Режим тренировки Edu
Баллы скрыты. Решайте по частям: открывайте подсказки и ответ только когда застряли, отмечайте решённое.Таблицы физических характеристик различных веществ содержат много полезной информации. Значения этих характеристик, на первый взгляд, кажутся случайными и хаотичными. Однако, среди них имеются определенные закономерности (хотя и приближенные). В данной задаче вам требуется исследовать связь между температурой кипения и удельной теплотой испарения.
1.1 Качественно объясните, по каким физическим причинам может существовать связь между температурой кипения и теплотой испарения. Каков должен быть характер этой зависимости?
Подумай, какую роль играет энергия связи между частицами и кинетическая энергия при моменте перехода в пар: что должно возместить потерю связи при испарении?
Свяжи температуру кипения и теплоту испарения через энергию связи на одну частицу (или на 1 моль): сильнее связанные частицы требуют больше энергии на испарение и достигают более высокой температуры кипения.
- Определи, какая энергия требуется для «освобождения» одной частицы из жидкости и как она связана с теплотой испарения.
- Свяжи эту энергию с характерной кинетической энергией частиц при данной температуре кипения.
- Сравни зависимость энергии связи от величины температуры кипения для разных металлов.
- Сделай вывод о характере зависимости между
и (монотонно возрастающая/убывающая и почему).
1.1 Для того, чтобы жидкость испарялась, ей необходимо сообщать теплоту – эта энергия затрачивается на преодоления сил межмолекулярного притяжения молекул в жидком состоянии. Чем сильнее связь между молекулами, тем большую энергию необходимо сообщить молекуле. Отдельная молекула преодолевает притяжение других молекул благодаря своей кинетической энергии (которая пропорциональна температуре). Поэтому чем сильнее связь между молекулами, тем выше должна быть теплота испарения и температура кипения. Следовательно, с ростом температуры должна возрастать и теплота испарения.
| Металл | Символ | Атомная масса |
Температура кипения, |
Удельная теплота испарения |
Молярная теплота испарения, |
|---|---|---|---|---|---|
| Алюминий | Al | 27,0 | 2056 | 10,8 | 291,4 |
| Вольфрам | W | 183,9 | 5910 | 4,96 | 912,0 |
| Железо | Fe | 55,85 | 3200 | 6,09 | 340,0 |
| Золото | Au | 197,2 | 2966 | ? | |
| Калий | K | 39,1 | 760 | 2,05 | 80,2 |
| Магний | Mg | 24,3 | 1107 | 5,26 | 127,8 |
| Медь | Cu | 63,54 | 2600 | 4,8 | 305,0 |
| Олово | Sn | 118,7 | 2270 | 2,28 | 270,6 |
| Платина | Pt | 195,1 | 4530 | 2,41 | 470,2 |
| Ртуть | Hg | 200,6 | 356 | 0,29 | 58,2 |
| Свинец | Pb | 207,2 | 1725 | 0,86 | 178,2 |
| Серебро | Ag | 107,9 | 2163 | 2,36 | 254,6 |
| Цинк | Zn | 65,4 | 913 | 1,76 | 115,1 |
1.2 Используя данные Таблицы 1 попытайтесь установить функциональную связь (хотя бы приближенную) между приведенными характеристиками металлов. Проиллюстрируйте установленную связь графически.
1.2 Если нанести на диаграмму значения температуры кипения и удельной теплоты испарения, то никакой зависимости не просматривается (Рис. 1)
Однако если рассматривать теплоту испарения, приходящуюся на одну молекулу (или что равносильно на 1 моль – молярная теплота испарения
Рис. 2
График этой примерной зависимости может быть описан простой формулой
где
Данная зависимость может быть аппроксимирована и более точными формулами.
1.3 Используя полученную зависимость установите примерное значение удельной теплоты испарения золота.
Используй полученную аппроксимацию молярной теплоты испарения и температуру кипения золота, чтобы оценить его удельную теплоту испарения.
Подставь температуру кипения золота в найденную зависимость
- Возьми значение
для золота из таблицы. - Подставь это значение в аппроксимирующую функцию для
и найди оценку для золота. - Раздели получившееся
на молярную массу золота, чтобы получить удельную теплоту . - Вырази искомое
для золота из полученной системы преобразований.
1.3 По графику можно приблизительно оценить молярную теплоту испарения золота
Тогда оценка удельной теплоты испарения
Заметим, что экспериментальное значение это величины равно
2.1 Постройте график зависимости удельной теплоты испарения воды от температуры.
2.1 График зависимости удельной теплоты испарения от температуры показан на рис. 3.
2.2 Качественно объясните полученную зависимость. Найдите примерную формулы, описывающую зависимость теплоты испарения от температуры.
Задумайся, как меняются силы взаимодействия и плотность жидкости с ростом температуры и как это сказывается на энергии, нужной для испарения.
Качественно объясни снижение
- Опиши физически, почему при повышении температуры уменьшается удельная теплота испарения (изменение межмолекулярных взаимодействий и плотности).
- Выбери вид аппроксимации (линейный) и выполни её по табличным данным методом удобного выбора точек или регрессии.
- Оцени параметры аппроксимации
и и проверь качество приближения на всех точках. - Запиши окончательную приближённую формулу
и вырази параметры этой формулы из полученной системы.
2.2 С ростом температуры незначительно возрастает расстояние между молекулами, в следствие чего уменьшается энергия их взаимодействия и соответственно удельная теплота испарения. Построенную зависимость приближенно можно описать линейной функцией
Похожие задачи
Водная феерия
В сосуде под крышкой находится перегретая вода, находящаяся при температуре
Задача 10-3
Задача 3 «Вода и пар»*
Напомним некоторые физические свойства воды:*
• молярная масса
• плотност …
Задача 9-1
В большой теплоизолированный сосуд, содержащий
Физика на кухне
Нагреватель электрочайника находится внутри воды, поэтому все теплота, выделяемая нагревателем, идет на нагрев воды и корпуса чайника. Обозначим …
У Р Б П ≈2/5 Т1
Подобие и размерность
В теории подобия для того, чтобы установить связь между “подобными” физическими явлениями, необходимо, для данного конкретного явления, найти …
У Р Б П ≈2/5 Т1
Разминка
Это задание состоит из 3 не связанных между собой задач.
Задача 1.1 «Низкотемпературный тепловой контакт»
Теплоемкости веществ могут зависеть от …