Содержание

Вопрос 1 2

Вопрос 2 3

Задача 1 5

Задача 2 6

Задача 3 7

Задача 4 7

Задача 5 7

Вариант 2

Вопрос 1

Большое значение для применений термодинамики имеют круговые процессы. Круговым процессом или циклом называется такая совокупность термодинамических процессов, в результате которых система возвращается в исходное состояние.

Тело, совершающее круговой процесс и обменивающееся энергией с другими телами, называется рабочим телом. Обычно таким телом является газ. Круговые процессы лежат в основе всех тепловых машин – двигателей внутреннего сгорания, паровых и газовых турбин, холодильных машин и др.

Произвольный равновесный круговой процесс, совершаемый идеальным газом, модно разбить на два процесса: расширение газа и сжатие газа. При расширении газ совершает положительную работу. При сжатии газа внешние силы совершают над ним положительную работу. В целом за цикл газ совершает положительную работу. Такой цикл называется прямым. Если бы круговой процесс протекал в обратном направлении, то суммарная работа, совершаемая газом за цикл, оказалась бы отрицательной. Ьакой цикл называется обратным.

Для работы теплового двигателя необходимо наличие двух тепловых резервуаров. От одного из них, имеющего более высокую температуру Т1 и называемого нагревателем, двигатель получает в ходе цикла количество тепла Q1; второму, имеющему более низкую температуру Т2 и называемому холодильником, двигатель отдаёт тепло Q2.

Допустим, что теплоёмкость резервуаров бесконечно велика. Это означает, что получение или отдача резервуарами конечного количества тепла не изменяет их температуры.

Цикл, очевидно, может состоять как из процессов, в ходе которых тело обменивается тепплом с резервуарами, так и из процессов, не сопровождающихся теплообменом с внешней средой, т. е. адиабатических процессов. Единственным обратимым процессом, сопровождающимся теплообменом с резервуаром, температура которого остаётся неизменной, является изотермический процесс, протекающий при температуре резервуара. Таким образом, обратимый цикл, совершаемый телом, вступающим в теплообмен с двумя тепловыми резервуарами бесконечно большой ёмкости, может состоять только из двух изотерм (при температурах резервуаров) и двух адиабат. Такой цикл носит название цикла Карно. Цикл Карно по определению обратимый.

Вопрос 2

Для выяснения строения атомов Э. Резерфордом в 1911 г. были проведены опыты по рассеянию б-частиц. На основе данных опытов Резерфорд предложил планетарную модель атома:

1. атом состоит из положительно заряженного ядра и окружающей его электронной оболочки;

2. в ядре сосредоточена практически вся масса атома, причём радиус ядра в 105 раз меньше радиуса атома;

3. суммарный отрицательный заряд электронов равен положительному заряду ядра – атом в целом нейтрален;

4. электроны движутся вокруг ядра под действием кулоновских сил;

Однако такая модель атома противоречила законам классической электродинамики, поскольку ускоренно движущийся электрон должен был бы излучать электромагнитные волны, теряя энергию. В результате электрон должен достаточно быстро упасть на ядро. На самом деле этого не происходит.

Постулаты Бора стали основой новой, квантовой теории строения атома и позволили объяснить модель атома Резерфорда.

Первый постулат: атом может находиться только в особых квантовых (стационарных) состояниях, каждому из которых соответствует определённая энергия En. В стационарных состояниях атом не излучает. Здесь n=1,2,3,… - целое число, являющееся номером квантового состояния, называется главным квантовым числом.

Второй постулат: атом испускает или поглощает квант электромагнитного излучение только при переходе из одного стационарного состояния в другое. При переходе из состояния с большей энергией En1в состояние с меньшей происходит излучение кванта: En1-En2=hн. В случае поглощения кванта атом переходит в состояние с большей энергией: En2-En1=hн.

Состояние атома с n=1 называют основным, все остальные состояния – возбуждёнными. Каждое значение энергии, которой обладает атом в том или ином состоянии, называют энергетическим уровнем.

Состояния атомов определяются его квантовыми числами: главным, орбитальным, магнитным и спиновым.

Целое квантовое число n – определяет энергетические уровни водородного атома по формуле: W=W0/n2; где W0 – энергия ионизации. Энергетические состояния атома водорода образуют последовательность энергетических уровней, изменяющихся в зависимости от n. Энергетическое состояние, соответствующее n=1, называется основным (невозбуждённым) состоянием. Все состояния с n>1 – возбуждённые.

Момент импульса электрона в атоме квантуется по формуле:

Li=h[l(l+1)]0.5,

где l=0; 1; 2;…; (n-1) – орбитальное квантовое число.

Таким образом, орбитальное квантовое число определяет пространственный момент импульса электрона в атоме водорода.

Момент импульса электрона может иметь лишь такие ориентации в пространстве, прои которых проекция Liz вектора Li на направление Z внешнего поля принимает квантованные значения, кратные h:

Liz=mh,

где m=0; +/-1; +/-2;…; +/-l.

Согласно экспериментальным данным, наряду с пространсвенным моментом импульса L, электрон обладает собственным моментом импульса