作者hiu (闭门造爱)
看板Physics
标题[问题] 中学物理 气体动力论
时间Mon Aug 21 17:15:20 2023
以下题目是我针对103年物理指考单选题第3题 自己发想所做的延伸
想跟各位大大讨论一下
将总量5 (mole) 温度为27(度C) 的 氮气 ，装入一闸门关闭，材质绝热也不吸热，
温度原本为27(度C)的真空容器中，容器体积固定，体积固定为1000 (L)。
容器内部没有恒温装置。将容器放置在恒温27(度C)，空气气压固定为1(atm)的环境中。
(空气的的成分视为仅含氮气和氧气 比例固定是4:1。
且本题中所有的气体都视为理想气体)
今将闸门打开後，放置一段长时间达平衡後，请问:
1.达成平衡前的平衡过程中 有没有氮气分子会从容器内逸散到外界环境?
2.平衡後 容器内的氮气分压是多少?
0.8(atm)吗?
3.平衡後 容器内的氧气分压是多少?
0.2(atm)吗?
4.平衡後 容器内的温度是多少?
27(度C)吗?
5.平衡後 容器内的气体总内动能是多少?
151950(J)吗?
这题我想讨论了解的是: 即使容器内氮气分压比外界小 氮气是否会扩散到外界呢?
若将题干条件中
装入气体的温度与容器原本的温度 皆改为100(度C)
但环境温度依然维持恒温27(度C)。 其他所有条件皆不变 请问:
6.当容器内的气体总压刚达到1(atm)时 此时容器内的温度是多少?
36(度C)吗?
7.若容器持续放置在此环境很长的时间 容器内的温度会接近27(度C)吗?
这题我想了解的是: 即使达成气压平衡後 是否容器内外气体分子的移动 仍属於动态平衡
若将题干条件中 装入气体的温度与容器原本的温度 皆改为100(度C)
但环境温度依然维持恒温27(度C)。
并且闸门改为是个只出不进的单向闸门，且氮气分子的速率若小於400(m/s)就出不去。
其他所有条件皆不变 请问:
8.经过一段长时间後，有没有氮气分子会从容器内逸散到外界环境?
9.经过一段长时间後，容器内的温度是否会低於原本的100(度C)呢?
若将题干条件中 装入气体的温度与容器原本的温度 皆改为100(度C)
但环境温度依然维持恒温27(度C)。
并且闸门改为是个只出不进的单向闸门，且氮气分子的速率若小於400(m/s)就出不去。
并且将容器的体积改为 150(L)
其他所有条件皆不变 请问:
10.经过一段长时间後，容器内的温度是否会低於原本的100(度C)?
若将题干条件中 装入气体的温度与容器原本的温度 皆改为100(度C)
但环境温度依然维持恒温27(度C)。
并且闸门改为是个只出不进的单向闸门，且氮气分子的速率若小於400(m/s)就出不去。
并且将容器的体积改为
50(L)
其他所有条件皆不变 请问:
11.经过一段长时间後，容器内的温度是否会低於原本的100(度C)?
上述9 10 11题 我想了解的主要是
当容器内气体分子数减少 则总内能减少 这点没有问题
但减少的气体分子 理当是其中速率较快的分子
必然导致最终整体容器内气体分子的方均根速率降低
而方均根速率降低 是否会进一步的导致容器内的温度降低呢?
若将题干条件中 装入气体的温度与容器原本的温度 皆改为100(度C)
但环境温度改为维持恒温
200(度C)。
并且闸门改为是个只出不进的单向闸门，且氮气分子的速率若小於400(m/s)就出不去。
并且将容器的体积改为 50(L)
其他所有条件皆不变 请问:
12.经过一段长时间後，容器内的温度是否会低於原本的100(度C)?
如果上述 9 10 11的答案 都是温度会降低
那现在第12题 将条件改成外界环境温度高於容器内的温度
这样经过一段时间的平衡 容器内的温度还是会降低吗?
虽然题目说容器的材质是绝热 但总觉得哪里怪怪的
若将题干条件中 装入气体的温度与容器原本的温度 皆改为100(度C)
但环境温度依然维持恒温
27(度C)。
并且闸门改为是个只出不进的单向闸门，且氮气分子的速率若
大於400(m/s)就出不去。
并且将容器的体积改为 50(L)
其他所有条件皆不变 请问:
13.经过一段长时间後，容器内的温度是否会
高於原本的100(度C)?
最後这题 索性将条件改成速率较高的分子反而走不了
依照前面第11题的逻辑
离开的分子 理当是其中速率较慢的分子
这会导致最终整体容器内气体分子的方均根速率变高
而方均根速率变高 是否会进一步的导致容器内的温度变高呢?
这题我故意设计外界环境的温度比容器内低
这样如果容器内的气体会自发地增加温度 这样不是很怪吗?
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※ 发信站: 批踢踢实业坊(ptt.cc), 来自: 1.160.32.31 (台湾)
※ 文章网址: https://webptt.com/cn.aspx?n=bbs/Physics/M.1692609322.A.8C9.html
1F：推 sunev: 你有看过板规吗？ 08/21 20:04
有喔~ 能请睿智的大大赐教吗? 感恩~
2F：推 sunev: 你有再修文添上个人想法了，没事。但建议你可以先到test板 08/21 21:21
3F：→ sunev: 确定文章的排版颜色及内容後，再把确定版本发表至正式版面 08/21 21:22
能请睿智的大大 针对我问的题目 给一点物理气体动力论相关的见解吗? 感恩~
4F：推 sunev: 睿智谈不上，大家就互相交流讨论吧。你的问题可分两部份， 08/22 09:39
5F：→ sunev: 第一部份牵涉到压力的本质，压力的来源就是分子撞击器壁， 08/22 09:39
6F：→ sunev: 你拿掉器壁（开阀门），分子当然就飞出去了。第二部份其实 08/22 09:39
7F：→ sunev: 就是鼎鼎大名的Maxwell's demon，简单来说筛选速度高的 08/22 09:39
8F：→ sunev: 分子，本身就会造成熵的上升，所以没有违反热力学第二定律 08/22 09:39
9F：→ sunev: 。 08/22 09:40
谢谢睿智的大大指点方向~ 感恩~
※ 编辑: hiu (1.160.32.31 台湾), 08/22/2023 23:59:55