11-F-2 probly incompl

Question 1

Что понимают под идеальным газом?

Answer 1

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

Question 2

Какие молекулы могут составлять идеальный газ?

Answer 2

Молекулы идеального газа могут быть одноатомными, двухатомными или состоять из большего числа атомов.

Question 3

Какую модель используют для описания одноатомного идеального газа?

Answer 3

Одноатомный идеальный газ моделируется как совокупность маленьких твёрдых шариков, которые упруго соударяются друг с другом и со стенками сосуда.

Question 4

Запишите основное уравнение молекулярно-кинетической теории идеального газа.

Answer 4

p = (2/3) * n * E̅, где:
- p: давление газа,
- n: концентрация молекул,
- E̅: средняя кинетическая энергия поступательного движения одной молекулы.

Question 5

Как определяется средняя кинетическая энергия молекулы одноатомного идеального газа?

Answer 5

Средняя кинетическая энергия одной молекулы определяется как сумма кинетической энергии поступательного движения всех молекул, делённая на их количество.

Question 6

Как учитывается полная кинетическая энергия в случае многоатомного идеального газа?

Answer 6

Для многоатомного идеального газа полная кинетическая энергия молекулы включает:
- Кинетическую энергию поступательного движения E = m_0 * v^2 / 2,
- Кинетическую энергию вращения.

Question 7

Как выражается средняя кинетическая энергия поступательного движения молекулы многоатомного идеального газа?

Answer 7

Средняя кинетическая энергия поступательного движения молекулы равна E̅ = m_0 * v̅^2 / 2, где v̅^2 - среднее значение квадрата скорости молекулы.

Question 8

Что такое парциальное давление и как оно связано с давлением смеси газов?

Answer 8

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.

Question 9

Как связаны средняя кинетическая энергия молекул идеального газа и температура?

Answer 9

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.

Question 10

Как связаны температуры по шкалам Кельвина и Цельсия?

Answer 10

Температура по шкале Кельвина T и по шкале Цельсия t связаны соотношением:
T = t + 273

Question 11

Что является мерой средней кинетической энергии поступательного движения молекул?

Answer 11

Температура является мерой средней кинетической энергии поступательного движения молекул:
(m0 * v̅^2) / 2 = (3/2) * k * T

Question 12

Как выражается средняя квадратичная скорость молекул?

Answer 12

Средняя квадратичная скорость молекул v_кв определяется как:
v_кв = √(v̅^2) = √(3 * k * T / m0),
где m0 - масса молекулы.

Question 13

Как соотносится средняя квадратичная скорость молекул с средней арифметической скоростью?

Answer 13

Средняя квадратичная скорость v_кв примерно равна v_ср

Question 14

Как записывается уравнение состояния идеального газа в зависимости от давления, концентрации и температуры?

Answer 14

Уравнение состояния идеального газа:
p = n * k * T,
где n = N / V - концентрация молекул, N - число молекул, V - объём.

Question 15

Как записывается уравнение состояния идеального газа через объём и количество молекул?

Answer 15

Уравнение принимает вид:
pV = N * k * T

Question 16

Как выражается уравнение состояния через число молей и универсальную газовую постоянную?

Answer 16

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.

Question 17

Как выражается уравнение Менделеева – Клапейрона?

Answer 17

Уравнение Менделеева – Клапейрона:
pV = (m / μ) * R * T,
где m - масса газа, μ - молярная масса газа, T - температура по шкале Кельвина.

Question 18

Как связаны давление, плотность и температура идеального газа?

Answer 18

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.

Question 19

Что называют состоянием термодинамического равновесия?

Answer 19

Состояние термодинамического равновесия означает, что все макроскопические параметры (давление, температура и объём) газа не изменяются со временем.

Question 20

Что такое равновесный процесс?

Answer 20

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.

Question 21

Почему равновесный процесс можно изобразить графически, а неравновесный - нет?

Answer 21

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.

Question 22

Как связаны параметры смеси нескольких идеальных газов?

Answer 22

Для смеси идеальных газов общее давление p, объём V, температура T и суммарное число молей ν связаны уравнением:
pV = νRT.

Question 23

Как выводится уравнение состояния смеси идеальных газов?

Answer 23

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 + …

Question 24

Как записывается уравнение состояния для смеси газов через среднюю молярную массу?

Answer 24

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

Question 25

Как определяется средняя молярная масса смеси газов?

Answer 25

Средняя молярная масса смеси: μ_ср = m / ν, где m - масса смеси, ν - суммарное число молей газов.

Question 26

Какова средняя молярная масса атмосферного воздуха?

Answer 26

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).

Question 27

Когда модель идеального газа плохо описывает поведение реальных газов?

Answer 27

При достаточно низких температурах и больших плотностях реальных газов модель идеального газа перестаёт быть точной.

Question 28

Что входит в состав внутренней энергии макроскопического тела?

Answer 28

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).

Question 29

Как определяется внутренняя энергия идеального газа?

Answer 29

Внутренняя энергия идеального газа состоит только из кинетической энергии молекул (поступательное и вращательное движение) и зависит исключительно от температуры, не завися от объёма.

Question 30

Почему внутренняя энергия реальных газов, жидкостей и твёрдых тел зависит от объёма?

Answer 30

У реальных газов, жидкостей и твёрдых тел внутренняя энергия зависит от объёма, так как потенциальная энергия взаимодействия молекул зависит от расстояния между ними.

Question 31

Как вычисляется внутренняя энергия одноатомного идеального газа?

Answer 31

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

Question 32

Что определяет внутренняя энергия конкретного идеального газа?

Answer 32

Внутренняя энергия конкретного идеального газа зависит только от температуры.

Question 33

Как определяется работа, совершаемая термодинамической системой при изменении объёма?

Answer 33

Работа определяется формулой: ΔA = pΔV, где p - давление, ΔV - изменение объёма. Если ΔV > 0, работа положительна; если ΔV < 0, работа отрицательна.

Question 34

Как вычисляется работа газа в процессе с переменным давлением?

Answer 34

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.

Question 35

Как определяется работа в изобарном процессе?

Answer 35

В изобарном процессе работа вычисляется по формуле: A = pΔV, где p - постоянное давление, ΔV - изменение объёма за процесс.

Question 36

Какова геометрическая интерпретация работы газа на графике p-V?

Answer 36

Геометрически работа равна площади под кривой зависимости p(V) на графике в координатах p и V между состояниями 1 и 2.

Question 37

Что называется количеством теплоты?

Answer 37

Количеством теплоты называют энергию, переданную телу окружающей средой без совершения работы. Этот процесс называется теплообменом.

Question 38

Как определяется теплоёмкость тела?

Answer 38

Теплоёмкость определяется как: C = ΔQ / ΔT, где ΔQ - количество теплоты, ΔT - изменение температуры тела.

Question 39

Какими могут быть значения теплоёмкости тела?

Answer 39

Теплоёмкость может быть: - Положительной (ΔQ > 0, ΔT > 0), - Отрицательной (ΔQ < 0, ΔT > 0), - Нулевой (ΔQ = 0, ΔT ≠ 0), - Бесконечной (ΔT = 0, ΔQ ≠ 0)

Question 40

Приведите примеры процессов с различными значениями теплоёмкости.

Answer 40

- **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 = ∞).

Question 41

Что такое удельная теплоёмкость и как она вычисляется?

Answer 41

Удельная теплоёмкость - это теплоёмкость единицы массы тела, вычисляется как: c_уд = ΔQ / (mΔT), где m - масса тела.

Question 42

Что такое молярная теплоёмкость и как она вычисляется?

Answer 42

Молярная теплоёмкость - это теплоёмкость одного моля тела, вычисляется как: c_𝜇 = ΔQ / (νΔT), где ν - число молей тела

Question 43

Как связаны теплоёмкость, удельная и молярная теплоёмкости?

Answer 43

Связь выражается формулами: - C = mc_уд, - C = νc_𝜇, - c_𝜇 = μc_уд, где μ - молярная масса тела

Question 44

Совпадают ли знаки удельной и молярной теплоёмкостей со знаком теплоёмкости тела?

Answer 44

Да, знаки удельной и молярной теплоёмкостей совпадают со знаком теплоёмкости тела в данном процессе.

Question 45

Как формулируется первый закон термодинамики?

Answer 45

Первый закон термодинамики: Q = ΔU + A, где Q - количество теплоты, ΔU - изменение внутренней энергии, A - работа, совершаемая системой.

Question 46

Как интерпретируются знаки величин Q, ΔU и A в первом законе термодинамики?

Answer 46

- 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.

Question 47

Как выражается изменение внутренней энергии идеального газа?

Answer 47

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.

Question 48

Как выводится формула ΔU = 𝜈*c_V*ΔT?

Answer 48

При V = const: - Q = 𝜈*c_V*ΔT, - A = 0, - Из первого закона термодинамики: Q = ΔU + A. Следовательно, ΔU = 𝜈 c_V ΔT.

Question 49

Зависит ли внутренняя энергия идеального газа от температуры?

Answer 49

Да, внутренняя энергия идеального газа зависит только от температуры. Формула: U = 𝜈*c_V*T.

Question 50

Какое значение внутренней энергии принимается у идеального газа при T = 0?

Answer 50

При T = 0 внутренняя энергия идеального газа считается равной нулю.

Question 51

Чему равна молярная теплоёмкость при постоянном объёме для одноатомного идеального газа?

Answer 51

Молярная теплоёмкость при постоянном объёме одноатомного идеального газа: c_V = 3/2 R, где R - универсальная газовая постоянная

Question 52

Почему молярная теплоёмкость c_V одинакова для всех одноатомных идеальных газов?

Answer 52

Молярная теплоёмкость при постоянном объёме одинакова для всех одноатомных идеальных газов, так как их внутренняя энергия зависит только от кинетической энергии молекул.

Question 53

Чему равны молярные теплоёмкости при постоянном объёме для одноатомных, двухатомных и многоатомных идеальных газов?

Answer 53

- Одноатомный газ: c_V = 3/2 R, - Двухатомный газ: c_V = 5/2 R, - Многоатомный газ: c_V = 3 R.

Question 54

От чего зависят удельные теплоёмкости идеальных газов?

Answer 54

Удельные теплоёмкости зависят от молярной массы газа. Они различны для одноатомных, двухатомных и многоатомных газов.

Question 55

При каком условии значения молярной теплоёмкости остаются неизменными?

Answer 55

Значения молярной теплоёмкости остаются неизменными, если температура газа не слишком велика, чтобы учитывать колебания атомов в молекуле.

Question 56

Каковы значения средней кинетической энергии молекулы для одноатомного, двухатомного и многоатомного идеальных газов?

Answer 56

- Одноатомный газ: E̅ = 3/2 kT, - Двухатомный газ: E̅ = 5/2 kT, - Многоатомный газ: E̅ = 3 kT, где k – постоянная Больцмана.

Question 57

Что связывает молярные теплоёмкости при постоянном давлении и постоянном объёме?

Answer 57

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.

Question 58

Как выводится уравнение Роберта Майера c_p = c_V + R?

Answer 58

- 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.

Question 59

Что такое круговой процесс (цикл)?

Answer 59

Круговым процессом называется термодинамический процесс, в результате которого тело, пройдя через ряд состояний, возвращается в исходное состояние.

Question 60

Чем отличаются прямой и обратный циклы?

Answer 60

- Прямой цикл: тело совершает положительную работу за цикл. - Обратный цикл: тело совершает отрицательную работу за цикл.

Question 61

Чему равна работа за цикл в равновесном цикле?

Answer 61

Работа за цикл равна по модулю площади фигуры, ограниченной кривой на диаграмме p-V.

Question 62

Какое изменение внутренней энергии происходит за цикл?

Answer 62

За цикл тело возвращается в исходное состояние, поэтому изменение внутренней энергии равно нулю: ΔU = 0.

Question 63

Как связаны количество теплоты и работа за цикл?

Answer 63

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.

Question 64

Что такое коэффициент полезного действия (КПД) прямого цикла?

Answer 64

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.

Question 65

Почему КПД не вводится для обратного цикла?

Answer 65

Для обратного цикла коэффициент полезного действия не вводится, так как он выполняет другие задачи, например передачу теплоты с затратой работы.

Question 66

Что такое тепловая машина?

Answer 66

Это устройство, в котором рабочее тело совершает циклический процесс, вступая в тепловой контакт с двумя телами. Оно может совершать положительную или отрицательную работу.

Question 67

Какие виды тепловых машин существуют?

Answer 67

- 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.

Question 68

Каковы задачи теплового насоса и холодильной установки?

Answer 68

- Тепловой насос: поддержание температуры выше температуры окружающей среды. - Холодильная установка: поддержание температуры ниже температуры окружающей среды.

Question 69

Что такое тепловой двигатель?

Answer 69

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.

Question 70

Как определяется коэффициент полезного действия (КПД) теплового двигателя?

Answer 70

КПД теплового двигателя: η = A / Q⁺ = (Q⁺ - Q⁻) / Q⁺ = 1 - Q⁻ / Q⁺, где Q⁺ — теплота, полученная от нагревателя, Q⁻ — теплота, отданная холодильнику.

Question 71

Почему КПД теплового двигателя всегда меньше единицы?

Answer 71

КПД меньше единицы, так как для периодичности работы двигателя часть тепла, взятого у нагревателя, обязательно отдаётся холодильнику.

Question 72

Что установил С. Карно о максимальном КПД теплового двигателя?

Answer 72

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).

Question 73

Что такое фазовый переход?

Answer 73

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.

Question 74

Как определяется фаза вещества?

Answer 74

Фаза — это физически однородная часть вещества, отделённая от других частей границей раздела.

Question 75

Приведите пример двухфазной системы.

Answer 75

- Вода и пар в замкнутом сосуде - Капелька ртути в воде - Капельки тумана в воздухе

Question 76

Как связаны температура и давление при фазовом равновесии для однокомпонентного вещества?

Answer 76

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.

Question 77

Что происходит при кипении воды в замкнутом сосуде при p₀ = 1 атм?

Answer 77

Равновесие между водой и паром наступает при 100 ºC. Подвод тепла вызывает кипение (переход жидкости в газ), а отвод — конденсацию (переход газа в жидкость).

Question 78

Как давление влияет на равновесную температуру фазового перехода воды и пара?

Answer 78

- При давлении 0.58 p₀ равновесие наступает при 85 ºC. - При давлении 2 p₀ равновесие достигается при ≈120 ºC.

Question 79

Как давление влияет на температуру плавления льда?

Answer 79

Увеличение давления на 1 атм понижает температуру плавления льда на 0.007 ºC.

Question 79

Какие фазовые переходы сопровождаются выделением или поглощением тепла?

Answer 79

Фазовые переходы с выделением или поглощением тепла: - Плавление и кристаллизация. - Испарение и конденсация. Тепло, выделяющееся при одном переходе, равно теплу, поглощаемому при обратном переходе.