Тиманюк В.А., Животова Е.Н. Биофизика

Подождите немного. Документ загружается.

131

Ïðèíèìàÿ âî âíèìàíèå ìàëûé èíòåðâàë ñêîðîñòåé, ìîæíî äëÿ ðàñ÷å-

òà ñðåäíåãî ÷èñëà ìîëåêóë âîñïîëüçîâàòüñÿ ïðèáëèæåííîé ôîðìóëîé:

exp( )NNu uu∆= −∆

ãäå ∆N — ÷èñëî ìîëåêóë, ñêîðîñòè êîòîðûõ íàõîäÿòñÿ â èíòåðâàëå îò v

äî v

; N — îáùåå ÷èñëî ÷àñòèö â ñîñóäå

NnV=

;

()/2vv

— îòíîñè-

òåëüíàÿ ñêîðîñòü;

2RT

— íàèáîëåå âåðîÿòíàÿ ñêîðîñòü ìîëåêóë;

−

∆=

— èíòåðâàë îòíîñèòåëüíûõ ñêîðîñòåé, ìàëûé ïî ñðàâíåíèþ ñî

ñêîðîñòüþ u.

Ïðèíèìàÿ âî âíèìàíèå, ÷òî ìîëÿðíàÿ ìàññà ôåíàöåòèíà 179•10

–3

êã/ìîëü,

V = 0,5•10

–3

, T = 300 Ê è ïîäñòàâëÿÿ ÷èñëåííûå äàííûå, ïîëó÷àåì

N = 10

•0,5•10

–3

= 5•10

;

28,31300

179 10

−

⋅⋅

⋅

= 167 ì/ñ;

(200 210) / 2

167

= 1,23;

210 200

167

−

∆=

= 0,06,

òîãäà

16 2 2 15

5 10 1,23 exp( 1,23 ) 0,06 2,26 10N∆= ⋅ ⋅ − ⋅ = ⋅

Çàäà÷à 4.3. Ïðè ïðåññîâàíèè òàáëåòîê àñïèðèíà C

ìàññîé

m = 0,5 ã èõ òåìïåðàòóðà âîçðàñòàåò íà ∆t = 20 °Ñ. Ñ÷èòàÿ ìîëÿðíóþ òåï-

ëîåìêîñòü àñïèðèíà ïîñòîÿííîé è ðàâíîé C

= 20R, îïðåäåëèòå ðàáîòó

ïðåññîâàíèÿ. Âû÷èñëèòå ýíåðãèþ W, íåîáõîäèìóþ äëÿ ðàáîòû ïðåññà çà

ñìåíó (t = 8 ÷), åñëè åãî ïðîèçâîäèòåëüíîñòü ðàâíà 10 000 òàáëåòîê â ÷àñ,

à ÊÏÄ ïðåññà ñîñòàâëÿåò η = 80 %.

Ðåøåíèå. Ïðè ïðåññîâàíèè ïðàêòè÷åñêè âñÿ ðàáîòà ïðåâðàùàåòñÿ â òåï-

ëîòó, òî åñòü Q ≈ A, îòêóäà ñëåäóåò, ÷òî

ACmT=∆,

ãäå C

— óäåëüíàÿ òåïëîåìêîñòü.

Âû÷èñëèì óäåëüíóþ òåïëîåìêîñòü ïî ôîðìóëå

ãäå C

— ìîëÿðíàÿ òåïëîåìêîñòü.

Ïðàêòè÷åñêèå è òåñòîâûå çàäàíèÿ

132

Òàêèì îáðàçîì ðàáîòà, ñîâåðøàåìàÿ ïðè ïðåññîâàíèè îäíîé òàáëåòêè,

AmT

=∆.

Ðàáîòà, ïðîèçâîäèìàÿ ïðåññîì çà ñìåíó,

см

ANtANtmT

== ∆,

ãäå N — ïðîèçâîäèòåëüíîñòü ïðåññà; t — äëèòåëüíîñòü ñìåíû.

Ýíåðãèÿ, íåîáõîäèìàÿ äëÿ ðàáîòû ïðåññà, ñîñòàâëÿåò

см

NtC m T

∆

ηη

Ïðèíèìàÿ âî âíèìàíèå, ÷òî ìîëÿðíàÿ ìàññà àñïèðèíà

M =180•10

–3

êã/ìîëü, m = 0,5•10

–3

êã, ∆t = ∆T = 20 K è ïîäñòàâëÿÿ

÷èñëåííûå äàííûå, ïîëó÷àåì:

/( )

10000 ч 8 ч 20 8,31 Дж моль К 0,5 10 кг 20 К

180 10 кг моль 0,8

−−

−

⋅⋅⋅ ⋅⋅⋅ ⋅

⋅⋅

= 0,923•10

Äæ = 0,923 ÌÄæ.

Çàäà÷à 4.4. Â òåïëîèçîëèðîâàííîì ñîñóäå ïðè òåìïåðàòóðå 800 Ê íà-

õîäèòñÿ ν = 1 ìîëü óãëåêèñëîãî ãàçà è ν = 1 ìîëü âîäîðîäà. Ïðîèñõîäèò

õèìè÷åñêàÿ ðåàêöèÿ:

+ H

= CO + H

O – 40,1 êÄæ/ìîëü.

Âî ñêîëüêî ðàç âîçðàñòåò äàâëåíèå â ñîñóäå ïîñëå îêîí÷àíèÿ ðåàê-

öèè?

Ðåøåíèå. Äî ðåàêöèè äàâëåíèå â ñîñóäå ðàâíÿëîñü ñóììå ïàðöèàëü-

íûõ äàâëåíèé ÑÎ

è Í

, òî åñòü

νν ν

=+= + =

CO H

11 1

RT RT RT

pp p

VV V

ãäå ν — êîëè÷åñòâî âåùåñòâà ÑÎ

è Í

; T

— òåìïåðàòóðà äî ðåàêöèè; V —

âìåñòèìîñòü ñîñóäà.

Äëÿ îïðåäåëåíèÿ äàâëåíèÿ ïîñëå ðåàêöèè íåîáõîäèìî ó÷åñòü òåïëî-

åìêîñòè ãàçîâ è òî, ÷òî ïðîöåññ ïðîèñõîäèò ïðè ïîñòîÿííîì îáúåìå, òî

åñòü

()

µµ µ



ν=ν⋅ +ν⋅ + −



VHO VCO1()2() 21

QC C TT

ãäå Ò

— òåìïåðàòóðà ïîñëå ðåàêöèè;

VHO()

VCO()

— ñîîòâåòñòâóþùèå

ìîëÿðíûå òåïëîåìêîñòè âåùåñòâ ïðè ïîñòîÿííîì îáúåìå; Q

— êîëè-

÷åñòâî òåïëîòû, âûäåëèâøåéñÿ ïðè ðåàêöèè. Èç ýòîãî ñîîòíîøåíèÿ ñëå-

äóåò, ÷òî ïîñêîëüêó ν

= ν

, òî

Ãëàâà 4. Ìîëåêóëÿðíàÿ ôèçèêà è òåðìîäèíàìèêà

133

µµ

=−

VHO VCO

() ()

Ìîëåêóëû ÑÎ èìåþò òðè ïîñòóïàòåëüíûå è äâå âðàùàòåëüíûå ñòåïå-

íè ñâîáîäû, è, ñëåäîâàòåëüíî,

VCO()

, ìîëåêóëû Í

Î èìåþò òðè

ïîñòóïàòåëüíûå è òðè âðàùàòåëüíûå ñòåïåíè ñâîáîäû, òî åñòü

VHO()

3CR

, è, ñëåäîâàòåëüíî,

Ïðèíÿâ âî âíèìàíèå òî, ÷òî â ïðîäóêòàõ ðåàêöèè îáðàçóþòñÿ ãàçû,

êîëè÷åñòâî êîòîðûõ îäèíàêîâî, ìîæåì çàïèñàòü:

νν ν

=+= + =

HO CO

22 2

RT RT RT

pp p

VV V

Îòíîøåíèå äàâëåíèé ðàâíî

11 1

pT RT

==+

Ïîäñòàâëÿÿ ÷èñëåííûå çíà÷åíèÿ Q

= 40,1•10

Äæ/ìîëü, èìååì:

240,110

12,1.

11 8, 31 800

⋅⋅

=+ =

⋅⋅

Çàäà÷à 4.5. Âû÷èñëèòå ñðåäíþþ äëèíó ñâîáîäíîãî ïðîáåãà λ, ñðåäíåå

âðåìÿ τ ìåæäó äâóìÿ ïîñëåäîâàòåëüíûìè ñòîëêíîâåíèÿìè è ñðåäíåå ÷èñ-

ëî ñòîëêíîâåíèé ν â åäèíèöó âðåìåíè ìîëåêóë õëîðîôîðìà ÑÍCl

ïðè

íîðìàëüíûõ óñëîâèÿõ. Ýôôåêòèâíûé äèàìåòð ìîëåêóë õëîðîôîðìà ðàâåí

0,46 íì.

Ðåøåíèå. Äëÿ ãàçîâ ñðåäíÿÿ äëèíà ñâîáîäíîãî ïðîáåãà ðàâíà:

2 dn

λ=

ãäå d — ýôôåêòèâíûé äèàìåòð ìîëåêóë; ï — êîíöåíòðàöèÿ ìîëåêóë.

Êîíöåíòðàöèþ ìîëåêóë âûðàçèì èç ôîðìóëû (4.1.25)

è ïîäñòàâèì â âûðàæåíèå äëÿ λ:

λ=

Ïðàêòè÷åñêèå è òåñòîâûå çàäàíèÿ

134

Òîãäà ïðè íîðìàëüíûõ óñëîâèÿõ (T = 273 Ê; ð = 101325 Ïà) ñðåäíÿÿ äëè-

íà ñâîáîäíîãî ïðîáåãà ìîëåêóë õëîðîôîðìà ñîñòàâèò

1,38 10 273

410

2 (0,46 10 ) 101325

−

⋅⋅

λ= = ⋅

π⋅

ì.

Ñðåäíåå âðåìÿ ìåæäó äâóìÿ ïîñëåäîâàòåëüíûìè ñòîëêíîâåíèÿìè ìî-

ëåêóë îïðåäåëèì, ðàçäåëèâ ñðåäíþþ äëèíó ñâîáîäíîãî ïðîáåãà ìîëåêóë

íà èõ ñðåäíþþ ñêîðîñòü:

τ=

Ñðåäíþþ ñêîðîñòü âû÷èñëèì ïî ôîðìóëå (4.1.17), ó÷èòûâàÿ, ÷òî ìî-

ëÿðíàÿ ìàññà õëîðîôîðìà ðàâíà 119,5•10

–3

êã/ìîëü

888,31273

119,5 10

−

⋅⋅

== =

π⋅ ⋅

220 ì/ñ.

Òîãäà

410

220

−

⋅

τ= =

1,82•10

–6

Ñðåäíåå ÷èñëî ñòîëêíîâåíèé â åäèíèöó âðåìåíè îáðàòíî ïðîïîðöèî-

íàëüíî ñðåäíåìó âðåìåíè ìåæäó äâóìÿ ïîñëåäîâàòåëüíûìè ñòîëêíîâåíè-

ÿìè:

ν= =

5,5•10

–1

ÇÀÄÀ×È ÄËß ÑÀÌÎÑÒÎßÒÅËÜÍÎÃÎ ÐÅØÅÍÈß

4.1. Íàéäèòå ÷èñëî n

êîë

êîëåáàòåëüíûõ ñòåïåíåé ñâîáîäû ìîëåêóëû

àñïèðèíà Ñ

4.2. Ñêîëüêî ìîëåêóë èäåàëüíîãî ãàçà ñîäåðæèòñÿ â ïðîáèðêå âìåñòè-

ìîñòüþ V = 10 ñì

ïðè íîðìàëüíîì àòìîñôåðíîì äàâëåíèè è òåìïåðàòó-

ðå t = 20 °Ñ?

4.3. Âû÷èñëèòå ïëîòíîñòü ρ àçîòà ïðè òåìïåðàòóðå t = 25 °Ñ è íîð-

ìàëüíîì àòìîñôåðíîì äàâëåíèè.

4.4. Âû÷èñëèòå ñðåäíþþ ýíåðãèþ E

ïîñò

ïîñòóïàòåëüíîãî äâèæåíèÿ ìî-

ëåêóë ãàçà, çàíèìàþùåãî îáúåì V = 5 ë ïðè äàâëåíèè p = 100 êÏà.

4.5. Íåêîòîðûé ãàç íàõîäèòñÿ ïðè íîðìàëüíîì àòìîñôåðíîì äàâëå-

íèè è èìååò ïëîòíîñòü ρ = 1,3 êã/ì

. Âû÷èñëèòå íàèáîëåå âåðîÿòíóþ ñêî-

ðîñòü v

âåð

äâèæåíèÿ åãî ìîëåêóë.

4.6. Íà êàêîé âûñîòå h àòìîñôåðíîå äàâëåíèå â äâà ðàçà ìåíüøå äàâ-

ëåíèÿ íàä óðîâíåì ìîðÿ? Òåìïåðàòóðó âîçäóõà ñ÷èòàòü ïîñòîÿííîé è ðàâ-

íîé 0 °Ñ.

Ãëàâà 4. Ìîëåêóëÿðíàÿ ôèçèêà è òåðìîäèíàìèêà

135

4.7. Âû÷èñëèòå ìîëÿðíóþ òåïëîåìêîñòü Ñ

Vµ

êèñëîðîäà ïðè ïîñòîÿí-

íîì îáúåìå.

4.8. Âû÷èñëèòå óäåëüíóþ òåïëîåìêîñòü Ñ

õëîðîôîðìà CHCl

ïðè

ïîñòîÿííîì äàâëåíèè.

4.9. Êèñëîðîäíàÿ ïîäóøêà âìåñòèìîñòüþ V = 10 ë ñîäåðæèò ãàç ïîä

äàâëåíèåì p = 1013,25 êÏà (10 àòì). Êàêîå êîëè÷åñòâî òåïëîòû Q íåîáõî-

äèìî ñîîáùèòü, ÷òîáû íàãðåòü êèñëîðîä îò t

= 0 äî t

= 37 °Ñ?

4.10. Óãëåêèñëûé ãàç ìàññîé m = 6,6 ã èçîáàðè÷åñêè íàãðåâàþò íà

∆t = 24 °Ñ. Îïðåäåëèòå ðàáîòó A ðàñøèðåíèÿ ãàçà.

4.11. Íåêîòîðîìó ãàçó ìàññîé m = 10 ã â èçîòåðìè÷åñêèõ óñëîâèÿõ

ïåðåäàþò Q = 740 Äæ òåïëîòû. Âî ñêîëüêî ðàç ðàñøèðèòñÿ ãàç, åñëè ïðè

äàííîé òåìïåðàòóðå ñðåäíÿÿ êâàäðàòè÷íàÿ ñêîðîñòü v

ñð. êâ

åãî ìîëåêóë ñî-

ñòàâëÿåò 400 ì/ñ?

4.12. Äâóõàòîìíûé ãàç àäèàáàòè÷åñêè ðàñøèðèëñÿ â 3 ðàçà. Âî ñêîëü-

êî ðàç ïðè ýòîì èçìåíèëàñü åãî òåìïåðàòóðà?

4.13. Ìàøèíà, ðàáîòàþùàÿ ïî îáðàòèìîìó öèêëó Êàðíî, çà îäèí öèêë

ñîâåðøàåò ðàáîòó A = 1 êÄæ è îòäàåò õîëîäèëüíèêó Q

= 5,7 êÄæ òåïëà.

Îïðåäåëèòå ÊÏÄ η öèêëà.

4.14. Èäåàëüíàÿ òåïëîâàÿ ìàøèíà ðàáîòàåò ïî öèêëó Êàðíî. Òåìïåðà-

òóðà íàãðåâàòåëÿ ðàâíà 100 °Ñ. Âî ñêîëüêî ðàç èçìåíèòñÿ ÊÏÄ öèêëà,

åñëè òåìïåðàòóðó õîëîäèëüíèêà T

ñíèçèòü ñ 0 äî –100 °Ñ?

4.15. Âû÷èñëèòå èçìåíåíèå ýíòðîïèè ∆S ïðè ïëàâëåíèè m = 200 ã

ëüäà. Óäåëüíàÿ òåïëîòà ïëàâëåíèÿ ëüäà ñîñòàâëÿåò λ = 335 êÄæ/êã.

4.16. Âû÷èñëèòå èçìåíåíèå ñâîáîäíîé ýíåðãèè Ãèááñà ∆G â ðåàêöèè

ñãîðàíèÿ ýòèëîâîãî ñïèðòà ïðè òåìïåðàòóðå 25 °Ñ, åñëè â ýòèõ óñëîâèÿõ

ýíòàëüïèÿ óìåíüøàåòñÿ íà ∆H = 1368 êÄæ/ìîëü, à ýíòðîïèÿ óâåëè÷èâà-

åòñÿ íà ∆S = 476 Äæ/(ìîëü•Ê).

4.17. Â ñîñóäå âìåñòèìîñòüþ V = 1 ë íàõîäèòñÿ ν = 4 ìîëü óãëåêèñ-

ëîãî ãàçà ïðè òåìïåðàòóðå 20 °Ñ. Âû÷èñëèòå äàâëåíèå p â ñîñóäå, ïîëü-

çóÿñü óðàâíåíèÿìè Ìåíäåëååâà—Êëàïåéðîíà è Âàí-äåð-Âààëüñà. Ïî-

ñòîÿííûå Âàí-äåð-Âààëüñà äëÿ óãëåêèñëîãî ãàçà: a = 0,361 Í•ì

/ìîëü;

b = 4,28•10

–5

/ìîëü.

4.18. Íà ñêîëüêî íåîáõîäèìî ïîíèçèòü äàâëåíèå, ÷òîáû òåìïåðàòóðà

ïëàâëåíèÿ ëüäà ïîâûñèëàñü íà 1 Ê? Ïëîòíîñòü âîäû ïðè òåìïåðàòóðå 0 °Ñ

= 1000 êã/ì

; ëüäà — ρ

= 917 êã/ì

; óäåëüíàÿ òåïëîòà ïëàâëåíèÿ ëüäà

λ = 335 êÄæ/êã.

4.19. Îïðåäåëèòå ñðåäíþþ äëèíó ñâîáîäíîãî ïðîáåãà λ êèñëîðîäà ïðè

òåìïåðàòóðå t = 20 °Ñ è äàâëåíèè p = 100 êÏà. Ýôôåêòèâíûé äèàìåòð

ìîëåêóëû êèñëîðîäà d = 0,36 íì.

4.20. Ïðè êàêîé òåìïåðàòóðå t íàõîäèòñÿ àçîò, åñëè ïðè äàâëåíèè

p = 50 êÏà åãî êîýôôèöèåíò äèôôóçèè ñîñòàâëÿåò D = 1,31•10

–5

/ñ?

4.21. Îïðåäåëèòå ñðåäíåå ÷èñëî ñòîëêíîâåíèé ν â åäèíèöó âðåìåíè

ìîëåêóë ãåëèÿ ïðè íîðìàëüíûõ óñëîâèÿõ. Ýôôåêòèâíûé äèàìåòð ìîëåêó-

ëû ãåëèÿ d = 0,22 íì.

Ïðàêòè÷åñêèå è òåñòîâûå çàäàíèÿ

136

4.22. Îïðåäåëèòå êîýôôèöèåíò âÿçêîñòè η âîçäóõà ïðè íîðìàëüíûõ

óñëîâèÿõ. Ýôôåêòèâíûé äèàìåòð ìîëåêóë âîçäóõà d = 0,27 íì.

4.23. Ìåæäó äâóìÿ ðàìàìè îêíà, ðàññòîÿíèå ìåæäó êîòîðûìè d = 5 ñì,

à èõ ïëîùàäü S = 3 ì

, íàõîäèòñÿ âîçäóõ. Êàêîå êîëè÷åñòâî òåïëîòû Q

òåðÿåò ïîìåùåíèå çà t = 1 ÷ çà ñ÷åò òåïëîïðîâîäíîñòè âîçäóõà, åñëè òåì-

ïåðàòóðà âíóòðè ïîìåùåíèÿ t

= 20 °Ñ, à ñíàðóæè t

= –10 °Ñ? Òåìïåðà-

òóðó âîçäóõà ìåæäó ðàìàìè ñ÷èòàòü ðàâíîé ñðåäíåìó àðèôìåòè÷åñêîìó

ìåæäó âíóòðåííåé è íàðóæíîé òåìïåðàòóðàìè. Ýôôåêòèâíûé äèàìåòð

ìîëåêóëû âîçäóõà d = 0,27 íì.

ÂÎÏÐÎÑÛ ÒÅÑÒÎÂÎÃÎ ÊÎÍÒÐÎËß

4.1. Ñðåäíÿÿ àðèôìåòè÷åñêàÿ ñêîðîñòü äâèæåíèÿ ìîëåêóë ãàçà ðàâíà:

à)

vkT=

;ã) vMkT= ;

á)

8RT

;ä)

2RT

â)

vMkT=

;

4.2. Äëÿ ñðåäíåé àðèôìåòè÷åñêîé

, ñðåäíåé êâàäðàòè÷íîé

ср кв..

è íà-

èáîëåå âåðîÿòíîé

вер

ñêîðîñòåé ñïðàâåäëèâî ñëåäóþùåå íåðàâåíñòâî:

à)

ср. кв вер

vv v

;ã)

вер ср. кв

vvv<<

;

á)

вер ср. кв

vv v<<

;ä)

ср. кв вер

vvv<<

â)

вер ср. кв

vv v<<

;

4.3. Îñíîâíîå óðàâíåíèå êèíåòè÷åñêîé òåîðèè ãàçîâ èìååò âèä:

à)

pkT=

;ã)

пост

nkTε=

;

á)

pRT=ν ;ä)

пост

pn=ε

â)

пост

pVε=

;

4.4. Ìîëÿðíûå òåïëîåìêîñòè ãàçîâ ïðè ïîñòîÿííîì îáúåìå è ïîñòî-

ÿííîì äàâëåíèè ñâÿçàíû ñëåäóþùèì ñîîòíîøåíèåì:

à)

CCR

µµ

=+;ã)

CCR

µµ

=+;

á)

µµ

= ;ä)

µµ

= .

â)

CCR

µµ

=+;

4.5. Ðàáîòà, ñîâåðøàåìàÿ èäåàëüíûì ãàçîì ïðè èçîòåðìè÷åñêîì ðàñ-

øèðåíèè, ðàâíà:

à)

ApV=∆

;ã)

ART

=ν

;

á)

ACT

=−ν ∆

;ä)

0A =

â)

ACT

=ν ∆

;

Ãëàâà 4. Ìîëåêóëÿðíàÿ ôèçèêà è òåðìîäèíàìèêà

137

4.6. Óðàâíåíèå àäèàáàòû èäåàëüíîãî ãàçà èìååò âèä:

à)

constpV =

;ã) const

= ;

á)

constpV

= ;ä) constpT = .

â)

const

= ;

4.7. ÊÏÄ îáðàòèìîãî öèêëà Êàðíî ðàâåí:

à)

−

η=

;ã)

−

η=

;

á)

η=

−

;ä)

η=

−

â)

−

η=

;

ãäå

T — òåìïåðàòóðà íàãðåâàòåëÿ;

T — òåìïåðàòóðà õîëîäèëüíèêà.

4.8. Íàçîâèòå âåðíóþ ôîðìóëèðîâêó âòîðîãî çàêîíà òåðìîäèíàìèêè:

à) ñàìîïðîèçâîëüíûå ïðîöåññû âñåãäà ñîïðîâîæäàþòñÿ óáûâàíèåì ýí-

òðîïèè;

á) ýíòðîïèÿ îòêðûòîé ñèñòåìû ëèáî óìåíüøàåòñÿ (â íåîáðàòèìûõ ïðî-

öåññàõ), ëèáî îñòàåòñÿ íåèçìåííîé (â îáðàòèìûõ ïðîöåññàõ);

â) íè ïðè êàêèõ óñëîâèÿõ íåâîçìîæíî óâåëè÷åíèå ýíòðîïèè òåðìîäè-

íàìè÷åñêîé ñèñòåìû;

ã) ýíòðîïèÿ èçîëèðîâàííîé ñèñòåìû ëèáî âîçðàñòàåò (â íåîáðàòèìûõ

ïðîöåññàõ), ëèáî îñòàåòñÿ íåèçìåííîé (â îáðàòèìûõ ïðîöåññàõ);

ä) âñå ïðèâåäåííûå â ïóíêòàõ (à—ã) ôîðìóëèðîâêè ñîäåðæàò îøèáêè

èëè íåòî÷íîñòè.

4.9. Îáúåäèíåííàÿ çàïèñü ïåðâîãî è âòîðîãî çàêîíîâ òåðìîäèíàìèêè

(îñíîâíîå ñîîòíîøåíèå òåðìîäèíàìèêè) èìååò âèä:

à)

ddSTQ≥

;ã)

ddSTQ≤

;

á)

ddTS U A≥+δ;ä) ddQUA≤+δ.

â) d0S ≥ ;

4.10. Òåðìîäèíàìè÷åñêèé ïîòåíöèàë Ãèááñà îïðåäåëÿåò ïîëåçíóþ

ðàáîòó ïðîöåññà, ïðîòåêàþùåãî ïðè ïîñòîÿííûõ çíà÷åíèÿõ:

à) îáúåìà è ýíòðîïèè; ã) äàâëåíèÿ è òåìïåðàòóðû;

á) îáúåìà è òåìïåðàòóðû; ä) äàâëåíèÿ è ýíòðîïèè.

â) îáúåìà è äàâëåíèÿ;

4.11. Óðàâíåíèå Âàí-äåð-Âààëüñà (óðàâíåíèå ñîñòîÿíèÿ ðåàëüíîãî ãàçà)

èìååò âèä:

à)

pV RT=ν

;ã)

pnkT=

;

á)

()

pVbRT



+−ν=ν





;ä)

pC T

=∆

â)

()

pbV RT



−ν + =ν





;

Ïðàêòè÷åñêèå è òåñòîâûå çàäàíèÿ

138

4.12. Âíóòðåííÿÿ ýíåðãèÿ ðåàëüíîãî ãàçà çàâèñèò:

à) îò òåìïåðàòóðû è îáúåìà;

á) òîëüêî îò òåìïåðàòóðû;

â) òîëüêî îò äàâëåíèÿ;

ã) òîëüêî îò îáúåìà;

ä) òîëüêî îò òåìïåðàòóðû ïðè t íèæå òåìïåðàòóðû èíâåðñèè; îò òåì-

ïåðàòóðû è äàâëåíèÿ ïðè t âûøå òåìïåðàòóðû èíâåðñèè.

4.13. Êðèòè÷åñêèì ñîñòîÿíèåì íàçûâàåòñÿ:

à) ñîñòîÿíèå ñ íàèáîëüøåé òåìïåðàòóðîé, ïðè êîòîðîé åùå âîçìîæíî

èçìåíåíèå çíàêà ýôôåêòà Äæîóëÿ—Òîìñîíà;

á) ñîñòîÿíèå, â êîòîðîì îòñóòñòâóþò ðàçëè÷èÿ ìåæäó æèäêèì è ãàçî-

îáðàçíûì ñîñòîÿíèÿìè âåùåñòâà;

â) ñîñòîÿíèå, â êîòîðîì òðè ôàçû îäíîãî è òîãî æå âåùåñòâà íàõîäÿò-

ñÿ â ðàâíîâåñèè;

ã) ñîñòîÿíèå ïåðåñûùåííîãî ïàðà;

ä) ñîñòîÿíèå ïåðåãðåòîé æèäêîñòè.

4.14. Òðîéíîé òî÷êîé íàçûâàåòñÿ:

à) ñîñòîÿíèå ñ íàèáîëüøåé òåìïåðàòóðîé, ïðè êîòîðîé åùå âîçìîæíî

èçìåíåíèå çíàêà ýôôåêòà Äæîóëÿ—Òîìñîíà;

á) ñîñòîÿíèå, â êîòîðîì îòñóòñòâóþò ðàçëè÷èÿ ìåæäó æèäêèì è ãàçî-

îáðàçíûì ñîñòîÿíèÿìè âåùåñòâà;

â) ñîñòîÿíèå, â êîòîðîì òðè ôàçû îäíîãî è òîãî æå âåùåñòâà íàõîäÿò-

ñÿ â ðàâíîâåñèè;

ã) ñîñòîÿíèå ïåðåñûùåííîãî ïàðà;

ä) ñîñòîÿíèå ïåðåãðåòîé æèäêîñòè.

4.15. Ñóáëèìàöèåé íàçûâàåòñÿ ïåðåõîä:

à) èç ãàçîîáðàçíîãî â æèäêîå ñîñòîÿíèå;

á) èç ãàçîîáðàçíîãî â òâåðäîå ñîñòîÿíèå;

â) èç æèäêîãî â òâåðäîå êðèñòàëëè÷åñêîå ñîñòîÿíèå;

ã) èç æèäêîãî â ãàçîîáðàçíîå ñîñòîÿíèå;

ä) èç òâåðäîãî êðèñòàëëè÷åñêîãî â ãàçîîáðàçíîå ñîñòîÿíèå.

4.16. Ïëîòíîñòüþ ïîòîêà êàêîé-ëèáî âåëè÷èíû íàçûâàåòñÿ:

à) êîëè÷åñòâî äàííîé âåëè÷èíû, ïåðåíîñèìîå çà åäèíèöó âðåìåíè

÷åðåç åäèíèöó ïëîùàäè ïîâåðõíîñòè;

á) êîëè÷åñòâî äàííîé âåëè÷èíû, ïåðåíîñèìîå çà åäèíèöó âðåìåíè

÷åðåç íåêîòîðóþ ïîâåðõíîñòü;

â) êîëè÷åñòâî äàííîé âåëè÷èíû, ïåðåíîñèìîå çà íåêîòîðîå âðåìÿ ÷å-

ðåç åäèíèöó ïëîùàäè ïîâåðõíîñòè;

ã) êîëè÷åñòâî äàííîé âåëè÷èíû â åäèíèöå îáúåìà;

ä) êîëè÷åñòâî äàííîé âåëè÷èíû â åäèíèöå îáúåìà ïðè íîðìàëüíûõ

óñëîâèÿõ.

4.17. Ñðåäíåé äëèíîé ñâîáîäíîãî ïðîáåãà ìîëåêóë íàçûâàåòñÿ:

à) ìèíèìàëüíîå ðàññòîÿíèå, íà êîòîðîå ìîãóò ñáëèæàòüñÿ ìîëåêóëû;

á) ñðåäíåå ðàññòîÿíèå, ïðîõîäèìîå ìîëåêóëîé ìåæäó äâóìÿ ïîñëåäî-

âàòåëüíûìè ñòîëêíîâåíèÿìè;

â) ñðåäíåå ðàññòîÿíèå ìåæäó àòîìàìè â ìîëåêóëå;

ã) àìïëèòóäà êîëåáàíèé ÷àñòèö â óçëàõ êðèñòàëëè÷åñêîé ðåøåòêè;

ä) ñðåäíåå ðàññòîÿíèå ìåæäó óçëàìè êðèñòàëëè÷åñêîé ðåøåòêè.

Ãëàâà 4. Ìîëåêóëÿðíàÿ ôèçèêà è òåðìîäèíàìèêà

139

4.18. Êîýôôèöèåíò äèôôóçèè ãàçîâ îïðåäåëÿåòñÿ ïî ñëåäóþùåé ôîð-

ìóëå:

à)

;ã)

Dv=λ ρ

;

á)

Dv=λ

;ä)

DkT=

â)

8RT

;

4.19. Óðàâíåíèå Íüþòîíà, îïðåäåëÿþùåå ñèëó âÿçêîãî òðåíèÿ ìåæäó

äâóìÿ ñëîÿìè ãàçà èëè æèäêîñòè, â îäíîìåðíîì ñëó÷àå èìååò âèä:

à)

Fv=λ

;ã)

πε ε

;

á)

Fma=

;ä)

=η

â)

=−η

;

Ïðàêòè÷åñêèå è òåñòîâûå çàäàíèÿ

Ãëàâà 5

ÒÅÐÌÎÄÈÍÀÌÈÊÀ ÁÈÎËÎÃÈ×ÅÑÊÈÕ

ÏÐÎÖÅÑÑÎÂ

Îäíèì èç óñëîâèé íîðìàëüíîãî ôóíêöèîíèðîâàíèÿ îòäåëüíîé

êëåòêè è öåëîãî îðãàíèçìà ÿâëÿåòñÿ ïîääåðæàíèå ïîñòîÿíñòâà èõ

ïàðàìåòðîâ (êîíöåíòðàöèé âåùåñòâ, ýëåêòðè÷åñêèõ ïîòåíöèàëîâ

è äðóãèõ) è â ñëó÷àå íåîáõîäèìîñòè èçìåíåíèå èõ â íóæíîì íà-

ïðàâëåíèè. Ýòî òðåáóåò îáìåíà âåùåñòâîì è ýíåðãèåé ñ îêðóæàþ-

ùåé ñðåäîé, ïðåâðàùåíèÿ îäíèõ âèäîâ ýíåðãèè â äðóãèå, êàê, íà-

ïðèìåð, â ñëó÷àå ïðîöåññîâ ìûøå÷íîãî ñîêðàùåíèÿ, ïåðåäà÷è

íåðâíîãî èìïóëüñà, çðèòåëüíîãî è ñëóõîâîãî âîñïðèÿòèÿ è äð.

Èçó÷åíèåì ýòèõ âîïðîñîâ çàíèìàåòñÿ òåðìîäèíàìèêà, çàêîíû

êîòîðîé ñïðàâåäëèâû êàê äëÿ íåæèâîé, òàê è æèâîé ïðèðîäû. Òåð-

ìîäèíàìèêó ïîäðàçäåëÿþò íà äâà ðàçäåëà: êëàññè÷åñêóþ (ðàâíîâåñ-

íóþ) è òåðìîäèíàìèêó íåîáðàòèìûõ ïðîöåññîâ (íåðàâíîâåñíóþ).

Ðàâíîâåñíàÿ òåðìîäèíàìèêà èçó÷àåò â îñíîâíîì èçîëèðîâàííûå

è çàêðûòûå ñèñòåìû, íàõîäÿùèåñÿ â òåðìîäèíàìè÷åñêîì ðàâíîâå-

ñèè èëè ñòðåìÿùèåñÿ ê íåìó (âîïðîñû êëàññè÷åñêîé òåðìîäèíà-

ìèêè ðàññìàòðèâàëèñü â ãëàâå 4). Áèîëîãè÷åñêàÿ ñèñòåìà ââèäó åå

ñëîæíîñòè íå ìîæåò áûòü îïèñàíà ñ èñïîëüçîâàíèåì ïîäîáíûõ

ïðèáëèæåíèé. Ïîýòîìó ïðè èçó÷åíèè áèîëîãè÷åñêèõ ïðîöåññîâ

èñïîëüçóþòñÿ ìåòîäû íåðàâíîâåñíîé òåðìîäèíàìèêè.

§ 5.1. ÎÑÎÁÅÍÍÎÑÒÈ ÁÈÎËÎÃÈ×ÅÑÊÈÕ ÎÁÚÅÊÒÎÂ

ÊÀÊ ÒÅÐÌÎÄÈÍÀÌÈ×ÅÑÊÈÕ ÑÈÑÒÅÌ

Êàæäàÿ êëåòêà è âåñü æèâîé îðãàíèçì â öåëîì ÿâëÿþòñÿ îò-

êðûòûìè ñèñòåìàìè, è ëèøü â îòäåëüíûõ ÷àñòÿõ êëåòêè èìåþòñÿ

óñëîâèÿ äëÿ ñóùåñòâîâàíèÿ çàêðûòûõ è èçîëèðîâàííûõ ñèñòåì.

Ïðîöåññû, ïðîòåêàþùèå â áèîñèñòåìàõ, êàê è â ëþáûõ äðóãèõ ñè-

ñòåìàõ, íåîáðàòèìû (íåðàâíîâåñíû), òî åñòü ïðè ïåðåõîäå ñèñòå-

ìû èç îäíîãî ñîñòîÿíèÿ â äðóãîå îáðàòíûé ïåðåõîä â íà÷àëüíîå