Из области фантастики

16 баллов. В кубическом сосуде с ребром находится моля криптона в равновесном состоянии с температурой . В некоторый момент времени неким фантастическим способом изменяются законы соударения молекул криптона с внутренними стенками сосуда: теперь эти соударения с вероятностью являются упругими, а с вероятностью — абсолютно неупругими.

Оцените время после воздействия, за которое давление на стенки сосуда уменьшится на по сравнению с тем, что было до воздействия. За какое время это давление уменьшится в два раза? Какая масса криптона «осядет» на стенках сосуда к этому моменту времени? Молярная масса криптона , универсальная газовая постоянная .

Войдите, чтобы проверять ответы

Решение.

При абсолютно неупругих соударениях передача импульса от газа к стенке в раза меньше, чем при упругом. Средняя передача импульса после воздействия

(здесь — передача импульса при упругих соударениях). Следовательно, при той же концентрации и скорости молекул давление газа на наши «необычные» стенки будет на меньше, чем для «обычных» стенок. Значит, сразу после воздействия давление «мгновенно» падает на . Ясно, что для уменьшения давления на оно должно упасть еще примерно на от начального (при оценочном вычислении пренебрежем отличием от ).

Второй эффект, который повлияет на давление, связан с тем, что при абсолютно неупругом соударении молекулы «прилипают» к стенкам, и масса газа в сосуде (а вместе с ней и концентрация молекул газа) уменьшается. При этом средняя кинетическая энергия поступательного движения у оставшихся молекул практически не изменяется. Таким образом, после воздействия давление в сосуде будет уменьшаться примерно пропорционально массе газа.

Количество молекул, прилипающих к стенкам общей площадью за малое время , можно оценить как

где — средняя скорость молекул с массой , которую можно считать примерно равной

Поэтому скорость убыли массы

Значит,

Таким образом, время уменьшения массы (и, как мы поняли, давления) еще на равно

Это и есть требуемая оценка. При этом на стенках осядет примерно от начальной массы криптона:

Для больших изменений давления нам нужно учесть зависимость скорости изменения массы от массы, то есть решить уравнение

Суммирование приращений приводит к зависимости , в которой

Зависимость давления о времени

и снижение давления в два раза происходит к моменту времени

Масса «захваченного» стенками криптона

то есть немного меньше половины общей массы.

Ответ. Давление в сосуде упадет на примерно спустя время после воздействия, в два раза — примерно спустя , за это время на стенках «осядет» криптона.

1

Изучено влияние поглощения молекул стенками на давление

4
2

Показано, что средний передаваемый импульс при ударе о стенку с поглощением составляет от среднего передаваемого импульса для упругой стенки

1
3

Указано, что давление сразу после воздействия падает на

2
4

Указано, что для понижения давления на оно должно уменьшиться еще примерно на от первоначального

1
5

Изучено уменьшение массы газа и его влияние на давление

6
6

Правильно вычислена скорость убыли массы газа через температуру и концентрацию молекул (массу газа)

2
7

Корректно доказано, что давление падает пропорционально массе газа

1
8

Получен правильный закон убыли массы газа для конечных времен

3
9

Получение ответов

6
10

Получена правильная оценка

1
11

Получена правильная оценка

2
12

Получена правильная оценка ; если ответ попадает только в интервал — оценка балла; ответ без численного значения или с неправильным численным ответом — балл

3
Максимум: 16

Похожие задачи

Диффузия водорода

(17 баллов): Жесткий вертикальный цилиндрический сосуд с гладкими стенками разделен на две части горизонтальным поршнем. В некоторый момент времени поршень покоился, и при этом под ним находилось 3 моля азота, а над ним - 1 моль водорода, а расстояния от поршня до «дна» и до «потолка» сосуда были од
Сложная
Молекулярная физика и термодинамика

Тайная субстанция

(25 баллов): Один из подчиненных Федора Симеоновича - бакалавр черной магии Магнус Федорович Редькин - на протяжении многих лет пытался найти Белый Тезис, созданный Бен Бецалелем. И однажды Федору Симеоновичу удалось найти в манускрипте XVII века сведения об этом артефакте. Согласно манускрипту, Бел
Сложная
Механика
Молекулярная физика и термодинамика

Треугольный КПД

(20 баллов): В некотором конструкторском бюро создали серию тепловых машин, рабочим телом которых было постоянное количество одного и того же идеального газа. Диаграммы циклов всех машин в координатах давление-объем имели вид равнобедренного треугольника с основанием, параллельным оси V. Если выбрат
Сложная
Молекулярная физика и термодинамика
Графики

Покори Воробьевы горы 2024, Отбор, 11 класс, вопрос 3

(10 баллов): На рисунке показана pV-диаграмма циклического процесса с постоянным количеством одноатомного идеального газа в относительных единицах давления и объема. Цикл состоит из процесса, описываемого участком прямой dfrac{p}{p0}=8-dfrac{V}{V0} и изотермы. Минимальный объем
Сложная
Молекулярная физика и термодинамика
Графики