10 6
    3,8 · 10 3 0,5 · 10 6
    Влажность воздуха

    Относительная влажность воздуха, находящегося в герметично закрытом сосуде при температуре t1=10 0 C, равна j1 = 80%.

    Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском:

    Пример 1. Определить число N молекул, содержащихся в объеме V=1 мм 3 воды, и массу m1 молекулы воды. Считая условно, что молекулы воды имеют вид шариков, соприкасающихся друг с другом, найти диаметр d молекул.

    Читайте также:  Программы для рисования схем местности

    Решение. Число n молекул, содержащихся в некоторой массе m, равно произведению числа Авогадро NA на количество вещества n:

    Так как количество вещества

    где m — молярная масса, то

    .

    Выразив в этой формуле массу как произведение плотности на объем V, получим

    (1)

    Подставим в формулу (1) следующие значения величин: r=10 3 кг/м 3 ; V= 1 мм 3 =10 -9 м 3 ; m=18×10 -3 кг/моль; NA=6,02×10 23 моль -1 и произведем вычисления:

    молекул=3,34×10 19 молекул.

    Массу m1 одной молекулы можно найти делением молярной массы на число Авогадро:

    .

    Подставив сюда числовые значения m и N, найдем массу молекулы воды:

    кг = 2,99×10 -26 кг.

    Если молекулы воды, плотно прилегают друг к другу, то можно считать, что на каждую молекулу приходится объем (кубическая ячейка) V1=d 3 , где d — диаметр молекулы. Отсюда

    . (2)

    Объем V1 найдем, разделив молярный объем Vm на число молекул в моле, т.е. на число Авогадро NA:

    Подставим полученное выражение V1 в формулу (2):

    .

    Входящий в эту формулу молярный объем определяется выражением Vm =m /r. Тогда искомый диаметр молекулы

    (3)

    Проверим, дает ли правая часть выражения (3) единицу длины:

    м.

    Теперь подставим числовые значения физических величин в формулу (3) и произведем вычисления:

    м = 3,11×10 -10 м = 311 пм.

    Пример 2. В баллоне объемом V = 10 л находится гелий под давлением р1=1 МПа и при температуре

    Т1 = 300 К. После того как из баллона было взято

    m=10 г гелия, температура в баллоне понизилась до Т2=290 К. Определить давление р2 гелия, оставшегося в баллоне.

    Решение. Для решения задачи воспользуемся уравнением Менделеева-Клапейрона, применив его к конечному состоянию газа:

    , (1)

    где m2-масса гелия в баллоне в конечном состоянии; m — молярная масса гелия; R — молярная газовая постоянная.

    Из уравнения (1) выразим искомое давление р2:

    . (2)

    Массу гелия m2 выразим через массу m1, соответствующую начальному состоянию, и массу m гелия, взятого из баллона:

    Массу гелия m1 найдем также из уравнения Менделеева-Клапейрона, применив его к начальному состоянию:

    . (4)

    Подставляя в выражение (3) массу m1 из формулы (4), а затем полученное выражение m2 в формулу (2), найдем

    ,

    или после преобразования и сокращения

    . (5)

    Пример 3.Баллон содержит m1=80 кг кислорода и m2=320 г аргона. Давление смеси p=1 МПа, температура Т=300 К. Принимая данные газа за идеальные, определить объем V баллона.

    Решение. По закону Дальтона, давление смеси равно сумме парциальных давлений газов, входящих в состав смеси. Парциальным давлением газа называется давление, которое производил бы этот газ, если бы только он один находился в сосуде, занятом смесью.

    По уравнению Менделеева-Клапейрона, парциальные давления кислорода p1 и аргона р2 выражаются формулами:

    ; .

    Следовательно, по закону Дальтона давление смеси газов

    р = р1+р2, или ,

    откуда объем баллона

    (1)

    Выразим в единицах СИ числовые значения величин, входящих в формулу: m1=80 г=0,08 кг, m1=32××10 -3 кг/моль, m2=320 г=0,32 кг, m2=40×10 -3 кг/моль, р=1 МПа=10 6 Па, R=8,31 Дж/(моль×К).

    Подставим числовые значения в формулу (1) и произведем вычисления:

    Пример 4. Вычислить удельные теплоемкости сv и cp смеси неона и водорода, если массовая доля неона w2=20 %. Значения удельных теплоемкостей газов взять из предыдущего примера.

    Решение. Удельную теплоемкость смеси при постоянном объеме cv найдем следующим образом. Теплоту, необходимую для нагревания смеси на DТ, выразим двумя способами:

    где сV,1 — удельная теплоемкость неона; сV,2 — удельная теплоемкость водорода.

    Приравняв правые части (1) и (2) и разделив обе части полученного равенства на DТ, получим

    , (3)

    где и — массовые доли неона и водорода в смеси.

    Подставив в формулу (4) числовые значения величин, найдем:

    Рассуждая таким же образом, получим формулу для вычисления удельной теплоемкости смеси при постоянном давлении:

    Подставим в формулу (5) числовые значения величин:

    ср= 1,04×10 3 ×0,8+1,46×10 4 ×0,2 Дж/(кг×К)=3,75×10 3 Дж/(кг×К).

    Пример 5.Кислород массой m=2 кг занимает объем V1=1 м 3 и находится под давлением р1=0,2 МПа. Газ был нагрет сначала при постоянном давлении до объема V2=3 м 3 , а затем при постоянном объеме до давления р3=0,5 МПа. Найти изменение DU внутренней энергии газа, совершенную им работу А и теплоту Q, переданную газу. Построить график процесса.

    Решение. Изменение внутренней энергии газа выражается формулой

    Читайте также:  Защитник виндовс это приложение выключено групповой политикой

    (1)

    где i-число степеней свободы молекул газа (для двухатомных молекул кислорода i=5); m-молярная масса.

    Начальную и конечную температуру газа найдем из уравнения Клапейрона-Менделеева :

    . (2)

    =5×10 5 Па. Подставляя эти значения в выражение (2) и выполняя арифметические действия, получим:

    К = 385 К;

    К = 1155 К = 1,16 кК;

    К = 2887 К = 2,89 кК.

    Подставляя в выражение (1) числовые значения величин, входящих в него, и выполняя арифметические действия, находим

    Дж= 3,24×10 6 Дж =3,24 МДж

    Работа расширения газа при постоянном давлении выражается формулой .

    Подставив числовые значения величин, получим

    Дж = 0,400×10 6 Дж.

    Работа газа, нагреваемого при постоянном объеме, равна нулю, т.е. А2=0. Следовательно, полная работа, совершенная газом, равна

    Согласно первому началу термодинамики, теплота Q, переданная газу, равна сумме изменения внутренней энергии DU и работы А: Q = DU+A, следовательно,

    Q=0,4×10 6 Дж+3,24×10 6 Дж=3,64×10 6 Дж=3,64 МДж.

    График процесса приведен на рис.1.

    Пример 6.В цилиндре под поршнем находится водород массой m=0,02 кг при температуре T=300 К. Водород сначала расширился адиабатически, увеличив свой объем в n1=5 раз, а затем был сжат изотермически, причем объем газа уменьшился в n2=5 раз. Найти температуру в конце адиабатического расширения и работу, совершенную газом при этих процессах. Изобразить процесс графически.

    Решение. Температуры и объемы газа, совершающего адиабатический процесс, связаны между собой соотношением

    , или ,

    где g-отношение теплоемкости газа при постоянном давлении и постоянном объеме (для водорода как двухатомного газа g=1,4):

    Отсюда получаем следующее выражение для конечной температуры Т2:

    .

    Подставляя числовые значения заданных величин, находим

    .

    Так как 5 0,4 =1,91 (находится логарифмированием), то

    К= 157 К.

    Работа А1 газа при адиабатическом расширении может быть определена по формуле

    ,

    где Cv — молярная теплоемкость газа при постоянном объеме.

    Подставив числовые значения величин: R=8,31 Дж/(моль×К), i=5 (для водорода как двухатомного газа), m=2×10 -3 кг/моль, m=0,02 кг, Т1=300 К, Т2=157 К в правую часть последней формулы и выполняя арифметические действия, получим

    Дж=2,98×10 4 Дж.

    Работа А2 газа при изотермическом процессе может быть выражена в виде

    , или ,

    Подставляя известные числовые значения величин, входящих в правую часть этого равенства, и выполняя арифметические действия, находим

    Дж= = -2,10×10 4 Дж.

    Знак “минус” показывает, что работа совершается над газом внешними силами. График процесса приведен на рис.2

    Пример 7.Тепловая машина работает по обратимому циклу Карно. Температура нагревателя Т1=500 К. Определить термический к.п.д. h цикла и температуру Т2 охладителя тепловой машины, если за счет каждого килоджоуля теплоты, полученной от нагревателя, машина совершает работу А=350 Дж.

    Решение. Термический к.п.д. тепловой машины, называемый также коэффициентом использования теплоты, показывает, какая доля теплоты, полученной от нагревателя, превращается в механическую работу. Термический к.п.д. выражается формулой

    ,

    где Q1 — теплота, полученная от нагревателя; А — работа, совершенная рабочим телом тепловой машины.

    Подставив числовые значения в эту формулу, получим

    .

    Зная к.п.д. цикла, можно по формуле определить температуру охладителя Т2:

    Подставив в эту формулу полученное значение к.п.д. и температуры Т1 нагревателя, получим

    Пример 8.В сосуде объемом V=30 л находится m=100 г кислорода под давлением р=3×10 5 Па. Определить наиболее вероятное значение кинетической энергии молекул О2.

    Решение. Вероятное значение кинетической энергии молекул соответствует максимум кривой распределения Максвелла по кинетическим энергиям

    (1)

    Задача сводится к нахождению экстремума функции f(E).

    Определим первую производную g’(E) и приравняем ее нулю, получим

    (2)

    Отсюда Ев=kT/2 (3) температуру найдем из уравнения Менделеева-Клайперона

    (4)

    Подставим (4) в (3) и получим

    =16×10 -22 Дж=

    Пример 9.Определить массу воздуха в цилиндре с основанием DS=1 м 2 и высотой h=1 км. Считать, что воздух находится при нормальных условиях.

    Решение. Распределение Больцмана для одномерного случая имеет вид

    Число молекул dN в слое воздуха толщиной dx на высоте х от поверхности Земли

    Проинтегрировав dN(x) по х в пределах от 0 до h, найдем полное число молекул в данном цилиндре

    Умножив N на массу одной молекулы, получим искомую массу

    ,

    Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

    Лучшие изречения: Сдача сессии и защита диплома — страшная бессонница, которая потом кажется страшным сном. 9146 — | 7372 — или читать все.

    Ссылка на основную публикацию
    Охлаждение на северный мост
    Северный и южный мосты - основные составляющие чипсета материнской платы. Они предназначены для управления всеми устройствами компьютера, но если южному...
    Определите разность фаз между двумя точками
    1. Определить разность фаз в пульсовой волне между двумя точками артерии, расположенными на расстоянии см друг от друга. Скорость пульсовой...
    Определите ускорения грузов изображенных на рисунке
    2017-04-24 Определить ускорение каждого из тел в системе, изображенной на рис.. Нити нерастяжимы. Массой блоков и нитей можно пренебречь. Трения...
    Оцените диаметр молекулы воды задача
    Оцените диаметр молекулы воды. Оцените диаметр молекулы воды. Лучший ответ: ответ к заданию по физике Другие вопросы: В чем заключается...
    Adblock detector