作者hiu (閉門造愛)
看板Physics
標題[問題] 中學物理 氣體動力論
時間Mon Aug 21 17:15:20 2023
以下題目是我針對103年物理指考單選題第3題 自己發想所做的延伸
想跟各位大大討論一下
將總量5 (mole) 溫度為27(度C) 的 氮氣 ，裝入一閘門關閉，材質絕熱也不吸熱，
溫度原本為27(度C)的真空容器中，容器體積固定，體積固定為1000 (L)。
容器內部沒有恆溫裝置。將容器放置在恆溫27(度C)，空氣氣壓固定為1(atm)的環境中。
(空氣的的成分視為僅含氮氣和氧氣 比例固定是4:1。
且本題中所有的氣體都視為理想氣體)
今將閘門打開後，放置一段長時間達平衡後，請問:
1.達成平衡前的平衡過程中 有沒有氮氣分子會從容器內逸散到外界環境?
2.平衡後 容器內的氮氣分壓是多少?
0.8(atm)嗎?
3.平衡後 容器內的氧氣分壓是多少?
0.2(atm)嗎?
4.平衡後 容器內的溫度是多少?
27(度C)嗎?
5.平衡後 容器內的氣體總內動能是多少?
151950(J)嗎?
這題我想討論了解的是: 即使容器內氮氣分壓比外界小 氮氣是否會擴散到外界呢?
若將題幹條件中
裝入氣體的溫度與容器原本的溫度 皆改為100(度C)
但環境溫度依然維持恆溫27(度C)。 其他所有條件皆不變 請問:
6.當容器內的氣體總壓剛達到1(atm)時 此時容器內的溫度是多少?
36(度C)嗎?
7.若容器持續放置在此環境很長的時間 容器內的溫度會接近27(度C)嗎?
這題我想了解的是: 即使達成氣壓平衡後 是否容器內外氣體分子的移動 仍屬於動態平衡
若將題幹條件中 裝入氣體的溫度與容器原本的溫度 皆改為100(度C)
但環境溫度依然維持恆溫27(度C)。
並且閘門改為是個只出不進的單向閘門，且氮氣分子的速率若小於400(m/s)就出不去。
其他所有條件皆不變 請問:
8.經過一段長時間後，有沒有氮氣分子會從容器內逸散到外界環境?
9.經過一段長時間後，容器內的溫度是否會低於原本的100(度C)呢?
若將題幹條件中 裝入氣體的溫度與容器原本的溫度 皆改為100(度C)
但環境溫度依然維持恆溫27(度C)。
並且閘門改為是個只出不進的單向閘門，且氮氣分子的速率若小於400(m/s)就出不去。
並且將容器的體積改為 150(L)
其他所有條件皆不變 請問:
10.經過一段長時間後，容器內的溫度是否會低於原本的100(度C)?
若將題幹條件中 裝入氣體的溫度與容器原本的溫度 皆改為100(度C)
但環境溫度依然維持恆溫27(度C)。
並且閘門改為是個只出不進的單向閘門，且氮氣分子的速率若小於400(m/s)就出不去。
並且將容器的體積改為
50(L)
其他所有條件皆不變 請問:
11.經過一段長時間後，容器內的溫度是否會低於原本的100(度C)?
上述9 10 11題 我想了解的主要是
當容器內氣體分子數減少 則總內能減少 這點沒有問題
但減少的氣體分子 理當是其中速率較快的分子
必然導致最終整體容器內氣體分子的方均根速率降低
而方均根速率降低 是否會進一步的導致容器內的溫度降低呢?
若將題幹條件中 裝入氣體的溫度與容器原本的溫度 皆改為100(度C)
但環境溫度改為維持恆溫
200(度C)。
並且閘門改為是個只出不進的單向閘門，且氮氣分子的速率若小於400(m/s)就出不去。
並且將容器的體積改為 50(L)
其他所有條件皆不變 請問:
12.經過一段長時間後，容器內的溫度是否會低於原本的100(度C)?
如果上述 9 10 11的答案 都是溫度會降低
那現在第12題 將條件改成外界環境溫度高於容器內的溫度
這樣經過一段時間的平衡 容器內的溫度還是會降低嗎?
雖然題目說容器的材質是絕熱 但總覺得哪裡怪怪的
若將題幹條件中 裝入氣體的溫度與容器原本的溫度 皆改為100(度C)
但環境溫度依然維持恆溫
27(度C)。
並且閘門改為是個只出不進的單向閘門，且氮氣分子的速率若
大於400(m/s)就出不去。
並且將容器的體積改為 50(L)
其他所有條件皆不變 請問:
13.經過一段長時間後，容器內的溫度是否會
高於原本的100(度C)?
最後這題 索性將條件改成速率較高的分子反而走不了
依照前面第11題的邏輯
離開的分子 理當是其中速率較慢的分子
這會導致最終整體容器內氣體分子的方均根速率變高
而方均根速率變高 是否會進一步的導致容器內的溫度變高呢?
這題我故意設計外界環境的溫度比容器內低
這樣如果容器內的氣體會自發地增加溫度 這樣不是很怪嗎?
--
※ 發信站: 批踢踢實業坊(ptt.cc), 來自: 1.160.32.31 (臺灣)
※ 文章網址: https://webptt.com/m.aspx?n=bbs/Physics/M.1692609322.A.8C9.html
1F：推 sunev: 你有看過板規嗎？ 08/21 20:04
有喔~ 能請睿智的大大賜教嗎? 感恩~
2F：推 sunev: 你有再修文添上個人想法了，沒事。但建議你可以先到test板 08/21 21:21
3F：→ sunev: 確定文章的排版顏色及內容後，再把確定版本發表至正式版面 08/21 21:22
能請睿智的大大 針對我問的題目 給一點物理氣體動力論相關的見解嗎? 感恩~
4F：推 sunev: 睿智談不上，大家就互相交流討論吧。你的問題可分兩部份， 08/22 09:39
5F：→ sunev: 第一部份牽涉到壓力的本質，壓力的來源就是分子撞擊器壁， 08/22 09:39
6F：→ sunev: 你拿掉器壁（開閥門），分子當然就飛出去了。第二部份其實 08/22 09:39
7F：→ sunev: 就是鼎鼎大名的Maxwell's demon，簡單來說篩選速度高的 08/22 09:39
8F：→ sunev: 分子，本身就會造成熵的上升，所以沒有違反熱力學第二定律 08/22 09:39
9F：→ sunev: 。 08/22 09:40
謝謝睿智的大大指點方向~ 感恩~
※ 編輯: hiu (1.160.32.31 臺灣), 08/22/2023 23:59:55