Портал функционирует при финансовой поддержке Федерального агентства по печати и массовым коммуникациям.

Страницы: Пред. 1 2 3 4 5 ... 10 След.
RSS
[ Закрыто ] Кто может объяснить опыт, описанный в учебнике?, Требуется объяснение согласно официальной физики
Цитата
Юрий Сопов пишет:

Вот и требуется ответ на следующий вопрос.  
Что именно, движение чего, в результате открытии крана заставляет молекулы газа в сосуде А двигаться медленнее, а в сосуде Б быстрее?
Если есть ответ, покажите его. Если нет, то и это (молчание) ответ.  
В объеме газа молекулы двигаются с разными скоростями, от нуля до ну очень большой. МКТ говорит, давление газа на стенки зависит
от кинетической энергии молекул и от количества молекул, ударяющих в единицу площади стенки. Если давление мы знаем,
количество молекул на единицу площади известно, то поделив  давление на число молекул, мы получаем среднюю кинетическую энергию молекул.
Отсюда и средняя скорость. Подогревая этот газ, мы увеличиваем давление газа, средняя скорость повышается.
Температура газа, зависит от столкновений молекул. При одном и том же количестве молекул, но в разных объемах, температура газа разная,
за счет того, что молекулы в меньшем объеме сталкиваются чаще. Например в цилиндре Дизеля. При расширении, число столкновений меньше, потому и создаваемое количество тепла меньше. Но молекулы (атомы) непрерывно отдают тепло излучением, потому в общей массе температура понижается.
Современна наука говорит о том, что энергия молекул складывается из кинетической энергии молекул и энергии тепловых колебаний атомов.
Вот это-то тепло и уходит с тепловым излучением. При циклическом процессе, воздух превращается в жидкость. С много меньшими тепловыми колебаниями атомов.
Изменено: Михаил Певунов - 19.04.2011 09:34:32
Операцией «откачивание» можно получить только более разряжённый газ. И не более того.
А любой газ должен и имеет температуру."
Цитата

CASTRO
С точки зрения МКТ понятие температуры системы имеет смысл лишь если длина свободного пробега много меньше размеров системы.
Во-первых, «много» - это сколько конкретно? Где конкретная граница между газом и тем количеством молекул газа в пространстве, которое к газу уже не относится. И самое главное – ПОЧЕМУ? Из каких причин это установили? Потому, что это так согласуется с логикой МКТ?
И далее. Поместите в такое пространство температурный датчик. Что он должен показывать? Отсутствие температуры? То есть, элементы материи в пространстве есть, а температуры по МКТ у них нет!?! Нонсенс!!!  ;)
А что на самом деле показывает?
Хоть сам я и не мерил, но уверен, что со временем (т.е. в установившемся режиме) он должен и будет показывать ту же температуру, что и снаружи. У Вас есть иные данные?
А если датчик и в сильно разряженном газе показывает температуру, то это значит, что она там есть, а МКТ не вписывается в реалии природы. А об этом и речь.






Цитата

Михаил Певунов
Температура газа, зависит от столкновений молекул. При одном и том же количестве молекул, но в разных объемах, температура газа разная,
за счет того, что молекулы в меньшем объеме сталкиваются чаще.
Не ставьте телегу впереди лошади.
Столкновения это следствие. От количества столкновений скорость не меняется. В сосуде А столкновений по МКТ больше, а температура такая же как в и Б. Значит не в самом количестве причина.
С увеличением скорости, да (!), количество столкновений по МКТ должно увеличиться. Но, об том и вопрос – что именно является причиной изменения скорости молекул в обоих баллонах. А именно на этот вопрос у Вас ответа и нет. :D
Цитата
Юрий Сопов пишет:
В учебнике Сивухин Д. В. Общий курс физики: Учеб. пособие: Для вузов. В 5 т.
Т. П. Термодинамика и молекулярная физика. — 5-е изд., испр. — М.:
ФИЗМАТЛИТ, 2005. - 544 с. описывается такой опыт, поставленный ещё Гей- Люссаком.
«Два медных сосуда А и В одинаковых объемов (рис. 17) были соединены трубкой с краном С. Сосуд А был наполнен воздухом, сосуд В — откачан. При открытии крана С воздух из А устремлялся в В. Гей- Люссак наблюдал, что температура воздуха в А несколько понижалась, а, в В — повышалась.»

ОБЪЯСНЯЮ

Данный опыт относится к так называемому "расширению газа в пустоту". Его объяснять надо  очень аккуратно, поскольку здесь имеется несколько "подводных камней". (Аналогичный опыт проводил Джоуль, который оба сосуда помещал в воду, обнаруживший, что в вода в итоге температуру не изменила.)

1)  Следует различать термодинамическое объяснение конечного результата опыта и промежуточных. Дело в том, что классическая термодинамика верна только для очень медленных (так называемых квазистатических) процессов, которые происходят со скоростями, много меньшими тепловой скорости движения молекул. В нашем же случае как только мы откроем кран, газ буквально бросится в пустой сосуд со скоростью порядка тепловой скорости молекул и даже еще быстрее, потому что в газе есть отдельные молекулы, скорость которых намного больше тепловой. А тут термодинамика просто неверна. Процесс неквазистатический. Посмотрим, что будет с точки зрения МКТ.

Напомню, что температура газа определяется средней скоростью молекул. Тогда, в самом начале, сразу после открытия крана, в пустой сосуд В ворвутся больше быстрых молекулы из А, чем медленных. В результате средняя энергия молекул и температура в В будет выше исходной в сосуде А; а сосуде А,  который потерял эти самые быстрые молекулы, будет температура ниже, чем исходная. Вот этот момент и зафиксировал Гей-Люссак.. Собственно, на этом можно было бы закончить объяснение, однако надо объяснить фразу Сивухина, что понижение температуры связано и с работой. Об этом подробно ниже.

2) Важный момент, после установления равновесия Гей-Люссак и Джоуль выяснили, что температура станет опять той-же, что и в начале в А. Гей-Люссак на это внимания не обратил, а вот Джоуль из этого вывел закон своего имени : "Внутренняя энергия газа не зависит от объема". Термодинамика идеального газа очень просто объясняет этот эффект. Записываем первый закон термодинамики. Количество теплоты Q, подведенное к газу, идет на увеличение его внутренней энергии ΔU и на работу по расширению А:
Q = ΔU + A
Q = 0 - процесс адиабатический из-за быстроты
А = 0 - газ расширяется в пустоту не встречая сопротивления
Следовательно ΔU = 0, а значит Т1 = Т2.

3) Однако, еще более важный момент! Опыты Джоуля и Гей-Люссака дают неверный конечный результат из-за низкой точности (теплоемкость сосудов значительно больше теплоемкости газа). На самом деле работа при расширении газа в пустоту для реальных газов не равна 0. Дело в том, что у реальных газов, в отличие от идеального, имеется взаимодействие между молекулами. Поэтому при расширении реального газа необходимо совершить работу по раздвиганию молекул на большее среднее расстояние. Поскольку тепло не подводится, то работа по раздвиганию молекул происходит за счет их кинетической энергии. В результате этой работы средняя кинетическая энергия молекул и температура газа уменьшаются. Вот об этом и говорит Сивухин, забегая вперед.

Об этом можно прочитать в параграфах, посвященных эффекту Джоуля-Томсона (Кельвина), в частности, для реальных газов в разделе про газ Ван-дер-Ваальса. Там сказано о всех нюансах.

В заключение можно сказать, что Сивухин сделал методический недочет, приведя совершенно ненужную информацию о промежуточном повышении температуры в В в опыте Гей-Люссака, но не дав полного объяснения этого. Поскольку совершение работы к этому отношения не имеет.
Цитата
Юрий Сопов пишет:
Операцией «откачивание» можно получить только более разряжённый газ. И не более того.
А любой газ должен и имеет температуру."

Цитата  
CASTRO
С точки зрения МКТ понятие температуры системы имеет смысл лишь если длина свободного пробега много меньше размеров системы.

Во-первых, «много» - это сколько конкретно? Где конкретная граница между газом и тем количеством молекул газа в пространстве, которое к газу уже не относится  

Если вы откроете физическую энциклопедию, то прочитаете:
Цитата
ГАЗ - агрегатное состояние вещества, в к-ром составляющие его атомы и молекулы почти свободно и хаотически движутся в промежутках между столкновениями, во время к-рых происходит резкое изменение характера их движения. Время столкновения молекул в Г. значительно меньше ср. времени их пробега.

Если времена перевести на пробег, то получится, что длина свободного пробега должна быть много больше расстояний между молекулами. А требование большого числа молекул приведет к тому, что написал Кастро.

А вот сколько конкретно много сказать нельзя. Дело в том, что природа не делает резких границ. Поэтому конкретное "много" относится к возможности чем-то пренебречь в формулах и определяет точность получения результата. Кстати, вы в курсе, что нет, например, резкой границы параметров, отделяющих твердое от жидкого, а жидкое от газа?

Температура, вообще говоря, сложный параметр и с ним надо оперировать осторожно. В частности в кинетической теории газов он определяет распределение частиц, например, распределение Максвелла. Замечу, что строгая кинетическая теория газов, плазмы в частности, и строится именно на основе функций распределения.
Изменено: Alexpo - 23.04.2011 21:35:08
Цитата
Alexpo пишет:
Напомню, что температура газа определяется средней скоростью молекул. Тогда, в самом начале, сразу после открытия крана, в пустой сосуд В ворвутся больше быстрых молекулы из А, чем медленных. В результате средняя энергия молекул и температура в В будет выше исходной в сосуде А; а сосуде А, который потерял эти самые быстрые молекулы, будет температура ниже, чем исходная. Вот этот момент и зафиксировал Гей-Люссак.

Селекция по скорости, забегание болеее быстрых молекул вперед, в переднем фронте  газа конечно есть, особенно если он расширяется в пустоту, когда длина свободного пробега молекул соизмерима с размерами сосуда, что справедливо лишь только в начальный момент заполнения.  Исходя из Вашей логики, если краник по меньше открыт, то и разница температура  между баллонами будет меньше? И как только Гей-Люссак и Джоуль  не обратили на это внимания, олухи  какие-то. А «змеевик»  вообще должен  все быстрые и медленные молекулы пере мешать  и температура по Вашему тоже должна  меньше измениться ?  :)

Цитата
Alexpo пишет:
Поэтому при расширении реального газа необходимо совершить работу по раздвиганию молекул на большее среднее расстояние.

Зачем так скромничать, эту фразу надо написать тем же шрифтом, которым Вы написали свое «ОБЪЯСНЯЮ».  Это же не просто маленькая поправка классиков, это новое понимание  МКТ, поправьте если я не прав . Оказывается работа при расширение и сжатие газов в опыте Гей-Люссака идет исключительно на преодолевания сил  Ван-дер-Ваальса. А я то, думал, что  это всего лишь некоторая поправка, а сам процесс сжатия и расширение и есть работа, только с разным знаком. Вам надо поработать над Ландау, вот где широкое поле деятельности для Вас,  типа «Ландау конкретно, по понятием.». :D
Изменено: Варкад - 24.04.2011 16:20:28
Цитата
Хоть сам я и не мерил, но уверен, что со временем (т.е. в установившемся режиме) он должен и будет показывать ту же температуру, что и снаружи. У Вас есть иные данные?
Да бросьте Вы. Неужели Вы не разу не трогали кислородный балон со ста атмосферами и с одной атмосферой давления. Неужели, не обратили внимания, что температура баллонов одинакова.

Цитата
Не ставьте телегу впереди лошади.
Столкновения это следствие. От количества столкновений скорость не меняется. В сосуде А столкновений по МКТ больше, а температура такая же как в и Б. Значит не в самом количестве причина.
С увеличением скорости, да (!), количество столкновений по МКТ должно увеличиться. Но, об том и вопрос – что именно является причиной изменения скорости молекул в обоих баллонах. А именно на этот вопрос у Вас ответа и нет
Надеюсь Алекспо Вам авторитетно объяснил, что воздух под давлением, попадая в пустой балон, охлаждается, теплый медный шар, отдает ему свое тепло,       забирая тепло, в свою очередь, из окружающей среды. Так что, этот вопрос  снят.
Давление есть следствие ударов молекул о стенки сосуда. Если в сосуде молекул в два раза больше, то при одинаковой средней скорости молекул и температуре, давление будет в два раза больше.
Берём 50-ти литровый кислородный баллон.   Плотность кислорода 0,0014 г/см³ = 1,4 г/литр.
В баллоне 50 литров, то есть 70 гр. Закачиваем в баллон  в двести раз больше, это 14 кг.  При этом температура баллона скоро сравняется с пустым баллоном.   Можете проверить.  Давление по манометру 200 атмосфер, вес на  14 кг больше. Кто таскал кислородные баллоны, тот подтвердит.
Это значит (по МКТ), что средняя скорость молекул не меняется.  Если перепустить половину газа по второй баллон, то поверхность давления увеличится в два раза, количество и скорость молекул не изменится, но давление ( количество импульсов не единицу площади) уменьшится в два раза.
С чего Вы решили, что средняя скорость должна меняться?
Средняя скорость повышается с повышением температуры, соответственно повышается давление. Бросьте кислородный баллон в костер. При температуре
+ 373С, давление будет около 400 атм. Баллон рванет. При понижении температуры средняя скорость понижается, давление понижается.
Тепловая энергия атомов излучается в виде тепловых волн, соответственно, и поглощается. Если окружающий тепловой фон меньше излучаемый атомами тепловой энергии, то тепловая энергия атомов уменьшается. Импульс столкновений уменьшается и средняя скорость уменьшается.
Ничего нового, чем изложено в научной литературе, я не предлагаю.
Изменено: Михаил Певунов - 24.04.2011 19:51:40
Цитата
Варкад пишет:
что справедливо лишь только в начальный момент заполнения

Именно об этом я и написал. Вы хоть прочитали внимательно мой пост ? Вы хоть сами поняли на что возражаете?

Цитата
Варкад пишет:
Исходя из Вашей логики, если краник по меньше открыт, то и разница температура между баллонами будет меньше? И как только Гей-Люссак и Джоуль не обратили на это внимания, олухи какие-то. А «змеевик» вообще должен все быстрые и медленные молекулы пере мешать и температура по Вашему тоже должна меньше измениться ?  

Какой моей логикой вы недовольны? Я объяснял повышение температуры в В сразу после открытия крана, отмеченное Гей-Люссаком. У вас есть другое объяснение? Приведите.
Я бы не стал говорить об олухах, как вы. Но в истории неизвестно, чтобы Гей-Люссак обнаружил понижение температуры в баллоне В и сделал из этого опыта выводы. Не обнаружил этого и Джоуль в своих первых опытах. Эта ошибка позволила ему сформулировать закон Джоуля (выполняется только для идеального газа): "Внутренняя энергия газа зависит только от температуры и не зависит от объема."
http://www.femto.com.ua/articles/part_1/0995.html

Если вы совершили открытие и нашли новые, неизвестные науке факты, поделитесь.

Как я написал, изменение температуры у реальных газов  при расширении было обнаружено позднее в опытах Джоуля и Томпсона (одноименный эффект). Там возможно, как повышение, так и понижение температуры. Для большинства газов, в том числе и воздуха, при нормальных условиях будет понижение температуры.

Цитата
Варкад пишет:
Зачем так скромничать, эту фразу надо написать тем же шрифтом, которым Вы написали свое «ОБЪЯСНЯЮ». Это же не просто маленькая поправка классиков, это новое понимание МКТ, поправьте если я не прав . Оказывается работа при расширение и сжатие газов в опыте Гей-Люссака идет исключительно на преодолевания сил Ван-дер-Ваальса. А я то, думал, что это всего лишь некоторая поправка, а сам процесс сжатия и расширение и есть работа, только с разным знаком. Вам надо поработать над Ландау, вот где широкое поле деятельности для Вас, типа «Ландау конкретно, по понятием.».  

Вы думаете неверно. А я скромничаю, поскольку все это уже давно установлено, объяснено и включено в учебники. Смотрите учебник Сивухина. Не нравятся отечественные авторы, возьмите, например, Зоммерфельда "Термодинамика и статистическая физика" (он лучше Сивухина в смысле физичности). Если вы впервые об этом услышали от меня, то это уже ваши проблемы. Так что поберегите свой сарказм для себя.

При расширении идеального газа (т.е. без взаимодействия молекул) в ПУСТОТУ работа не совершается, поскольку работа связана с силой, которая при этом отсутствует. Об этом в учебнике написано много раз, только вы этого не поняли. Разъясняю. В учебнике неоднократно написано, что эффект Джоуля-Томсона отсутствует для идеального газа, т.е. температура газа не меняется при расширении. Т.е ΔU=0, учитываем Q = 0 (процесс адиабатический из-за быстроты ) и из первого начала Q = ΔU + A  получаем работу А = 0.

А вот при наличии взаимодействия появляются силы и работа. Кстати, проанализируйте формулу для эффекта Д-Т в газе Ван-дер-Ваальса и увидите, что понижение температуры возможно только при достаточно большом значении параметра а, связанного с взаимодействием молекул.

Не путайте расширение в пустоту с расширением, связанным с движением поршня. Это принципиально разные процессы.

Судя по вашему знанию термодинамики, это вам следует поработать над трудами великого физика Ландау.
Цитата
Варкад пишет:
а сам процесс сжатия и расширение и есть работа, только с разным знаком.

Кстати , подумайте над таким простым фактом. В указанном опыте при Т=300К воздух при расширении охладится, а водород нагреется.

Как это соотносится с вашим представлением о работе.
Цитата

Варкад пишет:
Исходя из Вашей логики, если краник по меньше открыт, то и разница температура между баллонами будет меньше? И как только Гей-Люссак и Джоуль не обратили на это внимания, олухи какие-то. А «змеевик» вообще должен все быстрые и медленные молекулы пере мешать и температура по Вашему тоже должна меньше измениться ?

Alexpo пишет:
Какой моей логикой вы недовольны? Я объяснял повышение температуры в В сразу после открытия крана, отмеченное Гей-Люссаком. У вас есть другое объяснение? Приведите.
Лучшая защита, это нападение. На вопрос, лучше всего отвечать вопросом. С риторикой у Вас все нормально, но на мой взгляд, такая риторика, здесь не совсем уместно, не на базаре. Я с удовольствием постараюсь ответить  на все Ваши вопросы, но для начало мне бы самому хотелось бы услышать ответы на мои уже заданные вопросы-про «змеевик» и краник. Для простоты,будем считать, что сосуды, краник,  соединительный шланг и даже «змеевик», имеет нулевую теплоемкость и нулевую теплопроводимость, если конечно не возражаете.
Как-то все сложно у вас. При сжатии газ работы не совершает. Работу совершает внешний источник, например, человек нажимающий на педаль насоса с силой F и перемещающий поршень на расстояние L. Затем, при отпущенной педали, газ будет совершать работу и переместит поршень с силой F на расстояние L. Разумеется F величина переменная. При отсутствие тепловых потерь, после сжатия и расширения, объем и температура возвращаются в исходное положение.
Тут главное, чтобы горячий воздух не потерял тепло. Если мы воздух в насосе при 20С сожмем и получим 55 С, а затем охладим  насос до 20С, то на выходе получим -15С. Именно по этому принципу работают простейшие холодильники.
Существуют такие схемы. Дизель через компрессор сжимает воздух, сжатый воздух подают в другой дизель в два цилиндра из четырех. Он крутит сам себя и заводится.
Если повторить опыт Джоуля-Томпсона и допустить потерю тепла сжатого воздуха (а процесс у них был длительный), то и получим их эффект. Что касается водорода, то и жидкий водород получают точно по такой же схеме:  компрессор - холдильник - рессивер.(сжатие - охлаждение - расширение). Но везде говорится, что МКТ не работает на всем диапазоне параметров.
Изменено: Михаил Певунов - 25.04.2011 03:29:39
Страницы: Пред. 1 2 3 4 5 ... 10 След.
Читают тему (гостей: 1, пользователей: 0, из них скрытых: 0)

Кто может объяснить опыт, описанный в учебнике?