Состояние определенной массы любого вещества можно описать с трех параметров: давления
p
, объема
V
и температуры
T
. Эти параметры связаны между собой. Их взаимосвязь описывается уравнением состояния, которое в общем случае имеет вид:
F
(
p
,
V
,
T
)
=
0.
Конкретный вид уравнения зависит от свойств вещества. Например, разреженный газ при достаточно высокой температуре хорошо описывается моделью идеального газа. Уравнением состояния для него является известное уравнение Клапейрона (
1799
−
1864
), предложенное в
1834
году:
p
V
=
m
M
R
T
.
Здесь
m
− масса газа,
M
− молярная масса (т.е. масса одного моля данного газа),
R
− универсальная газовая постоянная. Для одного моля газа это уравнение принимает следующий вид:
p
V
=
R
T
.
Проведенные позднее эксперименты выявили отклонение в поведении реальных газов от законов идеального газа. Эти результаты были обобщены голландским физиком Яном Дидериком Ван-дер-Ваальсом (
1837
−
1923
), который в
1873
году предложил более точное уравнение состояния реального газа. Оно называется уравнением Ван-дер-Ваальса и в расчете на один моль записывается в виде
(
p
+
a
V
2
)
(
V
−
b
)
=
R
T
.
Данное уравнение учитывает силы притяжения и отталкивания, действующие между молекулами. Силы притяжения учитываются благодаря пристеночному эффекту. Действительно, для частиц, находящихся во внутренней области, силы притяжения со стороны других молекул в среднем скомпенсированы. Однако для частиц вблизи стенок сосуда возникает нескомпенсированная сила притяжения
f
,
направленная внутрь сосуда. Эта сила, с одной стороны, пропорциональна концентрации частиц
n
в сосуде, а с другой стороны − пропорциональна концентрации частиц в пристеночном слое. В результате получаем:
f
∼
n
2
∼
1
V
2
,
где
n
− концентрация молекул в сосуде,
V
− объем
1
моля газа.
Рассмотренный эффект притяжения молекул пристеночного слоя приводит к уменьшению давления на стенки сосуда. При формальном переходе от уравнения Клапейрона к уравнению Ван-дер-Ваальса это соответствует замене
p
→
p
+
a
V
2
,
где
a
− коэффициент, зависящий от конкретного газа и размеров сосуда.
Силы отталкивания между молекулами в модели Ван-дер-Ваальса учитываются очень просто: предполагается, что молекулы имеют форму шара радиуса
r
и не могут приблизиться друг к другу на расстояние между центрами, меньшее чем
2
r
.
Можно считать, что вокруг одной из двух молекул существует "запрещенный" (исключенный) объем (рисунок
1
), равный
4
3
π
(
2
r
)
3
=
8
⋅
4
3
π
r
3
.
Следовательно, в расчете на одну молекулу исключенный объем равен
b
0
=
4
⋅
4
3
π
r
3
=
4
V
0
,
где
V
0
− объем одной молекулы.
В результате , если в уравнении Клапейрона объем пространства, доступного для движения молекул, был равен
V
,
то теперь он становится равным
V
−
N
A
b
0
=
V
−
b
,
где
N
A
− число Авогадро (равное числу молекул в одном моле газа),
b
− исключенный объем, обусловленный отталкиванием молекул.
Объяснение:
Объяснение:
№1
Q = Qл. + Qв.
Q = cл.m( tпл. - tн.) + λm + св.m( t - tпл. )
Q = m( cл.( tпл. - tн. ) + св.( t - tпл. ) + λ )
Q = 2( 2100 ( 0 - ( -20 ) ) + 4200 ( 40 - 0 ) + 2,3 * 10^6 ) = 5,02 MДж
№2
Qв. + Qл. = 0
Qл. = - Qв.
Так как лёд уже находится при температуре плавления то мы его уже не нагреваем а только плавим
λmл. = - cв.mв.( tпл. - t )
λmл. = cв.mв.( t - tпл.)
mл. = ( cв.mв.( t - tпл.) )/λ
mл. = ( 4200 * 2( 20 - 0 ) )/( 2,3 * 10^6 ) ≈ 0,073 кг = 73 г
№3
Интересная задача...
Сразу скажу что из условия мы точно не знаем растаял ли лед или нет...
Поэтому мы должны провести оценку
При Qв. > Qл. - весь лёд растаял и нагрелся до определенной температуры
При Qв. = Qл. - весь лёд растаял и имеет конечную же конечную температуру как и вода 0°С
При Qв. < Qл. - растаяла лишь часть льда но всё-таки некоторое количество льда осталось в твёрдом агрегатном состоянии а конечная температура льда и воды стала равна 0 °С
Поэтому
Для начала представим что что весь лёд растаял если это правда то тогда должно выполняться условие что
Qв. ≥ Qл.
Qв. = св.mв.( tн. - tпл.) = 4200 * 1( 30 - 0 ) = 126 кДж
Qл. = λmл.
Qл. = 2,3 * 10^6 * 0,5 = 1150 кДж
126 кДж ≥ 1150 кДж - Неверно
отсюда следует что тепловой энергии воды всё-таки не хватило чтобы растопить весь лёд и конечная температура льда и воды осталось равной 0 °С
№4
Q = Qл. + Qв.
Q = cл.m( tпл. - tн. ) + λm + св.m( t - tпл. )
Q = m( cл.( tпл. - tн. ) + св.( t - tпл. ) + λ )
Q = 1( 2100( 0 - ( -10 ) ) + 4200( 50 - 0 ) + 2,3 * 10^6 ) = 2531 кДж
№5
Буду считать то что удельная теплота сгорания дров q равна 15 МДж/кг
η = Qпол./Qзат.
η = ( Qл. + Qв. )/Qзат.
η = ( сл.m( tпл. - tн. ) + λm + св.m( tк. - tпл. ) )/( qmд. )
η = ( m( сл.( tпл. - tн. ) + λ + св.( tк. - tпл. ) ) )/( qmд. )
η = ( m( сл.( tпл. - tн. ) + λ + св.( tк. - tпл. ) ) )/( qmд. )
mд. = ( m( сл.( tпл. - tн. ) + λ + св.( tк. - tпл. ) ) )/( qη )
mд. = ( 5( 2100( 0 - ( -10 ) ) + 2,3 * 10^6 + 4200( 100 - 0 ) ) )/( 15 * 10^6 * 0,5 ) ≈ 1,827 кг
