Решение задачи: Масса и размер молекул, температура тела

Зачет по разделу №2. Вариант 2. 1. Каким образом можно определить массу и размер молекул? Массу молекулы \( m_0 \) можно определить, зная молярную массу вещества \( M \) и постоянную Авогадро \( N_A \): \[ m_0 = \frac{M}{N_A} \] Размер молекул можно оценить по методу масляной пленки (растекание капли по поверхности воды до мономолекулярного слоя) или с помощью электронного микроскопа. Приблизительный диаметр молекулы \( d \) можно найти из объема \( V \), занимаемого одной молекулой: \( d \approx \sqrt[3]{V} \). 2. Что характеризует температура тела? Разная или одинаковая температура у тел, находящихся в состоянии теплового равновесия? Температура является мерой средней кинетической энергии теплового движения молекул тела. Согласно закону теплового равновесия, тела, находящиеся в состоянии теплового равновесия друг с другом, имеют одинаковую температуру. 3. Перечислите три способа изменения внутренней энергии. Сравните внутреннюю энергию газообразных водорода и кислорода. Способы изменения внутренней энергии: теплопередача (теплопроводность, конвекция, излучение) и совершение механической работы. Внутренняя энергия идеального газа зависит от температуры и количества вещества: \[ U = \frac{i}{2} \nu R T \] Если массы и температуры водорода и кислорода одинаковы, то у водорода внутренняя энергия будет больше, так как его молярная масса меньше, а значит, количество вещества \( \nu = \frac{m}{M} \) больше. 4. Почему при изобарном расширении газа от объема \( V_1 \) до объема \( V_2 \) требуется большее количество теплоты, чем при изотермическом процессе? При изотермическом процессе (\( T = const \)) вся подведенная теплота идет только на совершение газом работы: \( Q = A \). При изобарном процессе (\( P = const \)) подведенная теплота расходуется и на совершение работы, и на увеличение внутренней энергии газа (так как при расширении растет температура): \( Q = \Delta U + A \). Следовательно, во втором случае теплоты требуется больше. 5. Почему при испарении жидкость охлаждается? При испарении жидкость покидают самые быстрые молекулы, обладающие наибольшей кинетической энергией. В результате средняя кинетическая энергия оставшихся молекул уменьшается, что ведет к понижению температуры жидкости. 6. Как изменяется поверхностное натяжение у всех веществ с увеличением температуры? С увеличением температуры поверхностное натяжение всех жидкостей уменьшается. Это происходит из-за ослабления сил межмолекулярного взаимодействия при увеличении расстояния между молекулами. 7. Может ли одна и та же жидкость быть и смачивающей, и не смачивающей? Приведите примеры. Да, может. Это зависит от того, с какой твердой поверхностью она граничит. Например, вода смачивает чистое стекло, но не смачивает поверхность, покрытую парафином или жиром. Ртуть не смачивает стекло, но смачивает чистые поверхности металлов (например, медь). 8. Когда жидкость в капилляре опускается? Поднимается? Объясните это явление. Жидкость поднимается в капилляре, если она смачивает его стенки (вогнутый мениск). Жидкость опускается, если она не смачивает стенки (выпуклый мениск). Это явление вызвано действием сил поверхностного натяжения, которые создают дополнительное давление под искривленной поверхностью (давление Лапласа). 9. Как высота подъема жидкости зависит от ее температуры? Высота подъема жидкости в капилляре определяется формулой: \[ h = \frac{2 \sigma}{\rho g r} \] Так как при повышении температуры коэффициент поверхностного натяжения \( \sigma \) уменьшается, а плотность \( \rho \) обычно тоже уменьшается (но медленнее), то в целом высота подъема \( h \) с ростом температуры уменьшается. 10. Какие свойства кристаллов и жидкостей сочетают в себе жидкие кристаллы? Жидкие кристаллы обладают текучестью, характерной для жидкостей, но при этом сохраняют анизотропию физических свойств (зависимость свойств от направления) и упорядоченность в ориентации молекул, что характерно для твердых кристаллов.