Физика для старшей школы - Естественные науки

Закон Бойля, закон Шарля и закон Ж. Люссака

Закон Бойля

Роберт Бойль (1627–1691) проводил эксперименты для исследования количественной зависимости между давлением газа и его объемом. В ходе эксперимента определенное количество газа помещалось в закрытый контейнер. С достаточно высокой степенью точности он обнаружил, что если температура газа остается постоянной, то с увеличением давления газа его объем уменьшается. И наоборот, с уменьшением давления газа объем газа увеличивается. Давление газа обратно пропорционально его объему. Эта зависимость известна как закон Бойля . Математически:

Кинетическая теория газов

Кинетическая теория газов утверждает, что каждое вещество состоит из атомов или молекул, и эти атомы или молекулы находятся в непрерывном, хаотическом движении. Эта гипотеза кинетической теории соответствует ситуации и условиям, в которых находятся атомы или молекулы, составляющие газ. Силы притяжения между атомами или молекулами, составляющими газ, очень слабы, что позволяет атомам или молекулам свободно двигаться.

При движении атомы или молекулы обладают скоростью. Атомы или молекулы также обладают массой. Поскольку они имеют массу (m) и скорость (v), атомы или молекулы обладают кинетической энергией (EK) и импульсом (p). Кинетическая энергия : EK = 1/2 mv² ^. Импульс : p = mv. В дополнение к кинетической энергии и импульсу существует также сила (F). При свободном движении столкновения неизбежны. Таким образом, сила возникает из-за изменения импульса при столкновении. Вспомним еще раз обсуждение импульса и момента импульса. Кинетическая энергия, момент импульса и импульсная сила являются ядром нашего обсуждения в материале динамики (законы Ньютона, импульс и момент импульса). Можно сказать, что кинетическая теория газов фактически применяет науку динамики на уровне атомов или молекул, составляющих газообразные вещества.

Средняя кинетическая энергия газа

Средняя кинетическая энергия газа

Помимо давления, одной из величин, определяющих макроскопические свойства газа, является температура (T). Уравнение давления газа, выведенное в разделе «Кинетическая теория газов», приводится в следующем виде:

Средняя кинетическая энергия газа составляет 1

Средняя кинетическая энергия газа составляет 2

Средняя кинетическая энергия газа составляет 3

Уравнение закона идеального газа, выведенное в разделе, посвященном закону идеального газа, приводится в новом виде:

Эффективная скорость газа

В атмосфере планеты Земля нет свободного гелия и водорода. Там присутствуют только азот (78%), кислород (21%), аргон (0,90%), углекислый газ и т. д. Атмосфера Венеры почти полностью состоит из углекислого газа (CO₂ ₎ . В атмосфере Юпитера много свободного гелия и водорода. У Луны нет атмосферы. Почему тип атмосферы у каждой планеты различен? Почему в атмосфере Земли нет свободного гелия и водорода?

Среднеквадратичная скорость

Среднеквадратичная скорость = среднеквадратичное значение = v _{rms . Уравнение для v}_rms можно вывести, преобразовав уравнения для температуры и кинетической энергии в уравнения для поступательного движения.

Теория равнораспределения энергии

Теорема о равнораспределении энергии была теоретически выведена Клерком Максвеллом с использованием статистической механики. Она называется теоремой, потому что не имеет экспериментального доказательства. Равнораспределение энергии означает равномерное распределение энергии.

Поступательная кинетическая энергия выводится из поступательного движения, которое имеет три составляющие скорости: по оси x, по оси y и по оси z. Именно из-за этих трех составляющих скорости в приведенном выше уравнении появляется число 3. Каждая составляющая скорости называется степенью свободы. Поскольку существует три составляющие скорости, поступательная кинетическая энергия имеет три степени свободы.

Диффузия

Если присмотреться, то сначала еще можно увидеть дым от горения. Через некоторое время дым становится невидимым. Вы когда-нибудь пользовались духами? Даже если вы распылите духи в своей комнате, другие люди за пределами дома все равно почувствуют их аромат. Точно так же, если ваша мама готовит вкусную и аппетитную еду на кухне, аромат может доноситься до соседских домов. Почему так происходит?

Понимание диффузии

Существует множество других примеров. Если вы капнете несколько капель чернил или пищевого красителя в стакан с чистой водой, чернила или краситель равномерно распределятся по всей воде. Это происходит автоматически. Приведенные выше примеры — это явления диффузии, которые часто встречаются в повседневной жизни. Диффузия — это процесс перемещения молекул вещества из области высокой концентрации в область низкой концентрации. Концентрация — это количество молекул/молей вещества на единицу объема. Место высокой концентрации — это место, где много молекул вещества на единицу объема. И наоборот, место низкой концентрации — это место, где мало молекул на единицу объема.

Келембабан

Влажность — это количество водяного пара в воздухе. Во время дождя воздух очень влажный, потому что содержит много водяного пара. И наоборот, если в воздухе очень мало или совсем нет водяного пара, воздух очень сухой. Количество водяного пара в воздухе выражается в виде относительной влажности.

Относительная влажность — это отношение парциального давления пара к давлению насыщенного водяного пара при определенной температуре (под паром здесь подразумевается водяной пар). Относительная влажность выражается в процентах и математически формулируется следующим образом:

Пример задач по электрическим цепям

15 примеров задач на электрические цепи

1. Посмотрите на картинку!

Если R₁ ₌ 6 Ом, R₂ ₌ R₃ ₌ 2 Ом, а разность потенциалов составляет 14 вольт, то величина протекающего тока равна...

А. 7 А Пример задачи по электрическим цепям 1

Б. 6 А

С. 2 А

Д. 1 А

Обсуждение

Кипение

Определение кипения

Кипение — это процесс перехода из жидкого состояния в газообразное. Кипение происходит, когда давление насыщенного пара равно давлению наружного воздуха (давление наружного воздуха = атмосферное давление). В данном случае мы будем обсуждать только кипение воды. Давление насыщенного пара воды прямо пропорционально температуре воды: чем выше температура воды, тем больше давление насыщенного пара. При нагревании воды на дне сосуда обычно появляются маленькие пузырьки. Наличие пузырьков указывает на переход из жидкого состояния в газообразное. Если давление насыщенного пара в пузырьке меньше давления наружного воздуха, пузырек сожмется и схлопнется, прежде чем достигнет поверхности. Пузырек схлопывается, потому что сила давления наружного воздуха больше, чем сила давления пара внутри пузырька. Давление наружного воздуха больше, чем давление пара в пузырьке, поэтому сила давления наружного воздуха больше (P = F/A).

Пенгуапан

Кинетическая теория

Процесс испарения можно объяснить с помощью кинетической теории. Как и молекулы газа, молекулы воды также движутся. Разница заключается в том, что молекулы воды не могут разделиться, поскольку силы притяжения между ними все еще способны удерживать их вместе. В отличие от этого, силы притяжения между молекулами газа очень слабые, поэтому молекулы газа не могут слипаться. При движении молекулы воды имеют скорость. Некоторые молекулы воды развивают высокие скорости, а другие — низкие. Распределение скоростей молекул воды напоминает распределение Максвелла.