Przejdź do treściPrzejdź do informacji o dostępności

Zadania dodatkowe

76.

W głębokiej przestrzeni między galaktykami gęstość cząsteczek (które są najczęściej pojedynczymi atomami) jest mniejsza od 10 6 ⁢ atomów ∕ m 3 10 6 ⁢ atomów ∕ m 3 i są one zmrożone do temperatury 2,7 ⁢ K 2,7⁢K.

  1. Jakie panuje tam ciśnienie?
  2. Jaką objętość (w metrach sześciennych) zajmuje 1 ⁢ mol 1⁢mol gazu?
  3. Jeżeli ta objętość ma kształt sześcianu, to ile wynosi długość jego boku w kilometrach?
77.
  1. Oblicz gęstość powietrza w jednostkach SI, pod ciśnieniem 1 ⁢ atm 1⁢atm i w temperaturze 20 ⁢ °C 20⁢°C, jeżeli składa się ono (molowo) w 78% z azotu, w 21% z tlenu i w 1% z argonu;
  2. Oblicz gęstość atmosfery Wenus, przyjmując, że składa się (molowo) w 96% z dwutlenku węgla i w 4% z azotu. Temperatura atmosfery Wenus wynosi 737 ⁢ K 737⁢K, a jej ciśnienie jest równe 92 ⁢ atm 92⁢atm.
78.

Powietrze wewnątrz balonu na ogrzane powietrze ma temperaturę 370 ⁢ K 370⁢K i ciśnienie 101,3 ⁢ kPa 101,3⁢kPa, takie samo jak na zewnątrz balonu. Wyznacz gęstość powietrza wewnątrz balonu, jeżeli składa się ono z 78% N2, 21% O2 i 1% Ar (molowo).

79.

Gdy pęcherzyk powietrza jest wynoszony z dna na powierzchnię słodkowodnego jeziora, to jego objętość wzrasta o 80 ⁢ % 80 ⁢ % \SI{80}{\percent} . Ile wynosi głębokość jeziora, jeżeli temperatury wody na jego dnie i powierzchni wynoszą odpowiednio 4 ⁢ °C 4⁢°C i 10 ⁢ °C 10⁢°C?

80.
  1. Zastosuj równanie stanu gazu doskonałego, aby ocenić temperaturę, w której para wodna o masie 1 ⁢ kg 1⁢kg (masa molowa M = 18 ⁢ g ∕ mol M= 18 ⁢ g ∕ mol ) zajmuje objętość 0,22 ⁢ m 3 0,22⁢ m 3 pod ciśnieniem 1,5 ⋅ 10 6 ⁢ Pa 1,5 ⋅ 10 6 ⁢Pa;
  2. Stałe van der Waalsa dla wody przyjmują wartości a = 0,5537 ⁢ Pa ⁢ m 6 ∕ mol 2 a= 0,5537 ⁢ Pa ⁢ m 6 ∕ mol 2 , b = 3,049 ⋅ 10 -5 ⁢ m 3 ∕ mol b= 3,049 ⋅ 10 -5 ⁢ m 3 ∕ mol . Zastosuj równanie stanu gazu van der Waalsa, aby określić temperaturę pary wodnej w tych samych warunkach;
  3. Rzeczywista temperatura pary wodnej w tych warunkach wynosi 779 ⁢ K 779⁢K. Która ocena jest lepsza?
81.

W jednym z procesów dekofeinizacji kawy stosuje się dwutlenek węgla (masa molowa 44 ⁢ g ∕ mol 44⁢ g ∕ mol ) o gęstości molowej 14,6 ⁢ mol ∕ m 3 14,6⁢ mol ∕ m 3 w temperaturze 60 ⁢ °C 60⁢°C.

  1. Czy CO2 w tych warunkach jest ciałem stałym, cieczą, gazem, czy też płynem nadkrytycznym?
  2. Zastosuj równanie stanu gazu van der Waalsa i oceń ciśnienie CO2 w tej temperaturze i pod tym ciśnieniem. Stałe dla dwutlenku węgla wynoszą a = 0,3658 ⁢ Pa ⁢ m 6 ∕ mol 2 a= 0,3658 ⁢ Pa ⁢ m 6 ∕ mol 2 i b = 4,286 ⋅ 10 -5 ⁢ m 2 ∕ mol b= 4,286 ⋅ 10 -5 ⁢ m 2 ∕ mol .
82.

W pewien zimowy dzień temperatura powietrza o wilgotności względnej 50 ⁢ % 50 ⁢ % \SI{50}{\percent} wynosiła 0 ⁢ °C 0⁢°C. Po przewietrzeniu powietrze to wypełniło pokój i zostało ogrzane do temperatury 20 ⁢ °C 20⁢°C. Ile wynosi wilgotność względna powietrza w pokoju? Czy zadanie to wyjaśnia, dlaczego zimą powietrze w pomieszczeniach jest takie suche?

83.

W ciepły dzień, gdy temperatura powietrza wynosi 30 ⁢ °C 30⁢°C, płytka metalowa jest powoli schładzana przez dodanie odrobiny lodu do cieczy, w której jest częściowo zanurzona. Kondensacja pary wodnej na płytce pojawiła się, gdy osiągnęła ona temperaturę 15 ⁢ °C 15⁢°C. Ile wynosi względna wilgotność powietrza?

84.
  1. Ludzie często uważają, że wilgotne powietrze jest „ciężkie”. Porównaj gęstości próbek powietrza o temperaturze 30 ⁢ °C 30⁢°C i pod ciśnieniem 1 ⁢ atm 1⁢atm, z których jedna jest sucha (wilgotność względna 0 ⁢ % 0 ⁢ % \SI{0}{\percent} ), a druga jest nasycona parą wodną (wilgotność względna 100 ⁢ % 100 ⁢ % \SI{100}{\percent} ). Przyjmujemy, że suche powietrze to gaz doskonały o masie molowej 29 ⁢ g ∕ mol 29⁢ g ∕ mol , a gaz wilgotny to ten sam gaz doskonały zmieszany z parą wodną;
  2. Jak opisano w rozdziale o zastosowaniach zasad dynamiki Newtona, siła oporu powietrza działająca na takie pociski jak piłeczki baseballowe lub golfowe wynosi w przybliżeniu F = C ⁢ ρ ⁢ A ⁢ v 2 ∕ 2 F= C ⁢ ρ ⁢ A ⁢ v 2 ∕ 2 , gdzie ρ ρ jest gęstością powietrza, A A jest powierzchnią przekroju poprzecznego pocisku, C C jest współczynnikiem oporu dla pocisku. Opisz pod kątem właściwości, jak zasięg pocisku zależy od wilgotności względnej powietrza przy ustalonym jego ciśnieniu;
  3. Gdy nadchodzi burza, to zazwyczaj, wilgotność powietrza wzrasta, a jego ciśnienie się obniża. Czy warunki te mogą wpłynąć na możliwość uzyskania tzw. home-run uderzenia w baseballu?
85.

Średnia droga swobodna atomów helu w pewnych warunkach (temperatura i ciśnienie) wynosi 2,1 ⋅ 10 -7 ⁢ m 2,1 ⋅ 10 -7 ⁢m. Można przyjąć, że promień atomu helu wynosi 1,1 ⋅ 10 -11 ⁢ m 1,1 ⋅ 10 -11 ⁢m. Ile w tych warunkach wynosi wartość

  1. koncentracji atomów helu;
  2. gęstości molowej helu?
86.

Średnia droga swobodna dla metanu w temperaturze 269 ⁢ K 269⁢K i pod ciśnieniem 1,11 ⋅ 10 5 ⁢ Pa 1,11 ⋅ 10 5 ⁢Pa wynosi 4,81 ⋅ 10 -8 ⁢ m 4,81 ⋅ 10 -8 ⁢m. Oblicz wartość efektywnego promienia cząsteczki metanu.

87.

W rozdziale o mechanice płynów równanie Bernoulliego, opisujące przepływ nieściśliwych cieczy, zostało uzasadnione dzięki zmianom niewielkich objętości d V dV cieczy. Zmiany tej objętości leżą także u podstaw analizy przepływów płynów ściśliwych, takich jak gazy. Aby równania hydrodynamiki były słuszne, liniowe rozmiary tych objętości a ≈ d V 1 ∕ 3 a≈ d V 1 ∕ 3 muszą być znacznie większe od średniej drogi swobodnej cząsteczek. Ile musi wynosić a a dla powietrza w stratosferze, gdzie temperatura wynosi 220 ⁢ K 220⁢K, a ciśnienie jest równe 5,8 ⁢ kPa 5,8⁢kPa, aby było stukrotnie większe od średniej drogi swobodnej? Przyjmij, że efektywny promień cząsteczki powietrza wynosi 1,88 ⋅ 10 -10 ⁢ m 1,88 ⋅ 10 -10 ⁢m, co w przybliżeniu odpowiada cząsteczce N2.

88.

Wyznacz całkowitą liczbę zderzeń w ciągu sekundy między cząsteczkami gazowego azotu o objętości 1 ⁢ l 1⁢l w warunkach normalnych ( 0 ⁢ °C 0⁢°C, 1 ⁢ atm 1⁢atm). Jako wartości efektywnego promienia cząsteczki azotu użyj 1,88 ⋅ 10 -10 ⁢ m 1,88 ⋅ 10 -10 ⁢m (liczba zderzeń międzycząsteczkowych w jednostce czasu jest równa odwrotności średniego czasu między zderzeniami). Weź pod uwagę, że w każdym zderzeniu uczestniczą dwie cząsteczki, ale zaliczamy zderzenie tylko na konto jednej z nich.

89.
  1. Oblicz wartość ciepła właściwego sodu za pomocą prawa Dulonga-Petita. Masa molowa sodu wynosi 23 ⁢ g ∕ mol 23⁢ g ∕ mol ;
  2. Ile wynosi błąd procentowy twojej oceny w porównaniu z wartością tablicową 1230 ⁢ J ∕ mol ⁢ K 1230⁢ J ∕ mol ⁢ K ?
90.

Szczelny, doskonale cieplnie izolowany zbiornik zawiera 0,63 ⁢ mol 0,63⁢mol powietrza o temperaturze 20 ⁢ °C 20⁢°C oraz żelazny pręcik mieszadła magnetycznego o masie 40 ⁢ g 40⁢g. Pręcik został rozkręcony magnetycznie do energii kinetycznej 50 ⁢ J 50⁢J i po uwolnieniu na skutek oporu powietrza zaczął zwalniać. Ile wynosi równowagowa temperatura układu?

91.

Wyznacz stosunek f ⁡ v p ∕ f ⁡ v k f ⁡ v p ∕ f ⁡ v k dla gazowego wodoru ( M = 2,02 ⁢ g ∕ mol M= 2,02 ⁢ g ∕ mol ) w temperaturze 77 ⁢ K 77⁢K.

92.

Nieracjonalne wyniki.

  1. Stosując model gazu doskonałego, oblicz temperaturę 0,36 ⁢ kg 0,36⁢kg wody zajmującej objętość 0,615 ⁢ m 3 0,615⁢ m 3 pod ciśnieniem 1,01 ⋅ 10 5 ⁢ Pa 1,01 ⋅ 10 5 ⁢Pa;
  2. Co jest nieracjonalnego w otrzymanym wyniku?
  3. W jaki sposób można uzyskać bardziej poprawny wynik?
93.

Nieracjonalne wyniki.

  1. Wyznacz wartość prędkości średniej cząsteczek siarkowodoru H2S (o masie cząsteczkowej 31,4 ⁢ g ∕ mol 31,4⁢ g ∕ mol ) w temperaturze 250 ⁢ K 250⁢K;
  2. Wynik nie jest aż tak nieracjonalny, ale wyjaśnij, dlaczego nie jest tak poprawny, jak w przypadku neonu czy azotu.
Cytowanie i udostępnianie
Ponowne wykorzystanie i redystrybucja tej treści w formacie cyfrowym lub drukowanym:
  • Ten podręcznik nie może być wykorzystywany do trenowania dużych modeli językowych ani w żaden inny sposób przetwarzany przez duże modele językowe lub rozwiązania generatywnej sztucznej inteligencji bez uprzedniej pisemnej zgody OpenStax Poland.
  • Ten podręcznik jest wydany na licencji Uznanie autorstwa (CC BY), co oznacza, że możesz ponownie wykorzystywać i modyfikować materiał wyłącznie w celach niekomercyjnych, musisz uznać autorstwo OpenStax Poland oraz musisz rozpowszechniać wszelkie utwory zależne na tej samej licencji.
  • Jakikolwiek komercyjny druk tego podręcznika, w tym z wykorzystaniem lokalnej lub niestandardowej drukarni, wymaga zgody OpenStax Poland oraz podania odpowiedniego cytowania.
  • Obrazy, aktywności, testy i podobne elementy tego podręcznika objęte prawami autorskimi OpenStax Poland podlegają tej samej licencji – CC-BY-NC-SA. Mogą być wykorzystywane w celach niekomercyjnych z uznaniem autorstwa. Użycie komercyjne wymaga zgody.
  • Prośby o zgodę: Każdy, kto zamierza włączyć tę treść (w tym tekst, obrazy i inne elementy) do dużych modeli językowych, wykorzystać ją w rozwiązaniach opartych na sztucznej inteligencji, użyć jej komercyjnie (w tym w druku) i/lub ma pytania dotyczące innego przypadku użycia, może skorzystać z naszego formularza wniosku o ponowne wykorzystanie.
Cytowanie i udostępnienia
  • Jeśli rozpowszechniasz tę książkę w formie drukowanej w celach niekomercyjnych, umieść na każdej jej kartce informację:
    Treści dostępne za darmo na https://openstax.org/books/fizyka-dla-szk%C3%B3%C5%82-wy%C5%BCszych-tom-2/pages/1-wstep
  • Jeśli rozpowszechniasz całą książkę lub jej fragment w formacie cyfrowym w celach niekomercyjnych, dla każdej strony zawierającej treści OpenStax musisz udostępnić utwór zależny na tej samej licencji CC-BY-NC-SA co oryginał oraz na każdym widoku strony umieścić informację:
    Treści dostępne za darmo na https://openstax.org/books/fizyka-dla-szk%C3%B3%C5%82-wy%C5%BCszych-tom-2/pages/1-wstep
Cytowanie

Poniższe informacje zawierają dane potrzebne do utworzenia cytowania w większości głównych stylów (APA, MLA itp.); musisz przeformatować i zorganizować te informacje zgodnie z wymaganiami danego stylu. Jeśli chcesz zacytować tę książkę, skorzystaj z dostępnych narzędzi do tworzenia wpisów bibliograficznych, jak np.: ten.

© 21 wrz 2022 OpenStax Poland. Treść książki została wytworzona przez OpenStax na licencji Uznanie autorstwa (CC BY). Nazwa OpenStax Poland i OpenStax, logo OpenStax Poland i OpenStax, okładki OpenStax Poland iOpenStax, nazwa OpenStax CNX oraz OpenStax CNX logo, jak również nazwa i logo Rice University oraz powiązane znaki towarowe i słowne, nie podlegają licencji Creative Commons i wykorzystanie ich jest dozwolone wyłącznie na mocy uprzedniego pisemnego upoważnienia przez Rice University.