Версия для копирования в MS Word
PDF-версии: горизонтальная · вертикальная · крупный шрифт · с большим полем
РЕШУ ОЛИМП — физика
Задания
i

Для опи­са­ния от­кло­не­ний по­ве­де­ния ре­аль­ных газов от мо­де­ли иде­аль­но­го газа было пред­ло­же­но боль­шое число по­лу­эм­пи­ри­че­ских урав­не­ний. Самое из­вест­ное из них  — урав­не­ние Ван⁠-⁠дер⁠-⁠Ва­аль­са. Для од­но­го моля газа это урав­не­ние имеет вид:

 левая круг­лая скоб­ка p плюс дробь: чис­ли­тель: a, зна­ме­на­тель: V в квад­ра­те конец дроби пра­вая круг­лая скоб­ка левая круг­лая скоб­ка V минус b пра­вая круг­лая скоб­ка =RT,

здесь p  — дав­ле­ние газа, V  — его объем, T  — аб­со­лют­ная тем­пе­ра­ту­ра, R ≈ 8,31 Дж/(моль · К)  — уни­вер­саль­ная га­зо­вая по­сто­ян­ная. Урав­не­ние Ван⁠-⁠дер⁠-⁠Ва­аль­са можно рас­смат­ри­вать как урав­не­ние Мен­де­ле­е­ва⁠-⁠Клай­пе­ро­на, в ко­то­рое вве­де­ны по­прав­ки, учи­ты­ва­ю­щие при­тя­же­ние мо­ле­кул на боль­ших рас­сто­я­ни­ях  левая круг­лая скоб­ка дробь: чис­ли­тель: a, зна­ме­на­тель: V в квад­ра­те конец дроби пра­вая круг­лая скоб­ка и ко­неч­ный раз­мер мо­ле­кул (b). Вид этих по­пра­вок опре­де­лен из тео­ре­ти­че­ских со­об­ра­же­ний, а кон­стан­ты a и b для каж­до­го газа опре­де­ля­ют­ся из экс­пе­ри­мен­тов. Можно по­ка­зать, что внут­рен­няя энер­гия од­но­го моля од­но­атом­но­го газа Ван-дер-Ва­аль­са при не­ко­то­рых пред­по­ло­же­ни­ях может счи­тать­ся рав­ной U= дробь: чис­ли­тель: 3, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби RT минус дробь: чис­ли­тель: a, зна­ме­на­тель: V конец дроби . В от­ли­чие от иде­аль­но­го газа, она за­ви­сит не толь­ко от тем­пе­ра­ту­ры, но и от объ­е­ма. Пер­вое сла­га­е­мое пред­став­ля­ет собой ки­не­ти­че­скую энер­гию теп­ло­во­го дви­же­ния мо­ле­кул, вто­рое (от­ри­ца­тель­ное)  — по­тен­ци­аль­ную энер­гию их вза­и­мо­дей­ствия.

а)  Сосуд объ­е­мом 100 л раз­де­лен пе­ре­го­род­кой на две части. В первую из них, объем ко­то­рой 1 л, по­ме­щен один моль ар­го­на. Во вто­рой части ва­ку­ум. В не­ко­то­рый мо­мент пе­ре­го­род­ку уби­ра­ют и газ за­пол­ня­ет весь сосуд. До­пу­стим, в этом про­цес­се можно пре­не­бречь теп­ло­об­ме­ном газа с окру­жа­ю­щи­ми те­ла­ми. Най­ди­те, на сколь­ко из­ме­нит­ся тем­пе­ра­ту­ра ар­го­на, если этот газ под­чи­ня­ет­ся урав­не­нию Ван⁠-⁠дер⁠-⁠Ва­аль­са. На­гре­ет­ся он или осты­нет? Кон­стан­та a для ар­го­на при­бли­жен­но равна 0,135 (в еди­ни­цах СИ).

б)  Най­ди­те из­ме­не­ние тем­пе­ра­ту­ры ар­го­на, если в со­су­де его было 2 моля.