Примеры решения задач по электротехнике, физике

Примеры решения задач

Пример 1. В баллоне вместимостью V=6,9 л находится азот массой m=2,3 г. При нагревании часть молекул диссоциировали на атомы. Коэффициент диссоциации a=0,2. Определить: 1) общее число N1 молекул и концентрацию n1 молекул азота до нагревания; 2) концентрацию n2 молекул и n3 атомов азота после нагревания.

Решение. По определению, концентрация частиц газа есть отношение числа частиц к вместимости сосуда, занимаемого газом:

n=N/V. (1)

1. Число N1 молекул газа до нагревания найдем из соотношения

.  (2)

где v — количество вещества азота; na — постоянная Авогадро; М — молярная масса азота; Mr — относительная молекулярная масса азота; k=10-3 кг/моль. Подставив значения величин в (2), получим

.

Концентрацию n1 найдем, подставив значения величин в (1):

.

2. Концентрацию после нагревания найдем из соотношения

,  (3)

где N — число молекул, не распавшихся на атомы.

После подстановки значений величин в (3) получим

.

Концентрация атомов после нагревания азота

.  (4)

Число 2 в формуле (4) выражает тот факт, что каждая молекула после распада дает два атома.

Подставим в (4) значения величин и произведем вычисления:

.

Пример 2. В колбе вместимостью V=0,5 л находится кислород при нормальных условиях. Определить среднюю энергию  поступательного движения всех молекул, содержащихся в колбе.

Решение. Средняя энергия поступательного движения всех молекул может быть выражена соотношением

, (1)

где <eп>— средняя энергия поступательного движения одной молекулы; N — число всех молекул, содержащихся в колбе.

Как известно,

, (2)

где k — постоянная Больцмана; Т — термодинамическая температура.

Число молекул, содержащихся в колбе, найдем по формуле

N=vNA, (3)

где v — количество вещества кислорода; NA — постоянная Авогадро.

Количество вещества v найдем из таких соображений: известно, что при нормальных условиях молярный объем Vm равен 22,4×10-3 м3/моль. Так как, по условию задачи, кислород в колбе находится при нормальных условиях, то количество вещества кислорода в колбе выражается соотношением

v=V/Vm. (4)

Подставив выражение v по (4) в (3), получим

N=VNA/Vm.  (5)

С учетом (2) и (5) выражение (1) энергии поступательного движения молекул примет вид

Проверим, дает ли правая часть расчетной формулы единицу энергии (джоуль). Для этого вместо символов величин подставим единицы, в которых эти величины выражаются:

.

Подставив значения величин в (6) и произведя вычисления, найдем

.

Примеры решения задач по электротехнике, физике