[問題] 中學物理氣體動力論

看板Physics作者hiu (閉門造愛)時間2年前 (2023/08/21 17:15)推噓3(3推 0噓 6→)

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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://www.ptt.cc/bbs/Physics/M.1692609322.A.8C9.html

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sunev

08/21 20:04, 2年前 , 1^F

08/21 20:04, 1^F

有喔~ 能請睿智的大大賜教嗎? 感恩~

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sunev

08/21 21:21, 2年前 , 2^F

08/21 21:21, 2^F

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sunev

08/21 21:22, 2年前 , 3^F