УСІ УРОКИ ФІЗИКИ 10 клас

2-й семестр

 

МОЛЕКУЛЯРНА ФІЗИКА Й ТЕРМОДИНАМІКА

 

1. Властивості газів, рідин, твердих тіл

Урок 7/78

Тема. Основне рівняння МКТ ідеального газу

 

Мета уроку: з'ясувати механізм тиску ідеального газу і його залежність від мікропараметрів

Тип уроку: вивчення нового матеріалу

План уроку

Контроль знань

5 хв.

1. Закон Гей-Люсака.

2. Закон Шарля.

3. Закон Бойля-Маріотта.

4. Графіки ізопроцесів

Демонстрації

3 хв.

1. Модель тиску газу.

2. Фрагмент відеофільму «Молекули й молекулярний рух»

Вивчення нового матеріалу

25 хв.

1. Основне рівняння молекулярно-кінетичної теорії ідеального газу.

2. Зв’язок тиску з середньою кінетичною енергією молекул

Закріплення вивченого матеріалу

12 хв.

1. Тренуємося розв’язувати задачі.

2. Контрольні запитання

 

ВИВЧЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ

1. Основне рівняння молекулярно-кінетичної теорії ідеального газу

Основне завдання молекулярно-кінетичної теорії газу полягає в тому, щоб встановити співвідношення між тиском газу і його мікроскопічними параметрами — масою молекул, їх середньою швидкістю і концентрацією. Це співвідношення називається основним рівнянням молекулярно-кінетичної теорії газу.

Оскільки тиск газу на стінку посудини зумовлений ударами молекул, тиск газу пропорційний концентрації молекул n: чим більше молекул в одиниці об’єму, тим більше ударів молекул об стінку за одиницю часу. Кожна молекула при ударі об стінку передає їй імпульс, пропорційний імпульсу молекули, рівному по модулю m0, де  — модуль швидкості молекули. Тому можна було б очікувати, що тиск пропорційний nm0, де  — середнє значення модуля швидкості молекул.

Однак, насправді тиск пропорційний не першому, а другому ступеню швидкості, так як, чим більша швидкість молекули, тим частіше вона б’ється об стінку посудини. І дійсно, розрахунки показують, що основне рівняння молекулярно-кінетичної теорії ідеального газу має вигляд:

де m0 — маса однієї молекули газу, n — концентрація молекул, 2 — середнє значення квадрата швидкості молекул.

Коефіцієнт 1/3 зумовлений тривимірністю простору — тим, що під час хаотичного руху молекул всі три напрями рівноправні.

Отже, німецький фізик Р. Клаузиус з’ясував, що тиск ідеального газу прямо пропорційний концентрації частинок, маси частки й середнього значення квадрата швидкості частинки.

Отримане рівняння пов’язує макроскопічну величину — тиск,— що може бути виміряна манометром, з мікроскопічними величинами, що характеризують молекули, і є ніби містком між двома світами: макроскопічним і мікроскопічним.

2. Зв'язок тиску з середньою кінетичною енергією молекули

Якщо через  позначити середню кінетичну енергію поступального руху молекули  то рівняння Клапейрона можна записати у вигляді:

image495

Тиск ідеального газу пропорційний добутку концентрації молекул на середню кінетичну енергію поступального руху молекули У цій формулі концентрація часток характеризує число ударів молекул об поршень, а середня кінетична енергія молекул визначає інтенсивність одного удару.

 

Питання до учнів під час викладення нового матеріалу

1. Який механізм виникнення тиску газу, з точки зору молекулярно-кінетичної теорії будови речовини?

2. Чому можна вважати, що молекули в газі рухаються лише вздовж трьох взаємно перпендикулярних напрямів?

3. У яких шарах атмосфери повітря зі своїми властивостями наближається до ідеального газу: біля поверхні Землі чи на далеких висотах?

 

ЗАКРІПЛЕННЯ ВИВЧЕНОГО МАТЕРІАЛУ

1). Тренуємося розв'язувати задачі

Кисень знаходиться в нормальних умовах. Обчисліть середню квадратичну швидкість молекул газу.

Розв’язок

За нормальних умов тиск кисню дорівнює 1,01·105 Па, а густина — 1,43 кг/м3. Вважаючи, що концентрація газу n = N/V, можна записати:

image496

Звідси отримуємо: image497

Перевіривши одиниці величин і виконавши розрахунки, отримуємо  = 460 м/с.

2. Визначте кінетичну енергію хаотичного поступального руху всіх молекул будь-якого газу в балоні об’ємом 5 л з тиском 1 МПа.

3. Чому дорівнює середня кінетична енергія хаотичного руху молекул аргону, якщо 2 кг його, перебуваючи в посудині об’ємом 2 м3, чинять тиск 3·105 Па?

2). Контрольні запитання

1. Яким чином в основному рівнянні молекулярно-кінетичної теорії ми отримали множник 1/3?

2. Чому молекула при зіткненні зі стінкою посудини діє на неї з силою, пропорційною швидкості, а тиск пропорційно квадрату швидкості?

3. Як середня кінетична енергія молекул залежить від концентрації газу та його тиску на стінки посудини?

 

Що ми дізналися на уроці:

•  Тиск ідеального газу прямо пропорційний концентрації часток, масі частки й середньому значенню квадрата швидкості частки.

image498

•  Тиск ідеального газу пропорційний добутку концентрації молекул на середню кінетичну енергію поступального руху молекули:

 

Домашнє завдання

1. Конспект.

2. Розв’яжіть задачі:

р1): 1. Як зміниться тиск газу, якщо концентрація його молекул збільшиться в 3 рази, а середня квадратична швидкість молекул зменшиться в 3 рази?

2. Під яким тиском знаходиться газ в посудині, якщо середня квадратична швидкість його молекул 103 м/с, концентрація молекул 3·1025 м-3, а маса кожної молекули 5·10-26 кг?

3. Визначте середню кінетичну енергію поступального руху молекул газу з тиском 105 Па. Концентрація молекул газу 2,7·1025 м-3.

р2): 1. Визначте густину кисню, який знаходиться під тиском 1,3·105 Па. Середня квадратична швидкість молекул 1,4·103 м/с.

2. Який тиск на стінки посудини чинять молекули газу, якщо маса газу 3 г, об’єм 5·10-4 м3, середня квадратична швидкість молекул 500 м/с?

3. Яка середня квадратична швидкість руху молекул газу, який займає об’єм 5 м3 з тиском 2·105 Па і має масу 6 кг?

Р3): 1. Який тиск вуглекислого газу, якщо в балоні об’ємом 40 л міститься 5·1024 молекул, а середня квадратична швидкість молекул 400 м/с?

2. Визначте кінетичну енергію хаотичного поступального руху всіх молекул будь-якого газу в балоні об’ємом 10 л і тиском 4·105 Па.

3. Частина стінки посудини покрили клеєм, що поглинає всі падаючі молекули газу. Чи зміниться тиск газу на цю ділянку стінки? Обґрунтуйте свою відповідь.






Відвідайте наш новий сайт - Матеріали для Нової української школи - планування, розробки уроків, дидактичні та методичні матеріали, підручники та зошити

Віртуальна читальня освітніх матеріалів для студентів, вчителів, учнів та батьків.

Наш сайт не претендує на авторство розміщених матеріалів. Ми тільки конвертуємо у зручний формат матеріали з мережі Інтернет які знаходяться у відкритому доступі та надіслані нашими відвідувачами.

Всі матеріали на сайті доступні за ліцензією Creative Commons Attribution-Sharealike 3.0 Unported CC BY-SA 3.0 та GNU Free Documentation License (GFDL)

Якщо ви являєтесь володарем авторського права на будь-який розміщений у нас матеріал і маєте намір видалити його зверніться для узгодження до адміністратора сайту.

Дозволяється копіювати матеріали з обов'язковим гіпертекстовим посиланням на сайт, будьте вдячними ми приклали багато зусиль щоб привести інформацію у зручний вигляд.

© 2007-2019 Всі права на дизайн сайту належать С.Є.А.