Определите среднюю кинетическую энергию поступательного движения молекулы газа при температуре 150 градусов цельсия.

Решим более важную задачу, а именно: «научимся решать все похожие задачи». Для этого решим аналогичную задачу:

ЗАДАЧА ***

Определите среднюю кинетическую энергию поступательного движения молекулы газа при температуре –50 градусов Цельсия.

РЕШЕНИЕ ***

Все молекулы в модели идеального газа движутся поступательно, вращаются и колеблются. Полная механическая энергия, т.е. внутренняя энергия нескольких молей газа выражается для одноатомного, двухатомного или трёхатомного газов, соответственно одной из следующих формул:

,

или

;

При этом энергия вращения и колебания есть только у двухатомных и многоатомных газов и именно эти типы энергий вызывают увеличение коэффициентов в выражении внутренней энергии, а энергия именно поступательного движения молекул для любого типа газа выражается именно через коэффициент 3/2 .

Итак, для суммы кинетических энергий поступательного движения всех молекул нескольких молей произвольного газа, нужно использовать выражение с коэффициентом 3/2 :

— формула [1]

Полное число молекул в нескольких молях газа вычисляется, как:

— формула [2]

Разделим общую кинетическую энергию поступательного движения молекул в нескольких молях газа на полное число этих молекул и получим как раз кинетическую энергию поступательного движения одной молекулы:

, и подставляя сюда выражения для и из [1] и [2], получим:

.

Здесь учтено, что: , где R – универсальная газовая постоянная, – число Авогадро, а Дж/К – коэффициент Больцмана.

Итак: .

И нужно ещё учесть, что температура T в Кельвинах выражается через температуру в Цельсиях, как: , тогда:

.

Конечный расчёт даст, что:

Дж Дж =

Дж.

ОТВЕТ ***

Дж.

В вашем случае все рассуждения аналогичны, а численный ответ получится почти точно на 90% больше.

Вотличие от механики, которая изучает движение отдельных частиц или тел под действием различных сил, молекулярная имеет дело со свойствами вещества. как показывает опыт, всякое вещество состоит из большого числа отдельных микроскопических частиц — атомов и молекул, которые взаимодействуют между собой и находятся в непрестанном движении. такая система частиц называется макроскопической. можно выделить три наиболее характерных состояния, в которых может находиться вещество, — твердое, жидкое и газообразное. свойство тела находиться в одном из этих состояний есть его макроскопическое свойство, не зависящее от свойств отдельных частиц, образующих тело. например, железо может существовать в кристаллическом состоянии (в виде твердого тела) или пребывать в расплавленном состоянии (в виде жидкости), или испаряться в виде газа, хотя при переходе из одного состояния в другое с самими атомами железа не происходит никаких изменений. макроскопическими являются также свойства вещества по отношению к внешним воздействиям, например, сжимаемость. другими словами, макроскопические свойства — это свойства тела, рассматриваемые без учета его внутренней структуры. молекулярной — объяснение и изучение макроскопических свойств вещества исходя из известных микроскопических взаимодействий между отдельными составляющими его частицами. простейшее взаимодействие между частицами — обычное механическое столкновение, но взаимодействия могут быть и более сложными. с этой точки зрения рассмотрим существование твердого, жидкого и газообразного состояний. из механики известно, что положение частицы в пространстве характеризуется ее потенциальной энергией u(r), минимум которой отвечает положению устойчивого равновесия. величина ее кинетической энергии t служит мерой движения частицы. таким образом, в зависимости от соотношения между величинами потенциальной и кинетической энергий частица будет или «привязана» к определенной области пространства, или совершать свободное движение.

Математическое решение задачи. По условию задачи дано: Путь S (указана как некоторая дистанция, поэтому для удобства решения задачи выбираем любое чилсо, не важно, важно чтобы по ходу решения задачи это число не менялось). Пусть S=60 км. Vср=20км/ч. Найдём время t=s/v. t=60/20. t=3ч. Вторую половину пути т.е. 30км проехали со скоростью Vср=30км/ч. Значит t=30/30. t=1ч. Отсюда т.к. на весь путь было потрачено 3ч, а на вторую половину пути 1ч, следует, что на первую половину он потратил 2ч. Имея путь S=30км(первая половина пути) и время t=2ч, найдём скорость v=30/2. V=15км/ч. ответ: средняя скорость велосипедиста на первой половине пути составила 15км/ч.