Kaheksas loeng -- Gaasid. -- Ülesanded.

1. Küsimused.
   1. Mida uurivad termodünaamika ja molekulaarfüüsika? Kuidas on nad omavahel seotud?
      
   2. Sõnastage Boyle-Mariotte'i, Gay-Lussac'i ja Charles'i seadused.
      
   3. Kuidas defineeritakse absoluutne (Kelvini) temperatuur? Mis on selle ühik?
      
   4. Mis on isoprotsessid? Loetlege neid.
      
   5. Mis on mool ja mida temaga mõõdetakse?
      
   6. Mis on "ideaalne gaas"?
      
   7. Mille poolest erinevad reaalsed ained ideaalsest gaasist?
      
   8. Kas ideaalset gaasi võib käsitleda pideva keskkonnana? Aga reaalseid aineid?
      
   9. Milliseid parandeid sisaldab Van der Waals'i võrrand?
      
   10. Mille arvelt tekib ruumala parand?
       
   11. Mis on siserõhk ja mille arvel see tekib?
       
   12. Mis on "kriitiline temperatuur"? Seletage matemaatiliselt.
       
   13. Kirjeldage kokku surutava gaasi käitumist kriitilisest madalamal temperatuuril.
       
   14. Mille poolest erineb aur gaasist?
       
   15. Millised jõud mõjuvad molekulide vahel klassikalise (mehhanistliku) teooria järgi?
       
   16. Kuidas tekib molekulide tasakaaluseisund? Seletage kristallvõre abil.
       
   17. Seletage aine kolme oleku erinevust molekuli energiadiagrammi abil.
       
   18. Mis on kolmikpunkt?
       
   19. Millises rõhkude vahemikus on võimalikud kõik kolm olekut?
       
   20. Kas on võimalik muuta gaasi vedelikuks rõhu suurendamise teel? Aga vedelikku gaasiks?

   
   

2. Ülesanded (TÜ ülesannete kogust)
   1. Anumas mahuga 2 m³ on 4 kg hapnikku (molaarmass 32 g/mool). Kui suur on rõhk temperatuuril 27$^o$C?
      
   2. Gaasi tihedus temperatuuril 15$^o$C ja rõhul 0.3 MPa on 4 g/l. Leida selle gaasi molaarmass.
      
   3. Mitu korda on talvel (temperatuuril 7$^o$C) ruumi täitva õhu mass suurem sama ruumi suvel (27$^o$C) täitva õhu massist?
      
   4. Leidke süsihappegaasi rõhk temperatuuril 20$^o$C, kui gaasi ruumala on 25 l ja mass 0.5 kg. Süsihappegaasi molaarmass on 44 g/mool.
      
   5. Autokummi maht on 30 l ja vajalik rõhk 1.9 atm. Mitu korda tuleb kummi täitmiseks vajutada käsipumpa, mille silindri maht on 0.4 l? (1 atm = 102 kPa.)
      
   6. Arvutage hapniku rõhk 10 l anumas, kus on 1 kg hapnikku temperatuuriga 80$^o$C, lähtudes
      
      
      1. ideaalse gaasi olekuvõrrandist (hapniku molaarmass on 32 g/mool);
         
      2. Van der Waals'i võrrandist, võttes konstandid a = 1.3 atm l ² / mool ² ning  b = 0.031 l / mool. (1 atm = 102 kPa.)
3. Probleeme.
   
   
   1. Tänapäeva ühe populaarse õhusõiduki - kuumaõhupalli - tõstejõud tekitatakse pallikesta täitva õhu soojendamisega. Vastavalt gaasi olekuvõrrandile on sama koguse gaasi ruumala kõrgema temperatuuri juures suurem, tihedus seega väiksem.
      
      
      1. Tuletage valem, mille abil saab arvutada õhupalli ühe kuupmeetri kohta tuleva tõstejõu sõltuvust temperatuurist, kui välisõhu temperatuur on $10^\circ$C ning tihedus 1.29 kg / m ^3;
         
      2. Leidke, kui suur peab olema palli ruumala, et tekitada tõstejõud 3000N temperatuuride vahe 20$^o$C korral;
      
      
   2. Kõrguse kasvades kahaneb õhurõhk eksponentfunktsiooni kohaselt:
      
      $$p=p_0e^{-kh},$$
      
      
      kus $p_0$ on rõhk merepinna kohal, h kõrgus ning k võrdetegur. Kuidas muutub õhupalli kandejõud kõrguse suurenedes?
      
   3. Leidke ülesandes 1a kirjeldatud õhupalli stabiilne lennukõrgus, kui palli kogukaal on 2000N. Võrdetegur leidke faktist, et 5.5 km kõrgusel on rõhk poole väiksem kui merepinnal.