Консультация онлайн # 202503

Раздел: Физика
Автор вопроса: Ира (Посетитель)
Дата: 01.04.2022, 18:34 Консультация неактивна
Поступило ответов: 1
Уважаемые эксперты! Пожалуйста, ответьте на вопрос:
B цeнтpифугe c poтopoм paдиycoм a, paвным 0,5 м, пpи тeмпepaтype T=300K нaxoдитcя в гaзooбpaзнoм сocтoянии вeщecтвo c oтнocитeльнoй мoлeкyляpнoй мaccoй Mr=10^3. Oпрeдeлить oтнoшeниe na/n0 кoнцeнтpaций мoлeкул y стeнoк ротopa и в цeнтрe eгo, eсли poтop врaщaeтся с чaстoтой n=30 с^-1.

Ответ # 1, Konstantin Shvetski (Модератор)

Здравствуйте, Ира
Дано:
r=a=0,5 м
Т=300 К
Мr=103
n=30 c-1
Найти:
na/n0
Решение:
Первое, что приходит в голову, - это то, что барометрическая формула Больцмана вообще-то про давление изначально:
p=p0*e^(-U/kT) ( (1)
Второе, - концентрация и давление газа при постоянной температуре прямо связаны между собой согласно формуле
p=n*k*T (2)
Следовательно, отношение концентраций будет равно отношению соответствующих давлений:
na/n0=pa/p0 (3)
Следовательно, с учетом (1) и (3)
na/n0=e^(-U/kT) (4)
Здесь
k=1,38*10-23Дж/К - постоянная Больцмана;
U - потенциальная энергия частиц (молекул) в поле центробежной силы FЦБ
FЦБ=mω2*r (5)
Здесь
m - масса частиц (молекул)
ω - угловая частота вращения
m=M/NA=Mr*10-3/NA (6)
ω=2π*n (7)
Здесь
M=Mr*10-3 кг/моль - Молярная масса вещества (в нашем случае M=103*10-3=1кг/моль... многовато что-то однако... для вещества с планеты Земля);
NA=6,022*1023моль-1 - число Авогадро;
π=3,14
Тогда, с учетом выражений (5), (6), (7), центробежная сила
FЦБ=4π2*M*n2*r/NA (8)
Интегрирую выражение (8) и получаю потенциальную энергию U:
U=4π2*(M/NA)*n2a0rdr
U=-2π2*M*n2*a2/NA (9)
Подставим результат (9) в выражение (4). Учтем при этом, что
NA*k=R=8,31 Дж/моль*К - универсальная газовая постоянная.
Итак
na/n0=e^(2π2*M*n2*a2/RT)
После подстановки известных значений и расчетов получаем
na/n0=5,86≈5,9
*******
Удачи
smile

Последнее редактирование 06.04.2022, 17:39 Konstantin Shvetski (Модератор)


Konstantin Shvetski

Модератор
06.04.2022, 00:15
5
Благодарю Вас за оказанную помощь

Мини-форум консультации # 202503

Гордиенко Андрей Владимирович

Мастер-Эксперт

ID: 17387

325295

= общий =    03.04.2022, 11:38
Здравствуйте, Ира!

Возможно, для Вас будет полезна эта информация: Ссылка >>.
=====
Facta loquuntur.
Ира

Посетитель

ID: 405891

325334

= общий =    05.04.2022, 16:00
Тоже это видела, но не смогла разобраться
Гордиенко Андрей Владимирович

Мастер-Эксперт

ID: 17387

325336

= общий =    05.04.2022, 16:12
Здравствуйте, Ира! Возможно, в Ваших знаниях по физике имеются серьёзные системные изъяны. Попробуйте проконсультироваться у своего преподавателя, если после чтения учебника Вам непонятно, как решить задачу. Задача, конечно, сложная для молодых людей, поскольку требует знания как механики, так и молекулярно-кинетической теории...
=====
Facta loquuntur.
Ира

Посетитель

ID: 405891

325337

= общий =    05.04.2022, 16:55
Если бы вы только знали нашего преподавателя.. Если к нему можно было обратиться за помощью и он бы помог, то я не стала бы писать сюда
Гордиенко Андрей Владимирович

Мастер-Эксперт

ID: 17387

325340

= общий =    05.04.2022, 19:07
Я могу только посочувствовать Вам, Ирина. Своим студентам я даю посильные простейшие задания с исчерпывающими комментариями с моей стороны, но и при этом не все способны их решить. Это особенность современной системы образования.

А по какому учебнику Вы изучаете физику?
=====
Facta loquuntur.
Ира

Посетитель

ID: 405891

325341

= общий =    05.04.2022, 19:16
Чертов, Воробьев
Гордиенко Андрей Владимирович

Мастер-Эксперт

ID: 17387

325343

= общий =    05.04.2022, 19:26
По-моему, у этих авторов есть сборник задач и методические указания для студентов-заочников, но нет учебника.
=====
Facta loquuntur.
Ира

Посетитель

ID: 405891

325344

= общий =    05.04.2022, 19:32
Именно так, там просто формулы и задачи все
самой разобраться очень сложно, в интернете все по разному
Гордиенко Андрей Владимирович

Мастер-Эксперт

ID: 17387

325345

= общий =    05.04.2022, 19:38
Изучайте физику по учебнику, который должен быть рекомендован Вам. Тогда у Вас не будет таких проблем. Что Вам рекомендовали?
=====
Facta loquuntur.
Ира

Посетитель

ID: 405891

325346

= общий =    05.04.2022, 19:44
Ничего :(
Скинули номера задач и требования к оформлению + дист обучение и даже пары онлайн не было. Просто скинули задания и все
Гордиенко Андрей Владимирович

Мастер-Эксперт

ID: 17387

325347

= общий =    05.04.2022, 19:52
Тогда запросите у своего преподавателя название и авторов учебника, который Вы должны использовать для изучения физики.

Я "поздравляю" Вас с очевидным эффектом дистанционного "обучения". Само по себе оно требует тщательной методической отработанности и высочайшего уровня сознательности и профессиональности преподавателей, что практически нереализуемо, как я знаю по своему опыту работы в вузе...

Если Вы не против, то создайте новую консультацию, в которой опишите возникшую у Вас проблему с изучением физики, укажите название специальности и попросите экспертов рекомендовать Вам подходящую литературу для изучения физики. Эта консультация будет актуальной для многих жертв дистанционного обучения.
=====
Facta loquuntur.
Ира

Посетитель

ID: 405891

325348

= общий =    05.04.2022, 19:59
А вы никак не можете помочь? остались только эти две задачи
Гордиенко Андрей Владимирович

Мастер-Эксперт

ID: 17387

325349

= общий =    05.04.2022, 20:20
Уважаемая Ирина!

Я могу "помочь" и решить эти задачи. Однако, такую помощь я стараюсь не оказывать, поскольку не являюсь знатоком физики. Кроме того, Вы сами не поймёте решения задач в том кратком стиле, которого я теперь придерживаюсь, как не поняли решений, ссылки на которые я Вам дал. А "разжёвывать" их для меня неприемлемо, поскольку я не располагаю свободным временем в достатке.

Прислушайтесь к моему предложению, создайте консультацию с просьбой рекомендовать Вам нужный учебник, если, конечно, Вы намерены изучить физику, а не ограничиться выполнением контрольной работы. В противном случае обратитесь на ресурсы, где оказывают платные услуги по решению задач. Ваши задачи там уже давно решены, поэтому много платить Вам не придётся.

На этом всё! Успехов Вам! smile
=====
Facta loquuntur.
Ира

Посетитель

ID: 405891

325376

= общий =    06.04.2022, 16:24
Но разве барометрическая формула не такой имеет вид?

-----
Прикрепленные файлы:

Ира

Посетитель

ID: 405891

325377

= общий =    06.04.2022, 16:26
или вы может быть имели в виду формулу определения концентрации частиц? Распределение частиц в силовом поле? n=n0*e^(-U/kT)
Konstantin Shvetski

Модератор

ID: 226425

325378

= общий =    06.04.2022, 17:34

Но разве барометрическая формула не такой имеет вид

- под номером (1) у меня именно эта формула и записана.
Потенциальная энергия частицы в поле силы тяжести
U=mgh
- известна с 7 класса. У вас
U=mgz
- z - вертикальная координата, то же что и h- высота.
В нашем случае "больший вес", гораздо большее значение и гораздо большее влияние на частицу имеет не сила тяжести, а центробежная сила и, соответственно потенциальную энергию мы вычисляем не в поле силы тяжести, а в поле этой самой центробежной силы (формула (5) в моем решении).

Распределение частиц в силовом поле? n=n0*e^(-U/kT)


Я эту формулу вывел - онга у меня идет под номером (4). Только лишь потому, что я не помню ВСЕХ! формул физики, поэтому опираюсь на мне известные, а которые не помню - вывожу. Наверно, если вы помните эту формулу (распределение частиц в силовом поле) или, по крайней мере помните страницу того самого учебника, в котором она записана, вы можете пропустить первые строки моего решения и начать решение задачи с неё.
Просто пишите то, что вы мне написали в последнем посте ("Распределение частиц в силовом поле.... - далее формула) и затем всё моё решение начиная от цифры (4)... Только у вас это будет уже не (4), а (1).
****
Удачи
smile

=====
С уважением, shvetski
Возможность оставлять сообщения в мини-форумах консультаций доступна только после входа в систему.
Воспользуйтесь кнопкой входа вверху страницы, если Вы зарегистрированы или пройдите простую процедуру регистрации на Портале.