III.1.4 ФИЗИЧЕСКАЯ КИНЕТИКА

1. Что понимают под такими физическими величинами как:

§ средняя длина свободного пробега;

§ среднее число соударений;

§ среднее время свободного пробега?

2. Что такое эффективный диаметр молекулы, эффективное сечение? Свяжите физические величины, указанные в вопросе 1 с эффективным диаметром молекул.

3. Найти, как зависят от давления средняя длина свободного пробега l, и число z столкновений в 1 сек молекул идеального газа, если масса газа постоянна и газ совершает процесс:

§ изохорный;

§ изобарный;

§ адиабатный.

Эффективный диаметр молекул считать постоянным.

4. Рассчитать, во сколько раз изменится число ударов, которые испытывает 1 см² стенки сосуда за 1 сек при двукратном увеличении объема сосуда, если он заполнен двухатомным газом в случаях расширения:

§ изобарического;

§ изотермического;

§ адиабатического.

5. Как изменяются средняя квадратичная скорость молекул, средняя длина свободного пробега и число соударений молекулы в секунду в зависимости от абсолютной температуры:

§ при изохорическом процессе;

§ при изобарическом?

6. В сферическом сосуде объемом 2 дм³ находится водород. При какой плотности водорода молекулы не будут сталкиваться друг с другом?

7. Как изменится число ударов молекул двухатомного газа в 1 см² стенки сосуда за 1 сек, если объем адиабатически увеличить в 2 раза?

8. Как изменяется в зависимости от давления средняя квадратичная скорость молекул, средняя длина свободного пробега и число соударений молекулы в секунду:

§ при изотермическом процессе;

§ при адиабатическом?

9. В межзвездном пространстве содержится 1 молекула в объеме 15 см³. Какова средняя длина свободного пробега молекул, если предположить, что окружающие молекулы являются молекулами водорода?

10. Какова плотность разреженного кислорода, если средняя длина свободного пробега его молекул 1,0 см?

11. В сферическом сосуде диаметром 0,40 м находится азот при температуре 20⁰ С. При каком давлении молекулы азота практически не будут сталкиваться друг с другом?

12. Сколько столкновений за 1,0с испытывают молекулы углекислого газа, находящегося при нормальных условиях?

13. Средняя длина свободного пробега молекул водорода при некотором давлении и температуре 21⁰С равна 90 нм. В результате изотермического процесса давление газа увеличилось в 3 раза. Найти среднее число столкновений молекул водорода за 1 с в конце процесса.

14. Как изменится число ударов молекул одноатомного газа о стенку баллона площадью 1 м² за 1 с, если давление газа увеличится в 4 раза, в случае изотермического и изохорного процессов?

15. Средняя длина свободного пробега молекул воздуха при нормальном давлении 62,1 нм. Определить среднюю длину свободного пробега молекул воздуха при сверхвысоком вакууме (1,33 нПа). Температуру считать одной и той же.

16. Средняя длина свободного пробега молекул гелия при нормальных условиях 230 нм. Найти среднюю продолжительность свободного пробега молекул гелия при давлении 1,0 мПа и температуре 17⁰ С.

ЯВЛЕНИЯ ПЕРЕНОСА

17. Какие явления называются явлениями переноса? Каким законам подчиняются явления этой группы? Представьте эти законы в математической форме.

18. Дайте определение коэффициентов:

§ вязкости;

§ теплопроводности;

§ диффузии.

В чем они измеряются в системе СИ?

19.Покажите, что коэффициент η теплопроводности и коэффициент внутреннего трения ρ связаны соотношением η = С_v ρ.

20.Как вы понимаете механизм теплопроводности, диффузии и внутреннего трения в газах?

21.Коэффициент вязкости η углекислого газа (СО₂) при нормальных условиях равен 1,40·10⁵ (кг/м с). Вычислить длину свободного пробега l молекул СО₂ и коэффициент диффузии D при нормальных условиях.

22.Давление двухатомного газа вследствие сжатия увеличивается в 10 раз. Определить, как изменяется средняя длина свободного пробега молекул l в газе и коэффициент вязкости газа η. Рассмотреть случаи, когда сжатие происходит:

§ изотермически;

§ адиабатически.

Эффективный диаметр молекул считать постоянным.

23. Найти коэффициент теплопроводности кислорода, если его коэффициент вязкости равен 1,92·10^-5 кг/(м·с).

24. Ветер дует над поверхностью воды со скоростью 10 м/с. Считая, что толщина слоя воздуха, задерживаемого водой, равна 1 см, найти силу, действующую со стороны ветра на 1 м² поверхности воды.

25. Для определения вязкости воды измеряли количество воды, вытекающей через капилляр длиной 10см и диаметром 1 мм под действием разности давлений, созданной столбом воды высотой 50 см. За 1 мин вытекло 70 см² воды. Найти вязкость воды.

26. При измерении эффективного диаметра по методу Стокса оказалось, что диаметр капельки масла 6,1·10^{-2 мм, скорость ее падения в азоте при нормальном давлении и температуре 200}С равна 1 мм/с, плотность масла 0,8·10³ кг/м³. Определить эффективный диаметр молекулы азота.

27. Во сколько раз изменится коэффициент диффузии двухатомного газа при уменьшении давления в 2 раза в результате изотермического расширения?

28. При какой температуре динамическая вязкость азота равна динамической вязкости водорода при температуре 19⁰С?

29. Коэффициент диффузии кислорода при нормальных условиях равен 14,1 мм²/с. Определить, каким будет коэффициент диффузии при температуре 50⁰С, если нагревание газа происходит при постоянном объеме.

30. Для гелия динамическая вязкость при температуре 0⁰ С равна

16,3 мкПа·с. Определить диаметр молекулы гелия.

31. Определить теплопроводность хлора, если известно, что динамическая вязкость для него при этих условиях равна 12,9 мкПа·с.

32. Теплопроводность трехатомного газа с жесткими (объемными) молекулами равна 1,45 с·Вт/(м·К), а коэффициент диффузии при тех же условиях 10 мкм²/с. Определить число молекул в газе объемом 1,0 м³ при этих условиях.

33. Кислород и углекислый газ находятся при одинаковых температуре и давлении. Эффективные диаметры молекул этих газов соответственно равны 0,35 нм и 0,40 нм. Найти для этих газов отношения: а) коэффициентов диффузии; б) коэффициентов внутреннего трения.