Уравнение Менделеева – Клапейрона (уравнение состояния иде-
ального газа):
PV m RT RT ,
где R – универсальная газовая постоянная; Т – абсолютная температура.
Давление газа, выраженное через концентрацию:
P nkT ,
где k – постоянная Больцмана.
Связь между константами:
R = kNA.
R = 8,31Дж/(моль·К); k =1,38·10-23 Дж/К;
NA= 6,022·1023моль-1.
Основное уравнение МКТ:
P |
1 n m |
2 |
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
0 |
кв |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
f(υ) |
|
|
|
|
|
|
|
Закон Максвелла о распреде- |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
лении молекул идеального га- |
|
|
Т1; μ1 |
|
|
|||||||
за по модулям скоростей, оп- |
|
|
|
|
|
|
Т2; μ 2 |
|
||||
ределяет относительное число |
|
|
|
|
|
|
|
dS |
||||
молекул, |
|
скорости |
которых |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
лежат в |
интервале |
от υ до |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
(υ + dυ). (на графике площадь |
|
|
|
|
υвер1 υвер2 |
υ |
||||||
заштрихованной полоски): |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
3 / 2 |
|
m |
0 |
2 |
|
|
|
|
|
|
m |
|
|
|
||||
|
|
|
f ( ) 4 2 |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
0 |
|
e |
2kT |
|
||||
|
|
|
|
|
2 kT |
|
|
|
|
|
||
На графике показаны 2 кривые, которые можно трактовать либо как соответствующие разным газам (μ2 < μ1) при одинаковой температуре (Т2 = Т1), либо как для одного газа (μ2 = μ1) при разной
температуре (Т2 > Т1).
Площадь под кривой соответствует числу молекул в конкретном случае и не зависит от температуры. Из условия нормировки следует, что площадь, ограниченная кривой распределения и осью абсцисс, всегда одинакова.
55
Скорости, характеризующие состояние газа:
а) наиболее вероятная
вер |
2kT |
|
|
2RT |
|
; |
|
|
|||||
|
m0 |
|
|
|||
б) средняя квадратичная
|
|
|
|
|
|
кв |
3kT |
|
3RT |
1,22 вер ; |
|
|
|
||||
|
m0 |
|
|
||
в) средняя арифметическая
|
|
|
|
|
|
|
|
8kT |
|
8RT |
1,13 вер . |
||
m0 |
|
|||||
|
|
|
|
|||
Барометрическая формула, определяет зависимость давления идеального газа от высоты:
Р |
|
|
gh |
|
|
|
|
|
|
Р0 |
|
|
P P e RT . |
|
|
|
|
0 |
|
|
T2 |
μ2 |
На графике показаны две кривые, которые |
|
T1 |
|
можно трактовать либо как соответст- |
||
μ1 |
|
|||
|
|
вующие разным газам (μ2 < μ1) |
при оди- |
|
|
|
|
наковой температуре (Т2 = Т1), |
либо как |
hдля одного газа (μ2 = μ1) при разной температуре (Т2 > Т1).
Распределение Больцмана:
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n n e |
m0 gh |
n e |
Wp |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
kT |
|
kT . |
||||||
|
n |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
0 |
|
|
|
|||
|
n01 |
|
|
|
|
|
|
|
|
На графике показаны две кривые, ко- |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
торые можно трактовать либо как со- |
|||||||
|
n02 |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
1 |
|
|
|
|
ответствующие |
разным |
|
газам |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(μ2 < μ1) при одинаковой температуре |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(Т2 = Т1), |
либо |
как |
для |
одного газа |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(μ2 = μ1) |
при |
разной |
температуре |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(Т2 > Т1). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
h |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
56
Тестовые задания
7.1. В трех одинаковых сосудах находится одинаковое количе-
ство газа, причем Т1 > Т2 > Т3. Распределение скоростей моле-
кул в сосуде с температурой Тз f (υ) будет описывать кривая...
1)1;
2)2;
3)3.
7.2.Для условия предыдущего
теста верными являются утверждения ответов), что…
1 2
3
υ
(укажите не менее двух
1)кривая 1 соответствует распределению по скоростям молекул газа при температуре Тз;
2)кривая 3 соответствует распределению по скоростям молекул газа при температуре Т1;
3)кривая 2 соответствует распределению по скоростям молекул газа при температуре Т1;
4)кривая 3 соответствует распределению по скоростям молекул газа при температуре Тз.
7.3.В трех одинаковых сосудах
при равных условиях находится |
|
|
|
|
|
||||
одинаковое количество водорода, |
|
|
|
|
|
||||
гелия и |
азота. Распределение |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
2 |
|
|
|||
f (υ) |
|
|
|
|
|||||
1 |
|||||||||
скоростей |
молекул гелия будет |
|
|
|
|
|
3 |
||
|
|
|
|
||||||
описывать кривая...
1)1;
2)2;
3) 3. |
υ |
57
7.4. Для условия предыдущего теста верными являются утверждения (укажите не менее двух ответов), что …
1)кривая 1 соответствует распределению по скоростям молекул азота;
2)кривая 3 соответствует распределению по скоростям молекул водорода;
3)кривая 1 соответствует распределению по скоростям молекул гелия;
4)кривая 2 соответствует распределению по скоростям молекул азота.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7.5. На |
рисунке представ- |
||||
f(υ) |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
лены |
графики |
|
функций |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
распределения |
|
молекул |
|||
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
идеального газа по скоро- |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
стям |
|
(распределение |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Максвелла), |
|
где |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
dN |
– |
доля |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
υ |
f ( ) N d |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
молекул, скорости которых заключены в интервале скоростей от υ до υ + dυ в расчете на единицу этого интервала. Для этих функций верными являются утверждения (укажите не менее двух ответов), что…
1)распределение 1 соответствует газу, имеющему наименьшую массу молекул (при одинаковой температуре);
2)распределение 1 соответствует газу, имеющему наибольшую массу молекул (при одинаковой температуре);
3)распределение 3 соответствует газу, имеющему наибольшую температуру (при одинаковой массе);
4)распределение 3 соответствует газу, имеющему наименьшую температуру (при одинаковой массе).
58
7.6. На рисунке представлен |
график |
f(υ) |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
функции |
|
распределения |
молекул |
|
|
|
|
|
|
|
|||
идеального |
|
газа |
по |
скоростям |
|
|
|
|
|
|
|
||
(распределение |
Максвелла), |
где |
|
|
|
|
|
|
|
||||
f ( ) |
dN |
|
– доля молекул, скорости |
|
|
|
|
|
|
|
|||
N d |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
которых |
заключены в |
интервале |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
υвер |
|
|
|||||||
|
|
dυ |
|
|
υ |
||||||||
скоростей от υ до υ + dυ в расчете на |
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
единицу этого интервала.
Если, не меняя температуры, взять другой газ с большей молярной массой и таким же числом молекул, то...
1)максимум кривой сместится влево в сторону меньших скоростей;
2)величина максимума уменьшится;
3)площадь под кривой увеличится;
4)положение максимума не изменяется.
7.7.Для графика предыдущего теста верным утверждением являет-
ся...
1)при понижении температуры величина максимума уменьшается;
2)при понижении температуры максимум кривой смещается влево;
3)при понижении температуры площадь под кривой уменьшается;
4)при изменении температуры положение максимума не изменяется.
7.8.Для графика предыдущего теста неверными утверждениями (укажите не менее двух ответов) являются...
1)при понижении температуры величина максимума уменьшается;
2)с ростом температуры наиболее вероятная скорость молекул увеличивается;
3)при понижении температуры площадь под кривой уменьшается;
4)положение максимума кривой зависит не только от температуры, но и от природы газа.
59