Единая коллекция
Цифровых образовательных ресурсов

Ресурсы по физике заочной физико-математической школы Томского государственного университета

Молекулярная физика и термодинамика

Найдено документов - 10
1. Адиабатическое расширение газа

Адиабатический процесс протекает в молекулярной системе при ее термодинамической изоляции, то есть молекулярная система не может обмениваться с окружающей средой теплом. Осуществить в реальности такую изоляцию невозможно. Но если процесс в молекулярной системе будет протекать очень быстро, а изоляция обладает низкой теплоемкостью и теплопроводностью, то такой процесс можно считать почти адиабатическим. Внутри бутылки имеется жидкость, смесь паров воды и спирта, воздух. Соединяем бутылку и насос вакуумным шлангом и накачиваем в бутылку воздух. Когда силы давления газовой смеси превысят силы трения и атмосферного давления, пробка будет выбита из бутылки. Работу по выбиванию пробки совершила газовая смесь. Так как процесс выбивания пробки очень быстр, то газовая смесь не смогла обменяться теплом с окружающей средой и, следовательно, совершила работу за счет своей внутренней энергии. Но, уменьшив свою внутреннюю энергию, смесь охладилась, тогда часть молекул паров спирта и воды сконденсировалась, и в бутылке появился туман.


2. Давление внутри мыльного пузыря

Окунаем одну из воронок тройника в мыльный раствор и через шланг выдуваем мыльный пузырь. Пузырь имеет форму сферы, так как ее площадь наименьшая среди всех других геометрических фигур равного объема. Оставив шланг открытым, наблюдаем уменьшение объема пузыря. Это говорит о том, что под искривленной поверхностью пузыря давление повышенное (больше атмосферного). Окунаем попеременно обе воронки в мыльный раствор и выдуваем два разных по размерам пузыря, после чего шланг пережимаем. Наблюдаем за тем, как пузырь малого радиуса уменьшается, а большой увеличивается. Это объясняется тем, что под сферической мыльной пленкой давление P=2a/R, где a - коэффициент поверхностного натяжения мыльного раствора, R - радиус пузыря. Следовательно, в пузыре с большим радиусом давление меньше, чем в пузыре с меньшим радиусом, и воздух из маленького пузыря перетекает в большой.


3. Доска Гальтона

Доска Гальтона представляет собой ящик, на задней стенке которого укреплены: вверху две наклонные планки, образующие воронку; в середине несколько рядов вбитых в стенку и расположенных в шахматном порядке гвоздей; внизу система одинаковых вертикальных ячеек. Передняя стенка ящика стеклянная. Бросим в воронку одну горошину и проследим за ее движением. Горошина, претерпев ряд столкновений с гвоздями, попадет в какую-то ячейку. Предсказать заранее, с какими гвоздями столкнется горошина и в какую ячейку попадет, невозможно. Это случайные процессы. Так будет происходить с любой другой горошиной. Будем сыпать в воронку горох непрерывным потоком. Заранее можно быть уверенным в том, что в центральные ячейки попадет большее число горошин, чем в периферийные. Такое распределение горошин мы и наблюдаем в опыте. Результаты опыта можно обсудить следующим образом. Мы не знаем, как будет вести себя любая отдельная частица-горошина, но мы знаем, как будет себя вести большое множество частиц-горошин. Такой вывод и характеризует статистический подход к изучению молекулярных систем.


5. Манометр с теплоприемником (первое начало термодинамики)

Термодинамический подход к изучению молекулярных систем заключается в том, что состояние молекулярной системы определяется через изменение ее внутренней энергии. Первое начало термодинамики утверждает: внутреннюю энергию молекулярной системы можно изменить либо в процессе совершения работы, либо в процессе теплопередачи. Возьмем жидкостный U-образный манометр, на одном колене которого укреплен теплоприемник, а другое открыто. Накроем теплоприемник платком (чтобы тепло от руки не передавалось теплоприемнику) и будем оказывать на него давление рукой. Деформируя теплоприемник, мы изменяем давление газа и, следовательно, изменяем внутреннюю энергию газа в теплоприемнике. Газ, в свою очередь, совершает работу над столбом жидкости и поднимает его уровень в свободном колене. Осветим теплоприемник светом от настольной лампы. Тепловое излучение лампы будет поглощаться теплоприемником, и это приведет к нагреванию газа, то есть к изменению его внутренней энергии. Газ, в свою очередь, совершит работу над столбом жидкости и поднимет уровень жидкости в открытом колене манометра.


6. Мениски

В стеклянную кювету наливаем ртуть, воду и вставляем пластиковый стержень. Устанавливаем кювету на подъемный столик и помещаем столик внутрь оптической скамьи между конденсатором и объективом. Перемещением объектива формируем на экране наблюдения резкое изображение кюветы с жидкостями. Вблизи границы жидкости и твердого тела свободная поверхность жидкости искривляется. Эту искривленную часть поверхности жидкости называют мениском. Если жидкость смачивает твердое тело (например, вода - стекло), то мениск принимает вогнутую относительно основной массы жидкости форму. Если жидкость не смачивает твердое тело (например, ртуть - стекло), то мениск принимает выпуклую относительно основной массы жидкости форму. Кривизна мениска зависит от свойств жидкости и размеров ее свободной поверхности. Под искривленной поверхностью жидкости создается дополнительное давление - давление Лапласа.


8. Опыт Дарлинга (второй закон термодинамики)

Второй закон термодинамики можно сформулировать следующим образом: "Периодически работающая тепловая машина должна иметь три части: нагреватель, рабочее тело и холодильник". Рабочее тело получает тепло от нагревателя, часть тепла переводит в механическую работу, а часть выбрасывает в холодильник. Опыт Дарлинга - это модель тепловой машины. На дно стакана наливаем анилин, сверху добавляем воду и помещаем стакан на плитку. При комнатной температуре плотность анилина больше плотности воды и он находится под водой. При температуре выше 60 С плотность анилина становится меньше плотности воды и анилин всплывает вверх. Вверху анилин отдает тепло окружающему воздуху, охлаждается и тонет. Таким образом, мы имеем: нагреватель - плитка, холодильник - воздух в верхней части стакана, рабочее тело - анилин. Анилин, получив тепловую энергию от плитки, совершает работу по подъему самого себя вверх, часть энергии сбрасывает в холодильник, охлаждается.


10. Свойства насыщенных паров

Прибор для демонстрации газовых законов представляет собой стеклянную колбу, соединенную вакуумными шлангами с гофрированным цилиндром, вакуумметром и вакуумным насосом. Для изменения объема гофрированного цилиндра последний соединен с рычагом. Все элементы смонтированы на несущей раме. У стеклянной колбы имеется еще один отросток - шлюзовая камера с двумя вакуумными кранами. Для показа опытов с насыщенными парами используем легко испаряющуюся жидкость - ацетон. Из системы откачиваем воздух и пережимаем шланг, ведущий к насосу, зажимом. Через шлюзовую камеру, чтобы в колбу не попал воздух, заливаем ацетон в таком количестве, чтобы на дне колбы образовалось немного жидкого ацетона. Вакуумметр показывает давление насыщенных паров ацетона. Медленно изменяем с помощью рычага объем гофрированного цилиндра. Стрелка вакуумметра стоит на одном месте. Это подтверждает тот факт, что давление насыщенных паров не зависит от объема. Закрепляем рычаг (фиксируем постоянный объем цилиндра) и спиртовым факелом подогреваем колбу. Давление насыщенных паров увеличивается.


Всего документов: 10

Упорядочить по 


Поддержка ресурса