Содержание
Консультации и решение задач по физике.
Лучшие эксперты в этом разделе
Коцюрбенко Алексей Владимирович Статус: Модератор Рейтинг: 1684 |
Gluck Статус: 10-й класс Рейтинг: 459 |
Roman Chaplinsky / Химик CH Статус: Модератор Рейтинг: 382 |
Перейти к консультации №: |
Здравствуйте, уважаемые эксперты! Прошу вас ответить на следующий вопрос:
При изохорном увеличении температуры двухатомного газа в 4 раза его давление возросло в 6 раз. Определите степень диссоциации (отношение числа продиссоциированных (распавшихся) молекул к начальному числу молекул) в данном процессе.
Состояние: Консультация закрыта
Дано: p1, T1, V — параметры двухатомного газа в начальном состоянии; p2=6p1, T2=4T1, V — параметры смеси двухатомного и одноатомного газов в конечном состоянии.
Определить: α — степень диссоциации газа в конечном состоянии.
Обозначим x — количество вещества двухатомного газа в начальном состоянии, y — количество вещества двухатомного газа в конечном состоянии, z — количество вещества одноатомного газа в конечном состоянии. Тогда
Литература
1. Аксенович Л. А., Ракина Н. Н., Фарино К. С. Физика в средней школе. — Минск: Адукацыя i выхаванне, 2004. — 720 с.
+1
Отправлять сообщения
модераторам могут
только участники портала.
ВОЙТИ НА ПОРТАЛ »
регистрация »
s_ani_k Посетитель |
ID: 403448
Здравствуйте, а откуда тут 1/2?
Возможность оставлять сообщения в мини-форумах консультаций доступна только после входа в систему.
Воспользуйтесь кнопкой входа вверху страницы, если Вы зарегистрированы или пройдите простую процедуру регистрации на Портале.
Что ты хочешь узнать?
Ответ
Проверено экспертом
- Комментарии
- Отметить нарушение
Ответ
p0T0=p1T1; ∆p=p1-p0; p1=p0+∆p;
4p0T0= p0T0+ ∆pT0
p0=(∆p)3
p0=50кПа
В термодинамике при изучении переходов из начального в конечное состояние некоторой системы важно знать тепловой эффект процесса. С этим эффектом тесно связано понятие теплоемкости. В данной статье рассмотрим вопрос, что понимают под изохорной теплоемкостью газа.
Идеальный газ
Идеальным называется такой газ, частицы которого считаются материальными точками, то есть не имеют размеров, но обладают массой, и у которого вся внутренняя энергия состоит исключительно из кинетической энергии движения молекул и атомов.
Любой реальный газ в идеале никогда не будет удовлетворять описанной модели, поскольку его частицы все же имеют некоторые линейные размеры и взаимодействуют между собой с помощью слабых ван-дер-ваальсовых связей или химических связей другого типа. Однако при низких давлениях и высоких температурах расстояния между молекулами велики, а их кинетическая энергия превышает потенциальную в десятки раз. Все это позволяет применять с высокой степенью точности идеальную модель для реальных газов.
Внутренняя энергия газа
Внутренняя энергия любой системы — это физическая характеристика, которая равна сумме потенциальной и кинетической энергии. Поскольку в идеальных газах можно пренебречь потенциальной энергией, то для них можно записать равенство:
Где Ek — энергия кинетическая системы. Используя молекулярно-кинетическую теорию и применяя универсальное уравнение состояния Клапейрона-Менделеева, несложно получить выражение для U. Оно записано ниже:
Здесь T, R и n — абсолютная температура, газовая постоянная и количество вещества соответственно. Величина z — это целое число, показывающее количество степеней свободы, которыми обладает молекула газа.
Изобарная и изохорная теплоемкость
В физике теплоемкостью называется количество теплоты, которое необходимо предоставить изучаемой системе, чтобы нагреть ее на один кельвин. Справедливо также и обратное определение, то есть теплоемкость — это количество теплоты, которое система выделяет при охлаждении на один кельвин.
Проще всего для системы определить изохорную теплоемкость. Под ней понимают теплоемкость при постоянном объеме. Поскольку система в таких условиях работу не совершает, то вся энергия расходуется на повышение внутренних энергетических запасов. Обозначим изохорную теплоемкость символом CV, тогда можно записать:
То есть изменение внутренней энергии системы прямо пропорционально изменению ее температуры. Если сравнить это выражение, с записанным в предыдущем пункте равенством, то приходим к формуле для CV в идеальном газе:
Данной величиной на практике неудобно пользоваться, поскольку она зависит от количества вещества в системе. Поэтому было введено понятие удельной изохорной теплоемкости, то есть величины, которую рассчитывают либо на 1 моль газа, либо на 1 кг. Обозначим первую величину символом CV n , вторую — символом CV m . Для них можно записать такие формулы:
Здесь M — молярная масса.
Изобарной называется теплоемкость при поддержании постоянного давления в системе. Примером такого процесса является расширение газа в цилиндре под поршнем при его нагревании. В отличие от изохорного, во время изобарного процесса подводимое к системе тепло расходуется на повышение внутренней энергии и на выполнение механической работы, то есть:
Энтальпия изобарного процесса представляет собой произведение изобарной теплоемкости на изменение температуры в системе, то есть:
Если рассмотреть расширение при постоянном давлении 1 моль газа, то первое начало термодинамики запишется в виде:
Последнее слагаемое получено из уравнения Клапейрона-Менделеева. Из этого равенства следует связь между изобарной и изохорной теплоемкостями:
Для идеального газа удельная молярная теплоемкость при постоянном давлении всегда больше соответствующей изохорной характеристики на величину R=8,314 Дж/(моль*К).
Степени свободы молекул и теплоемкость
Выпишем еще раз формулу для удельной молярной изохорной теплоемкости:
В случае газа одноатомного величина z = 3, поскольку атомы в пространстве могут перемещаться лишь в трех независимых направлениях.
Если же речь идет о газе, состоящем из двухатомных молекул, например, кислород O2 или водород H2, то, помимо поступательного движения, эти молекулы могут еще вращаться вокруг двух взаимно перпендикулярных осей, то есть z будет равно 5.
В случае более сложных молекул для определения CV n следует использовать z=6.