Чтобы определить среднее число столкновений молекулы с другими в единицу времени , сначала рассмотрим движение одной молекулы среди неподвижных молекул. Траектория нашей движущейся молекулы – ломаная линия. Опишем вокруг траектории цилиндр так, что ось цилиндра совпадает с траекторией молекулы, а радиус равен . Площадь его основания равна . Цилиндр – тоже ломаный (рис..2.2).Столкновение произойдёт, если центр какой-либо молекулы попадёт в этот ломаный цилиндр. За время путь молекулы равен ; это – длина цилиндра. Объём цилиндра равен . Число молекул, центры которых попали в цилиндр, равно ; это и есть число столкновений нашей молекулы с другими за время . За единицу времени число столкновений будет равно
(1.4)
Если молекулы движутся, в (7.4) надо заменить среднюю скорость на среднюю относительную скорость, тогда:
. (1.5)
Относительная скорость – скорость первой молекулы относительно второй – равна:
, (1.6)
где и– скорости первой и второй молекул соответственно. Возведём (7.6) в квадрат и усредним:
Здесь – угол между векторами и ; , поскольку угол может принимать любые значения с равной вероятностью из-за хаотичности движения молекул. Кроме того, , тогда , и среднеквадратичная относительная скорость
.
Аналогично, для средних арифметических скоростей . Из (7.5) и (7.3) получим:
. (1.7)
Наконец, средняя длина свободного пробега из (7.2):
1) Снег нагревается от -10°С до 0°С. Для этого потребуется Q₁=c₁mΔt₁ По спр-ку удельная теплоемкость c₁=2100 Дж/(кг·°С) Q₁=2100*4(0-(-10))=84000 (Дж) 2) при нуле градусов снег тает (плавится), превращается в воду. Для этого процесса потребуется Q₂=λm По спр-ку удельная теплота плавления λ=3,4*10⁵ Дж/кг Q₂=3,4*10⁵*4=1360000 (Дж) 3) Образовавшаяся вода нагревается от нуля до 100°С. Необходимое количество теплоты Q₃=c₂mΔt₂ По спр-ку удельная теплоемкость c₂=4200 Дж/(кг·°С) Q₃=4200*4*(100-0)=1680000 (Дж)
Чтобы определить среднее число столкновений молекулы с другими в единицу времени , сначала рассмотрим движение одной молекулы среди неподвижных молекул. Траектория нашей движущейся молекулы – ломаная линия. Опишем вокруг траектории цилиндр так, что ось цилиндра совпадает с траекторией молекулы, а радиус равен . Площадь его основания равна . Цилиндр – тоже ломаный (рис..2.2).Столкновение произойдёт, если центр какой-либо молекулы попадёт в этот ломаный цилиндр. За время путь молекулы равен ; это – длина цилиндра. Объём цилиндра равен . Число молекул, центры которых попали в цилиндр, равно ; это и есть число столкновений нашей молекулы с другими за время . За единицу времени число столкновений будет равно
(1.4)
Если молекулы движутся, в (7.4) надо заменить среднюю скорость на среднюю относительную скорость, тогда:
. (1.5)
Относительная скорость – скорость первой молекулы относительно второй – равна:
, (1.6)
где и– скорости первой и второй молекул соответственно. Возведём (7.6) в квадрат и усредним:
Здесь – угол между векторами и ; , поскольку угол может принимать любые значения с равной вероятностью из-за хаотичности движения молекул. Кроме того, , тогда , и среднеквадратичная относительная скорость
.
Аналогично, для средних арифметических скоростей . Из (7.5) и (7.3) получим:
. (1.7)
Наконец, средняя длина свободного пробега из (7.2):
,
, (1.8)
. (1.8а)
Поскольку для идеального газа , то из (7.8)
.
1) Снег нагревается от -10°С до 0°С.
Для этого потребуется
Q₁=c₁mΔt₁
По спр-ку удельная теплоемкость c₁=2100 Дж/(кг·°С)
Q₁=2100*4(0-(-10))=84000 (Дж)
2) при нуле градусов снег тает (плавится), превращается в воду. Для этого процесса потребуется
Q₂=λm
По спр-ку удельная теплота плавления λ=3,4*10⁵ Дж/кг
Q₂=3,4*10⁵*4=1360000 (Дж)
3) Образовавшаяся вода нагревается от нуля до 100°С.
Необходимое количество теплоты
Q₃=c₂mΔt₂
По спр-ку удельная теплоемкость c₂=4200 Дж/(кг·°С)
Q₃=4200*4*(100-0)=1680000 (Дж)
Итак, общие затраты составят:
Q=Q₁+Q₂+Q₃
Q=84000+1360000+1680000=3124000 (Дж)
ответ: 3124 кДж (или 3,124 МДж)