Коммерциялық емес акционерлік қоғам
АЛМАТЫ ЭНЕРГЕТИКА ЖӘНЕ БАЙЛАНЫС УНИВЕРСИТЕТІ
Физика кафедрасы

МОЛЕКУЛАЛЫҚ ФИЗИКА, ТЕРМОДИНАМИКА
5В071700 – жылу энергетика мамандығының студенттері үшін
есептеу-сызба жұмыстарды орындау бойынша әдістемелік нұсқаулықтар

Алматы 2014

ҚҰРАСТЫРҒАНДАР: С.А. Биназаров, С.Н. Сарсенбаева. Молекулалық физика, термодинамика. 5В071700 – жылу энергетика мамандығының студенттері үшін есептеу-сызба жұмыстарды орындау бойынша әдістемелік нұсқаулықтар – Алматы: АЭжБУ, 2013. – 28 б.

Әдістемелік нұсқау есептеу-сызба жұмыстарына (ЕСЖ) ұсыныстардан, тапсырмалардың мазмұнынан, оларды орындауға қойылатын талаптардан және қажетті әдебиеттер тізімінен тұрады.

Сурет - 21, кесте - 4, әдеб.атау-16.

Пікір беруші: техн.ғыл.канд. доцент Туманов М.Е.

«Алматы энергетика және байланыс университеті» коммерциялық емес акционерлік қоғамының 2014 жылғы жоспары бойынша басылады.

Кіріспе

Молекулалық физика және термодинамика әр түрлі заттың физикалық қасиеттерін оның құрылысы мен молекулаларының жылулық қозғалысының сипаты арқылы зерттейтін физиканың саласы. Ол заттың құрылысы туралы ілімдер – термодинамикамен, статистикалық физикамен және заттың агрегаттық күйінің өзгеру теориясын қарастыратын физиканың тарауы – фазалық ауысулармен тығыз байланысты. Молекулалық физика және термодинамика курсын оқып үйрену жоғары техникалық оқу орнының түлектерінің инженерлік-техникалық білімінің, дағдысы мен машықтарының негізін құрайды. Олардың ғылыми дүниетанымын қалыптастырады.

Курстың негізгі мақсаттары:

- молекулалық физика және термодинамика теориялары мен оның негізгі заңдарын, сондай-ақ физикалық зерттеулер әдістерін қолдану арқылы студенттердің біліктіліктері мен дағдыларын қалыптастыру;

- студенттердің шығармашылық ой-танымы мен ғылыми дүниетанымын, өзіндік танымдық іс-әрекет дағдыларын және физикалық құбылыстарды модельдеу біліктілігін қалыптастыру.

Молекулалық физика және термодинамика курсында: идеал газдың молекула-кинетикалық теориясы, газдардың элементар кинетикалық теориясы, нақты газдар, термодинамика негіздері, кристалдық күй, сұйық күй, фазалық тепе-теңдіктер мен фазалық ауысулар тараулары оқытылады.

Студенттердің молекулалық физика және термодинамиканы оқып үйренуде алған білімдері мен біліктіліктері «Физика», «Физика-1», «Физика-2» таңдау пәндері, «Жылутехникасының теориялық негіздері», «Жылутехникасы», «Жылутехникалық өлшеулер мен қондырғылар» «Жылуэнергетикалық құралғылардың термодинамикалық негізгі циклдары»,

«Жылу машиналарының термодинамикасы» , « Гидрогазодинамика», «Сұйық газ механикасы»сияқты техникалық пәндерді оқуда негіз бола алады.

Молекулалық физика және термодинамика курсы 4 кредиттен (модульден) тұрады, күндізгі оқу бөлімінің студенттері күрделілігіне қарай үш деңгейге бөлінген (А,В,С - деңгейлерді таңдау бойынша) модуль ретіне, сәйкес есептеу-сызба жұмыстарын орындайды. Нұсқаның нөмірін студенттің өзі таңдап, оны машықтану сабағын жүргізетін оқытушы бекітеді.

1 «Молекулалық физика және термодинамика» пәнін оқып үйренудегі ұсыныстар

Пәнді оқып үйрену барысында, студент, молекулалық физика бойынша серпінділік, тұтқырлық, пластикалық сияқты заттың механикалық қасиеттерін анықтайды. Заттың түрлі агрегаттық күйін молекулалардың жылулық қозғалысының ерекшеліктерімен түсіндіретін статистикалық әдіспен танысады. Термодинамиканы оқып үйрену барысында жылулық қозғалыстың заңдылықтарын және оның заттың физикалық қасиеттеріне тигізетін ықпалын энергетикалық тұрғыдан қарастырады.

Идеал газдың молекула-кинетикалық теориясы тарауында мыналарды: идеал газдың негізгі заңдары, Менделеев-Клапейрон және газдың молекула-кинетикалық теориясының негізгі теңдеулерін, идеал газ молекулаларының жылдамдықтар бойынша таралуы, Максвелл заңы, Больцманның таралу заңы, барометрлік формула, молекуланың еркін жүру жолының орташа ұзындығы, тасымал құбылыстарын түсіндіретін заңдылықтар мен негізгі формулаларды түсініп алған дұрыс.

Физикалық процестерді энергетикалық тұрғыдан қарастырған кезде термодинамика заңдарын, көлем өзгерген кезде дененің істейтін жұмысы, жылу мөлшері және жылу сыйымдылығы, идеал газдың ішкі энергиясы және молекуланың еркіндік дәрежесі, термодинамиканың бірінші бастамасын изопроцестерде қолдану, Карно циклі, жылу машинасының ПӘК-і, энтропияға есептер шығара білу керек.

Нақты газдар және фазалық өзгерістер жайлы білу де аса маңызды сұрақ болып табылады. Онда нақты газдар қасиеттерінің идеал газдың қасиеттерінен өзгеше болу себептері қарастырылады. Өзінің физикалық қасиеттері жағынан басқа тепе-тең күйлерде болатын заттардан мүлдем өзгеше, термодинамиканың тепе-тең күйдегі заттары туралы түсініктердің физикалық мағыналарын айыру керек.

Сондай-ақ, макроскопиялық жүйенің физикалық қасиеттерін зерттеудің бір-бірінен ерекшеленетін және бір-бірін толықтырып тұратын статистикалық және термодинамикалық әдістерін меңгеру қажет.

2 Есептеу-сызба жұмыстарын орындауға және тапсыруға қойылатын жалпы талаптар

Физика есептері сан алуан құрастырылып келетіндіктен, оларды шығарудың бірыңғай жолы жоқ, дегенмен де есептерді шығарғанда мыналарды естен шығармаған жөн:

- есептің мағынасын түсіне білу, мазмұнына талдау жасап, берілген жүйе немесе дене қандай жағдайда қарастырылып отырғанын ойластырып алып, есептің мағынасын аша түсетіндей және әрі қарай оның шығарылуын жеңілдететіндей сызбасын, графигін немесе суретін салып алу керек;

- қарастырылып отырған жағдайда физиканың қандай заңдарын қолдануға болатындығын ойластырып, оны алдымен жалпы түрде жазып көрсету керек, одан кейін сол заңды осы есепке қолданып, теңдеудің әрбір белгісі нені білдіретінін түсіну керек;

- есепті жалпы түрде жазып, жұмыс (есептеу) формуласын алыңыз. Есептің шартында берілген мәндер ізделініп отырған физикалық шаманы өрнектейтін жұмыс (есептеу) формуласына ғана қойылып шығарылады;

- есептеулер жүргізген кезде, оны қалай жуықтап шығаруды білу керек. Формулаға қойылған мәндердің барлығы да бір бірліктер жүйесінде болуы керек (ХБ жүйесінде болғаны дұрыс);

- қажет болған немесе кейбір жағдайларда есеп жауабының дұрыстығын тексеру керек, бұл есептің қатесіз шығуына көмектеседі.

Есептеу-сызба жұмыстары (12 беттік) дәптерге жазылып тапсырылады.

Дәптердің 1-ші бетінің толтырылуы төмендегідей:

«Молекулалық физика және термодинамика»

пәні бойынша №1 ЕСЖ, 1-нұска

ТЭк – 12 –1 тобының студенті Б. Абдуллин.

Әр жұмыс бөлек дәптерде орындалады. Жұмыс таза, суреттер – сызғыштың көмегімен, қарындашпен салынылуы керек. Есептің шарты қысқартусыз толығымен жазылады және «Берілгені» деп басталып, жалпыға бірдей белгілеулермен белгіленуі тиіс. Әрбір есеп физикалық шамалардың мағыналарын түсіндіретін анықтамалармен, физикалық заңдылықтармен, үлгі сызбалармен, суреттермен жалпы түрде (әріптік белгілеулер) шығарылуы тиіс. Одан кейін сан мәндерін қойып, есептеп, соңында ізделініп отырған физикалық шаманың өлшем бірлігін жазып қоюы керек. Есептеулер жүргізгенде жуықтап есептеулер ережесін пайдаланып, есептің жауабын қатесіз, түсінікті етіп жазу керек.

Бетте оқытушының ескертпесі мен түзетулеріне орын қалдырылуы керек.

Жұмысының аяғында студенттің тапсырмаларды орындау үшін пайдаланылған әдебиеттердің тізімі көрсетіледі.

3 Есеп шығару үлгісі

1 Есеп. Көлемі V=10л баллонға, р₁=1МПа қысымыдағы, Т₁=300К температурада гелий толтырылған. Одан мссасы m=10г гелий алынған соң, баллондағы температура Т₂=290К-ға төмендеді. Баллонда қалған гелийдің р₂ қысымын анықтаңыз.

Берілгені: ХБЖ Есепті шығару үшін Менделеев-Клапйрон

V=10л V=10·10^-3 м³ теңдеуін пайдаланып, газдың соңғы күйі үшін

р₁=1МПа р₁=1·10⁶ Па былай жазамыз: p₂ V = m₂ / μ · RT₂ (1)

Т₁=300К Т₁=300К мұндағы, m₂ –гелийдің баллондағы соңғы

m=10г m=10·10^-3 кг күйдегі массасы, μ – гелийдің молярлық

массасы, R- универсал газ тұрақтысы. ___________ (1) формуладан р₂ қысымды табамыз:

р₂ -? p₂ = m₂ / μ · RT₂ / V. (2)

Гелийдің m₂ массасын, бастапқы күйдегі баллондағы m₁массадан одан алынған mмассаны алып тастау арқылы табамыз:

m₂= m₁ - m (3) Бастапқы күйдегі баллондағы m₁массаны бастапқы күйдегі деп алып, Менделеев-Клапйрон теңдеуінен табамыз:

m₁= μ p₁ V / RT₁. (4)

(3) теңдікке (4) формуладағы m₁–ді қойып, содан соң табылған мәнді

(2) формулаға қоя отырып p₂ табамыз:

p₂ = ((μ p₁ V / RT₁)– m) · RT₂ / μ V

немесе түрлендіріп, қысқартудан кейін p₂мынаған тең болады:

p₂ = (Т₂ / Т₁) ·p₁ – m / μ · RT₂ / V. (5)

Гелийдің молярляқ массасы μ = 4·10^-3 кг/моль, R=8,31 Дж/(моль·К) екендігін ескере отырып:

p₂ = (290/300) · 10⁶ – (10^-2 / 4 · 10^-3) · (8,31/10^-2) · 290 = 3,64 · 10⁵ Па =

= 0,364 МПа.

Жауабы: p₂ = 0,364 МПа.

2 Есеп. (А.1 суретті қараңыз) Жылу машинасы идеал газбен 1-2 изохоралы қыздыру, 2-3 адиабаталық ұлғаю, 3-1 изотермалық сығылу процестерінен тұратын қайтымды цикл жасайды. Цикл кезіндегі температураның максимал мәні Т_max= 400К, ал минимал мәні – T_min= 300К. Циклдің ПӘК-ін табыңыз. Егер жылу машинасы қайтымды Карно циклымен қыздырғыш пен суытқыштың температураларының осындай мәнімен жұмыс жасаса, машинаның ПӘК қандай болар еді?

Берілгені: Берілген циклдің

Т_max= 400К P-V диаграммасын саламыз:

T_min= 300К

___________

Жылу машинасының ПӘК-і:

Жүйенің алатын Q₁ және беретін – Q₂ жылуын табу үшін термодинамиканың 1-бастамасын пайдаланамыз:

1-2, изохоралық қыздыру: .

2-3, адиабаталық ұлғаю: .

3-1, изотермалық сығылу: .

Диаграммадан Т_max = T₂, T_min = T₁ екендігі көрініп тұр. Сондықтан

(1)

Көлемдердің қатынасын температуралардың қатынасымен алмастырып, адиабата 2-3 теңдеуін пайдаланып және екендігін ескеріп, былай жазуға болады:

(2)

(2) теңдеуді (1)-ге қойсақ

Теңдеуді түрлендіреміз

Соңында

Карно циклі бойынша

Жауабы: ; .

3 Есеп. Неон (Ne) және сутегі (H₂) газдарын идеал газдар деп алып, тұрақты көлемдегі және тұрақты қысымдағы меншікті жылу сыйымдылықтарын есептеңіз.

Берілгені:

Ne Идеал газдардың меншікті жылу сыйымдылықтары мына

H₂ формулалармен анықталады:

________

С_V - ? С_V = (i / 2) · R / μ (1)

С_Р - ? С_Р = (i + 2 / 2) · R / μ (2)

мұндағы: i – газ молекуласының еркіндік дәрежесінің саны; μ – молярлық масса.

Неон үшін (бір атомды газ) i=3 және μ =20·10^-3 кг/моль.

(1) және (2) формулалардан:

С_V = (3 / 2) · 8,31 / 20·10^-3 = 6,24·10² Дж / (кг·К);

С_Р = (3 + 2 / 2) · 8,31 / 20·10^-3 = 1,04·10³ Дж / (кг·К).

Сутегі үшін (екі атомды газ) i=5 және μ =2·10^-3 кг/моль.

(1) және (2) формулалардан:

С_V = (5 / 2) · 8,31 / 2·10^-3 = 1,04·10⁴ Дж / (кг·К);

С_Р = (5 + 2 / 2) · 8,31 / 2·10^-3 = 1,46·10⁴ Дж / (кг·К).

Жауабы: С_V = 1,04·10⁴ Дж / (кг·К);

С_Р = 1,46·10⁴ Дж / (кг·К).

4.1 № 1 ЕСЖ «Заттың молекулалық құрылысы. Идеал газ заңдары. Статистикалық физика элементтері» тақырыбына тапсырмалар

Мақсаты: денелердің әр түрлі қасиеттерін және зат күйінің өзгерістерін молекула-кинетикалық теория тұрғысында түсіну және МКТ-ның негізгі заңдарын меңгеру.

1 кесте - Күндізгі оқу орындарындағы студенттерге арналған тапсырмалардың нұсқалары

Нұс-қа	В.С. Волькенштейн «Жалпы физика курсының есептер жинағы»-М.,1990	Байпақбаев Т.С.,Майлина Х.Қ. Жалпы физика курсының есептер жинағы. (Механика, статистикалық физика және термодинамика).-А., 2004	Физика: Задания к практическим занятиям /Под общ.ред.Ж.П. Лагутиной-М.,1989	Қо-сым-ша
А.1	5.7	4.1; 4.37; 6.11; 6.34		А.3
А.2	5.1	4.2; 4.28; 6.24; 6.40;		А.2
А.3	5.14	4.3; 4.30; 6.6; 6.39;		А.1
А.4	5.6	4.5; 4.38; 6.4; 6.43;		А.5
А.5	5.17	4.8; 4.33; 6.23; 6.37;		А.6
А.6	5.3	4.10;4.29; 6.26; 6.38;		А.4
А.7	5.15	4.12; 4.36; 6.22; 6.36		А.14
А.8	5.12	4.13; 4.39; 6.19; 6.41		А.23
А.9	5.9	4.10; 4.32; 6.8; 6.43		А.7
А.10	5.5	4.14; 4.31; 6.9; 6.44		А.9
Б.11	5.16	4.22; 4.35; 6.16; 6.42		А.8
Б.12	5.20	4.23; 4.34; 6.20; 6.45		А.11
Б.13	5.25	4.26; 4.45; 6.28; 6.47		А.10
Б.14	5.13	4.27; 4.49; 6.32; 6.45		А.12
Б.15	5.11	4.25; 4.44; 6.29; 648		А.15
Б.16	5.8	4.20; 4.54; 6.26; 6.46		А.17
Б.17	5.23	4.24; 4.52; 6.33		А.16
Б.18	5.26	4.19; 4.53; 6.31		А.18
Б.19	5.54	4.18; 4.51; 6.27		А.21
Б.20	5.21	4.16; 4.50; 6.30		А.20
С.21			8.28, 8,31, 9.6, 9.31, 10.19	А.22
С.22			8.25, 8.32, 9.7, 9.32, 10.9,	А.25
С.23			8.26, 8.35, 9.8, 9.34, 10.29,	А.24
С.24			8.30, 8.34, 9.11, 9.33, 10.21	А.13
С.25			8.24,8.36, 9.30,9.35,10.22	А.19

А қосымшасы

А.1 Есепте берілген шамалар бойынша газ молекуласының орташа квадраттық жылдамдығын есептеуге бола ма? а) <W_ілг>, М; б) р, М, n; в) р, . Жауабын түсіндіріңіз.

А.2 Газдың қысымы р оның тығыздығына тура пропорционал болған жағдайда, газ қысымын арттырсақ, молекуланың жылулық жылдамдығы өзгере ме? Себебін түсіндіріңіз.

А.3 Егер: а) тұрақты температурада газ молекулалары диссоцияланса; б) молекулалардың концентрациясы тұрақты, ал температурасы өзгерсе газ қысымы өзгере ме? Жауабын түсіндіріңіз.

А.4 Газдың қысымы . Қандай изопроцестерде n өсуімен қатар <W_ілг> өседі? Жауабын түсіндіріңіз.

А.5 Газдың қысымы . Қандай изопроцестерде n өссе <W_ілг> кемиді? Жауабын түсіндіріңіз.

А.6 Массасы тұрақты қандай да бір газ бір тепе-теңдік күйден екінші күйге көшеді. Молекулалардың жылдамдықтары бойынша таралу графигінде: а) Максвелл таралу қисығының максимумының орны; б) осы қисықтың ауданы өзгере ме? Егер өзгерсе, неліктен?

А.7 Газдың тығыздығын және молярлық массасын М біле отырып, көлем бірлігіндегі молекула санын табыңыз. Бұл физикалық шама қалай аталады?

А.8 Қандай да бір мөлшердегі бір атомды газы бар ыдыс жылдамдықпен келе жатып, кілт тоқтайды. Осы кезде молекулалардың орташа квадраттық жылдамдығының квадраты қаншаға өседі? Орташа квадраттық жылдамдық дегеніміз не?

А.9 Қалыпты атмосфералық қысымдағы оттегін тығыздығы қалыпты жағдайдағы азоттың тығыздығына тең болу үшін, қандай температураға дейін қыздыру керек?

А.10 Тығыз жабылған ыдыстың қақпағын ыссы су ағынына ұстағанда, қақпақтың неліктен жеңіл ашылатындығын түсіндіріңіз.

А.11 Массалары жєне оларға сәйкес молярлық массалары әр түрлі идеал газдан тұратын қоспа берілген. Осындай қоспаның күй теңдеуін мына теңдеумен өрнектеуге болатынын көрсетіңіз, мұндағы - қоспаның массасы. М-ді тауып, оның нені анықтайтынын түсіндіріңіз.

А.12 Газ заңдары. Газ заңдарында молекуланың өлшемі неліктен ескерілмейтіндігін түсіндіріңіз?

А.13 Жерден жоғары қарай көтерілген сайын, атмосферадағы N₂ молекула сандарының O₂ молекула сандарына қатынасының өсуін түсіндіріңіз?

А.14 Микро және макроскопиялық параметрлер. Температура макроскопиялық немесе микроскопиялық айнымалы шамаға жата ма ?

А.15 Шарль заңын молекула-кинетикалық теория тұрғысынан және орташа кинетикалық энергия мен абсолют температураның байланысы арқылы түсіндіріңіз.

А.16 Гей-Люссак заңын молекула-кинетикалық теория тұрғысынан және орташа кинетикалық энергия мен абсолют температураның байланысы арқылы түсіндіріңіз.

А.17 Ішкі энергия. Неліктен термодинамика мен молекулалық физикада ішкі энергияның шамасын есептегенде, атом мен иондағы электрондардың және ядродағы нуклондардың байланыс энергияларын ескермейміз?

А.18 Изотермиялық, изобаралық және изохоралық процестер үшін, идеал газ тығыздығының температураға тәуелділік графигін сызып, оларды түсіндіріңіз.

А.19 Егер газды тез қыссақ (мысалы, поршеньді сығу), онда оның температурасы өседі. Поршень астындағы газдың көлемін ұлғайтсақ, газ суыйды. Температураның өзгеруін молекула-кинетикалық теория тұрғысынан түсіндіріңіз. Молекулалардың қозғалыстағы поршеньмен соқтығысуын ескеріңіз.

А.20 Жылдамдықтың айнымалы шамасынан =/_ық айнымалы шамасына өте отырып, Максвелдің таралу функциясын түрлендіріңіз, мұндағы - молекулалардың ең ықтимал жылдамдығы.

А.21 а) изобаралық; б) изотермиялық процестерде газ көлемін ұлғайтсақ динамикалық тұтқырлық қалай өзгереді?

А.22 Изотермиялық ұлғаю кезінде а) молекулалардың орташа кинетикалық энергиясы; б) молекулалардың орташа еркін жүру жолы неге және қалай өзгереді?

А.23 Газ жабық ыдыста тұр. а) 1 с уақыт ішіндегі молекуланың басқа молекулалармен соқтығысуының орташа саны; б) молекуланың орташа еркін жүру жолы-молекулалардың жылулық қозғалысының орташа жылдамдығынан тәуелді бола ма және неліктен?

А.24 (А.2 суретті қараңыз) Суреттегі түзулердің қайсысы молекулалардың орташа квадраттық жылдамдығының температураға тәуелділігін логарифмдік масштабта дұрыс көрсетеді? Жауабын түсіндіріңіз.

А.25 Газ молекуласының еркін жүру жолының орташа ұзындығының өзгерісін түсіндіріңіз: а) изобаралық қыздырғанда; б) қысымын изотермиялық өсіргенде. Молекуланың әсерлік диаметрі тұрақты. Молекуланың еркін жүру жолының орташа ұзындығының температураға тәуелді графигін құрыңыз < l >=< l >(T).

4.2 №2 ЕСЖ «Газдардың элементар кинетикалық теориясы» тақырыбына тапсырмалар

Мақсаты: газ күйіндегі заттың негізгі қасиеттерін және газда болып өтетін құбылыстарды сапа жағынан ғана емес, сандық жағынан да түсіндіре алуды меңгеру және газдың ыдыс қабырғаларына түсіретін қысымын есептеп шығара алуға үйрету.

2 кесте - Күндізгі оқу орындарындағы студенттерге арналған тапсырмалардың нұсқалары

Нұс-қа	В.С. Волькенштейн «Жалпы физика курсының есептер жинағы»-М.,1990	Байпақбаев Т.С.,Майлина Х.Қ. Жалпы физика курсының есептер жинағы. (Механика, статистикалық физика және термодинамика).-А., 2004	Физика: Задания к практическим занятиям /Под общ.ред.Ж.П. Лагутиной-М.,1989	Қосымша
А.1	5.98	4.32; 5.17; 6.59; 7.1		Б.2
А.2	5.103	4,40; 5.20; 6.60; 7.3		Б.1
А.3	5.99	4.42; 5.14; 6.62; 7.5		Б.3
А.4	5.101	4.41; 5.19; 6.61 7.7		Б.6
А.5	5.100	4.43; 5.11; 6.69; 7.4		Б.8
А.6	5.96	4.47; 5.13; 6.63; 7.9		Б.10
А.7	5.113	5.1; 5.21; 6.74; 7.10		Б.9
А.8	5.110	4.48; 5.23; 6.70; 7.11		Б.11
А.9	5.107	5.4; 5.25; 6.66; 7.8		Б.4
А.10	5.105	5.2; 5.24; 6.65; 7.12		Б.5
Б.11	5.112	5.7; 5.22; 6.69; 7.13		Б.7
Б.12	5.118	5.8; 6.3; 6.75; 7.21		Б.12
Б.13	5.119	5.10; 6.1; 6.68; 7.19		Б.15
Б.14	5.111	5.5; 6.51;6.71; 7.24		Б.13
Б.15	5.106	5.12; 6.55; 6.72; 7.27		Б.14
Б.16	5.129	5.4; 6.57; 6.73; 7.25		Б.18
Б.17	5.131	5.6; 6.56; 6.68; 7.22		Б.17
Б.18	5.127	5.9; 6.53; 6.6; 7.18		Б.19
Б.19	5.134	5.16; 6.54; 6.74; 7.20		Б.20
Б.20		5.11; 6.58; 7.3; 7.27		Б.22
С.21			8.27, 8.40, 9.24, 9.36, 10.23	Б.21
С.22			8.21, 8.39, 9.12, 9.37, 10.24	Б.23
С.23			8.23, 8.38, 9.13, 9.40, 10.25	Б.25
С.24			8.22, 8.33, 9.14, 9.39, 10.26
С.25			8.29, 8.37, 9.15, 9.38, 10.31	Б.24

Б қосымшасы

Б.1 Максвелл және Больцманның таралу заңдарын қолданып, не себептен Айда атмосфера болмайтынын, ал Жерде атмосфераның шашырау жылдамдығы өте аз екенін түсіндіріңіз.

Б.2 Тепе-теңдіктің әртүрлі уақыт мерзімінде орнайтындығы белгілі. Диффузия үшін тығыздықтың теңгерілуінің уақытқа тәуелділігін Фик теңдеулерін және физикалық шамалардың өлшем бірліктерін пайдалана отырып анықтаңыз.

Б.3 Идеал газдың молекулаларының жылдамдық бойынша таралуы туралы Максвелл заңы. Максвеллдің жылдамдық бойынша таралу қисығы ассиметриялы болып келеді. Бұл нені білдіреді?

Б.4 Тасымалдау құбылыстары, кейбір жағдайда тасымалдау құбылысын “үш ұқсастық” деп атайды. Фик, Фурье, Ньютон заңдарын біріктіретін тасымалдау теңдеуін жазып, түсіндіріңіз.

Б.5 (Б.3 суретті қараңыз) Суретте қалайы температурасының өзгеру графигі көрсетілген. Осы графигтің қай бөлігі қалайының еруіне, сұйық қалайыны қыздыруға, қатты қалайыны суытуға сәйкес келетіндігін анықтаңыз.

t, ⁰С

400 Д

300

200 В С Е F

100

А G t,мин

0 10

Б.3 сурет

Б.6 Суға тасталынған қатты тұз, ерігеннен кейін, біраз уақыттан соң сұйықтың барлық жеріне біркелкі таралады. Оны қалай түсіндіруге болады?

Б.7 Қаты үрленген және тығыз байланған балалардың резенке шары, неге бірнеше күннен соң бос үрленгендей болып қалады?

Б.8 Әйнек молекулаларының арасында тартылыс күші бар. Стақанды сындырғаннан кейін, неліктен, оның сынықтарын қайтадан бір-біріне құрастыра алмаймыз?

Б.9 (Б.4 суретті қараңыз) Суретте рV координатасындағы идеал газ күйінің өзгеру графигі берілген. Осы процестің VТ координатасындағы сызбасын сызып көрсетіңіз.

р 3

1 2

0 V

Б.4 сурет

Б.10 Жазғы уақытта таңғы салқында, бір алқаптағы өсімдіктердің біріне шық түседі, ал енді біріне шық түспейді. Неліктен?

Б.11 Электр тоңазытқыштағы жабылмай қалған азық-түлік неліктен тез кеуіп қалады?

Б.12 (Б.5 суретті қараңыз) Суретте рТ координатасындағы идеал газ күйінің өзгеру графигі берілген. Осы процестің рV координатасындағы сызбасын сызып көрсетіңіз.

1 3

0 Т

Б.5 сурет

Б.13 Ауа ылғалдығының өзгеруіне байланысты, топырақтағы су буының қысымы өзгере ме?

Б.14 Газ қысымының өзгерісі қандай жағдайда үлкен болады: оның көлемі адиабаталық кемігенде ме әлде изотермалық кемігенде ме?

Б.15 Төрт тактілі іштен жану двигателіндегі қай тактілерін адиабаталық деп есептеуге болады?

Б.16 (Б.6 суретті қараңыз) Суреттегі: (жоғарыдан төмен қарай) изобаралық, изотермиялық, адиабаталық және изохоралық процестердің қайсысында ең көп жұмыс жасалады?

Б.6 сурет

Б.17 Баяу адиабаталық процесті мына ыдыстардың қайсысында жүзеге асыруға болады: шыны колбада ма? калориметрде ме? Дьюар ыдысында ма?

Б.18 Бөлшектерді беріктігі үшін, оны қатты қыздырғаннан кейін неге суға немесе майға салады?

Б.19 Егер, газ молекулаларының концентрациясын үш есеге арттырып, ал молекулаларының орташа жылдамдығын үш есеге кемітсек газдың қысымы қалай өзгереді?

Б.20 Жабық ыдыстағы газ молекулаларын серпімді шариктер деп есептеп, олардың бірдей жылдамдықтармен қозғалулары мүмкін емес екендігін дәлелдеңіз.

Б.21 Тұрақты қысымдағы газды қыздыру үшін, сондай массадағы газды тұрақты көлемде, сондай градуспен қыздырғанға қарағанда көп энергия жұмсалады. Неліктен?

Б.22 (Б.7 суретті қараңыз) Барлық изопараметрлік процестер салынған суретті талдап беріңіз:

Р 3

Б.7 сурет

Б.23 (Б.8 суретті қараңыз) Барлық изопараметрлік процестер салынған суретті талдап беріңіз:

2 3

Б.8 сурет

Б.24 Іштен жану двигательін не үшін суытады және қалай суытады?

Б.25Көп цилиндрлі двигательдің бір цилиндрлі двигательден артықшылығы неде?

4.3 №3 ЕСЖ «Нақты газдар» тақырыбына тапсырмалар

Мақсаты: идеал газ моделі жоғары қысымда және төменгі температурада жарамайтындығына көз жеткізе отырып, нақты газдар қасиеттерінің идеал газдың қасиеттерінен өзгеше болу себептерін түсіндіру және ол өзгерістерді есептер шығаруда пайдалана алуды үйрету.

3 кесте - Күндізгі оқу орындарындағы студенттерге арналған тапсырмалардың нұсқалары

Нұс-қа	В.С. Волькенштейн «Жалпы физика курсының есептер жинағы»-М.,1990	Байпақбаев Т.С.,Майлина Х.Қ. Жалпы физика курсының есептер жинағы. (Механика, статистикалық физика және термодинамика).-А., 2004	Физика: Задания к практическим занятиям /Под общ.ред.Ж.П. Лагутиной-М.,1989	Қосымша
А.1	6.4; 7.8; 7.56; 8.6	12.21		В.4
А.2	6.19; 7.1; 7.53; 8.10	12.29		В.2
А.3	6.3; 7.11; 7.55; 8.3	12.33		В.3
А.4	6.22; 7.24; 7.48; 8.19	12.32		В.1
А.5	6.1; 7.7; 7.57; 8.11	12.40		В.11
А.6	6.21; 7.1; 7.56; 8.7	12.27		В.12
А.7	6.6; 7.23; 7.69; 8.5	12.31		В.13
А.8	6.17; 7.10; 7.70; 8.21	12.28		В.14
А.9	6.54 7.5; 7.52; 8.16	12.30		В.5
А.10	6.24; 7.6; 7.64; 8.9	12.35		В.6
Б.11	6.2; 7.22; 7.71; 8.23	12.36		В.7
Б.12	6.16; 7.27; 7.83; 8.36	12.38		В.
Б.13	6.11; 7.35;7.74; 8.39	12.49		В.
Б.14	6.7; 7.29; 7.77; 8.33	12.46		В.8
Б.15	6.19; 7.34; 7.81; 8.40	12.34		В.9
Б.16	6.20; 7.30; 7.71; 8.36	12.44		В.10
Б.17	6.18; 7.36; 7.65; 8.32	12.37		В.15
Б.18	6.15; 7.38; 7.84; 8.38	12.39		В.16
Б.19	6.14; 7.40; 7.80; 8.28	12.42		В.17
Б.20	6.26; 7.37; 7.73;8.41	12.43		В.25
С.21			8.22, 8.33, 9.14, 9.39, 10.26	В.20
С.22			8.29, 8.37, 9.15, 9.38, 10.31	В.21
С.23			8.18, 8.42, 9.16, 9.41, 10.39	В.22
С.24			8.17, 8.50, 9.17, 9.42, 10.41	В.23
С.25			8.20, 8.45, 9.18, 9.43, 10.27	В.24

В қосымшасы

В.1 (В.9 суретті қараңыз) Барлық изопараметрлік процестер салынған суретті талдап беріңіз:

2 3

В.9 сурет

В.2 (В.10 суретті қараңыз) 1-ші күйден 2-ші күйге өткенде идеал газдың температурасы қалай өзгереді?

1 2

В.10 сурет

В.3 Реактивтік двигательде қыздырғыш пен суытқыштың міндетін не атқарады?

В.4 Неліктен, температураның өсуімен бірге броуындық қозғалыс пен диффузияның интенсивтігі артады?

В.5 Машинаның радиаторының қақпағын ашар кезде техника қауіпсіздігі ережесі бойынша жүргізуші жел соғып тұрған жаққа тұрып бетін қолымен қалқалап барып ашуы керек . Бұл талап немен байланысты?

В.6 Кез келген сұйықтың еркін беті неліктен айнадай жарқырап тұрады?

В.7 Кристалл және аморфты денелердің температуралары еру процессі кезінде өзгере ме?

В.8 (В.11 суретті қараңыз) Идеал газ 1-ші күйден 2-ші күйге өткенде температурасы қалай өзгереді?

В.11 сурет

В.9 (В.12 суретті қараңыз) Идеал газ 1-ші күйден 2-ші күйге өткенде қысымы қалай өзгереді?

1 2

В.12 сурет

В.10 Кез келген дене температураға байланысты газ, сұйық және қатты күйлерде бола алады. Берілген дене үшін, оның бір күйден екінші күйге өту температурасы неге тәуелді болады?

В.11(В.13 суретті қараңыз) Идеал газ 1-ші күйден 2-ші күйге өткенде көлемі қалай өзгереді?

В.13 сурет

В.12 Идеал газдардың қасиетін сипаттайтын заңдылықтарды атаңыз және оларға түсінік беріңіз.

В.13 Максвелл заңы – статистикалық заңдылық, себебін түсіндіріңіз.

В.14 Универсал газ тұрақтысының физикалық мәнін түсіндіріңіз.

В.15 (В.14 суретті қараңыз) Берілген суреттен нені байқауға болады және оны қандай формула арқылы түсіндіресіз.

P₀

В.14 сурет

В.16 (В.15 суретті қараңыз) Идеал газ 1-ші күйден 2-ші күйге өткенде көлемі қалай өзгереді?

1 2

В.15 сурет

В.17 Физикалық кинетика – денелердің тепе-тең күйден ауытқыған кезде пайда болатын құбылыстарды қарастыратын сала. Ол қандай құбылыстар және оларды түсіндіріп мысалдар келтіріңіз?

В.18 Ауадан оптикалық тығызрақ ортаға, яғни, сыну көрсеткіші үлкен ортаға өткенде жарықтың түсі өзгере ме?

В.19 (В.16 суретті қараңыз) Идеал газ 1-ші күйден 2-ші күйге өткенде көлемі қалай өзгереді?

Р 2

В.16 сурет

В.20 Велосипед доңғалағын үрлеу кезінде насостың қызып кеткендігін көруге болады. Себебін түсіндіріңіз.

В.21 Бірдей жағдайда, 1л сумен 1л ауаны қыздырғанда қай ыдыс 100⁰С-ға бірінші болып қызады? Неліктен?

В.22 Карбюраторлы двигательдің цилиндріндегі жанғыш қоспа неғұрлым көбірек сығылса, соғұрлым двигательдің қуаты көбірек болады. Дегенменде практикада мұндай двигательдерде жанғыш қоспаның көлемін 7-8 есеге азайтады. Оны немен түсіндіруге болады?

В.23 Изобаралық процесте жұмыс қысымға тәуелді ме? Неге?

В.24 А=р∆V формуласын пайдаланып, изотермиялық процесс кезіндегі жұмысты есептеуге бола ма? Себебі?

В.25 Жылу берілу процестерін атаңыз және оларды түсіндіріңіз.

4.4 №4 ЕСЖ «Изопроцестер. Термодинамика негіздері» тақырыбына тапсырмалар

Мақсаты: физикалық процестерді энергетикалық тұрғыдан қарастыра отырып, денелер мен табиғат құбылыстарының макроскопиялық қасиеттерін зерттеуді үйрету. Процестерді энергетикалық тұрғыдан қарастырудың практикалық мәнін түсіндіру. Термодинамиканың негізгі заңдарын есеп шығаруда қолдану.

4 кесте - Күндізгі оқу орындарындағы студенттерге арналған тапсырмалардың нұсқалары

Нұс-қа	В.С. Волькенштейн «Жалпы физика курсының есептер жинағы»-М.,1990	Байпақбаев Т.С.,Майлина Х.Қ. Жалпы физика курсының есептер жинағы. (Механика, статистикалық физика және термодинамика).-А., 2004	Физика: Задания к практическим занятиям /Под общ.ред.Ж.П. Лагутиной-М.,1989	Қосымша
А.1	5.200; 8.35; 4.4	6.12; 6.56;		Г.1
А.2	5.204; 8.26; 4.8	6.10; 6.59		Г.2
А.3	5.207; 8.37; 4.6	6.14; 6.63		Г.3
А.4	5.209; 8.8; 4.10	6.18; 6.54		Г.4
А.5	5.201; 8.4; 4.2	6.17; 6.60		Г.5
А.6	5.210; 8.20; 4.11	6.21; 6.53		Г.6
А.7	5.208; 8.18;4.1; 5.24	6.55		Г.7
А.8	5.216; 8.15; 4.14; 5.26	6.74		Г.8
А.9	5.225; 8.12; 4.3; 5.30	6.67		Г.9
А.10	5.213; 8.14; 4.9; 5.33	6.71		Г.10
Б.11	5.220; 8.2; 4.7; 5.35	6.75		Г.11
Б.12	5.212; 8.4; 4.5; 5.41	6.65		Г.12
Б.13	5.203; 8.9;4.12; 5.25	6.67		Г.13
Б.14	5.229; 8.29;4.15; 5.43	6.66		Г.14
Б.15	5.217; 8.37; 4.8; 5.29	6.72		Г.15
Б.16	5.227; 8.35; 4.19; 5.23	6.68		Г.16
Б.17	5.202; 8.22; 4.15; 5.45	6.58		Г.25
Б.18	5.215; 8.13; 4.16; 5.47	6.61		Г.22
Б.19	5.207; 8.31; 4.13; 5.50	6.64		Г.20
Б.20	5.214; 8.35; 4.20; 5.62	6.57		Г.17
С.21			8.11, 8.49, 9.2, 10.6, 10.6	Г.18
С.22			8.14, 8.46, 9.1, 10.17, 10.30	Г.21
С.23			8.13, 8.47, 9.4, 10.18, 10.40	Г.23
С.24			8.12, 8.48, 9.5, 10.32,10.49,	Г.19
С.25			8.15, 8.41, 9.3, 10.33, 10.50	Г.24

Г қосымшасы

Г.1 Салмақсыздық жағдайда сұйық тамшысы қандай форманы қабылдайды? Неліктен?

Г.2 Кристалл және аморф денелердің қасиеттеріндегі бір-бірінен айырмашылықтар неде?

Г.3 (Г.17 суретті қараңыз) Диаграммаға түсінік беріңіз:

1 2

4 3

Г.17 сурет

Г.4 (Г.18 суретті қараңыз) Суретте кристалл денеге жылу берілгеннен кейінгі оның күйінің өзгеру графигі берілген. Қыздыру басталғаннан кейінгі 3, 4, және 9-шы минуттардағы заттың күйінің қандай болғандығын анықтаңыз.

t, ⁰С

400 С

300

200 А В

100

0 2 4 6 8 10 t,мин

Г.18 сурет

Г.5 Идеал газы үшін C_p-C_v=R болатындығын түсіндіріңіз. R-ң физикалық мағынасы қандай?

Г.6 Газ тұтас күйінде тыныштық күйде болатын санақ жүйесінде, тепе-теңдік күйлі газдың молекулаларының орташа жылдамдығы <υ>. Молекулалардың бір-бірімен салыстырмалы қозғалысының <υ_сал > орташа жылдамдығын анықтау керек.

Г.7 Молекулалардың өзара әсерлесуінің көлденең эффективті қимасы σ. Молекулалардың d эффективті диаметірін табыңыз.

Г.8 Идеал газы үшін С_р= С_v = R болатындығын түсіндіріңіз. R-нің физикалық мағнасы қандай?

Г.9 Жабық ыдыстағы бір моль газды қыздырады. Газ энтропиясының өзгерісін салыстырыңыз, егер газ: а) бір атомды; б) екі атомды болса. Екі жағдайда да газдың бастапқы және соңғы температуралары бірдей.

Г.10 Жылу машинасы екі изохорадан және екі изобарадан тұратын цикл бойынша жұмыс істейді. Машина жұмыс істегенде қыздырғыш газ – суытқыш жүйесінің энтропиясы артатынын дәлелдеңіз. Мұнда газдың энтропиясы қалай өзгереді? Қыздырғыш пен суытқышьың жылу сыйымдылығы шексіз деп есептелсін.

Г.11 Газда: а) изохоралық қызу; б) адиабаталық сығылу процестері болады. Бастапқы температуралары бірдей. а) жағдайында жұтылған жылу мөлшері б) жағдайдағы істелген жұмысқа тең. Соңғы температураларды салыстырыңыз.

Г.12 Идеал бір атомды газ адиабаттық түрде сығылғанда немесе ұлғайғанда молекулалардың орташа жылдамдығы қысымға қалай байланысты болады?

Г.13 Еркін жүру жолының орташа ұзындығы L. Газ молекулаларының еркін жүру жолының орташа ұзындығын азайтатын бірнеше әдістерді келтіріңіз.

Г.14 Термодинамиканың екінші бастамасын тұжырымдаңыз. Нақты жағдайларда өздігінен ұлғаюдан, кедергіден, жылулық шашыраудан құтылу мүмкін емес. Осы процестерге тән жалпы белгілер қандай? Түсіндіріңіз.

Г.15 Идеал газдардың жылусыйымдылығының классикалық теориясының қиындықтары неде?

Г.16 Процестің энтропиясы температураға байланысты сызықты түрде өседі. Осы процестің жылусыйымдылығы температураға байланысты қалай өзгеруі керек?

Г.17 Максвелл және Больцманның таралу заңдарын қолданып, не себептен Айда атмосфера болмайтынын, ал жерде атмосфераның шашырау жылдамдығы өте аз екендігін түсіндіріңіз.

Г.18 Т-S диаграммасын қолданып, температураның бірдей Т₁ және Т₂ мәндерінде қайтымсыз циклдің термиялық ПӘК әрқашанда қайтымды Карно йиклінің ПӘК-нен аз болатындығын дәлелдеңіз.

Г.19 Молекула-кинетикалық теория негізінде жатқан тәжірибелік фактілерді атаңыз.

Г.20 Термодинамикалық жүйенің жұмысы және осы жүйеге істелетін жұмыстың физикалық мағнасын түсіндіріңіз. Мысал келтіріңіз.

Г.21 (Г.19 суретті қараңыз) Идеал газ 1-ші күйден 2-ші күйге өткенде көлемі қалай өзгереді?

1 2

Г.19 сурет

Г.22 (Г.20 суретті қараңыз) Идеал газ 1-ші күйден 2-ші күйге өткенде көлемі қалай өзгереді?

Р 2

Г.20 сурет

Г.23 (Г.21 суретті қараңыз)Диаграммаға түсінік беріңіз:

1 2

4 3

Г.21 сурет

Г.24 Егер, газ молекулаларының концентрациясын үш есеге арттырып, ал молекулаларының орташа жылдамдығын үш есеге кемітсек газдың қысымы қалай өзгереді?

Г.25 Жабық ыдыстағы газ молекулаларын серпімді шариктер деп есептеп, олардың бірдей жылдамдықтармен қозғалулары мүмкін емес екендігін дәлелдеңіз.

Әдебиеттер тізімі

1. Трофимова Т.И. Физика. - М.: «Академия», 2012.

2. Волькенштейн В.С. Жалпы физика курсының есептер жинағы. -А., 2012.

3. Трофимова Т.И. Основы физики. Молекулярная физика. Термодинамика. –М.: «Кнорус», 2011.

4. Трофимова Т.И. Физика курсы бойынша шешулері қоса берілген есептер жинағы.- М.: «Жоғары мектеп», 2010.

5. Савельев И.В. Курс общей физики. Т.1. Механика. Молекулярная физика. –СПб., 2008.

6. Ансельем И.А. Основы статистической физики и термодинамики. –СПб., 2007.

7. Коморов А.А. Термодинамика и статистическая физика. Ч.1. Руководство к решению задач. –А.: «Қазақ университеті», 2006.

8. Трофимова Т.И. Физика курсы. - М.: «Академия», 2006.

9. Чертов А.Г., Воробьев А.А. Задачник по физике. - М.: Физматлит., 2006.

10. Детлаф А.А. Курс физики. - М., 2005.

11. Савельев И.В. . Курс общей физики. - М., 2004.

12. Байпақбаев Т.С., Майлина Х.Қ. Жалпы физика курсының есептер жинағы. (Механика, статистикалық физика және термодинамика) -А., 2004.

13. Трофимова Т.И. Сборник задач по курсу физики для втузов. - М.: Оникс

21 век, 2003.

14. Физика. Механика. Молекулалық физика және термодинамика. Дәрістер конспектісі. –А.,2002.

15. Яворский Б., Пинский А. Основы физики. Учебник. Т.1. Механика. Молекулярная физика. Элекродинамика.-М.,2000.

16. Физика. Задания к практическим занятиям. Под ред. Ж.П. Лагутиной.– Мн.: Высш.шк., 1989.

Мазмұны

Кіріспе

«Молекулалық физика және термодинамика» пәнін оқып үйренудегі ұсыныстар

Есептеу-сызба жұмыстарын орындауға және тапсыруға қойылатын жалпы талаптар

Есеп шығару үлгісі

№ 1 ЕСЖ «Заттың молекулалық құрылысы. Идеал газ заңдары. Статистикалық физика элементтері» тақырыбына тапсырмалар

А Қосымша

№2 ЕСЖ «Газдардың элементар кинетикалық теориясы» тақырыбына тапсырмалар

Б Қосымша

№3 ЕСЖ «Нақты газдар» тақырыбына тапсырмалар

В Қосымша

№4 ЕСЖ «Изопроцестер. Термодинамика негіздері» тақырыбына тапсырмалар

Г Қосымша

Әдебиеттер тізімі

2013 ж. жиынтық жоспары, реті 131

Биназаров Сәуленбек Ахметқазыұлы
Сарсенбаева Сұлуқас Низаматдинқызы

МОЛЕКУЛАЛЫҚ ФИЗИКА, ТЕРМОДИНАМИКА
5В071700 – жылу энергетика мамандығының студенттері үшін
есептеу-сызба жұмыстарды орындау бойынша әдістемелік нұсқаулықтар

Редакторы Б.С. Қасымжанова
Стандарттау бойынша маман Н.К.Молдабекова

Басуға қол қойылды________
Пішімі 60´84 1/16
Таралымы 50 дана.

№ 1 типографиялық қағаз
Көлемі 1,8 оқу-басп.т.
Тапсырыс __. Бағасы 990 теңге.

Алматы энергетика және байланыс университетінің
комерциялық емес акционерлік қоғамының
көшірмелі –көбейткіш бюросы
050013 Алматы, Байтұрсынұлы к., 126