Разделы 
Дополнительно
Задача по физике - 4788
2017-11-06 
В сосуде длины $L$, разделенном на две части легким, свободно скользящим поршнем, находятся азот и водород (см. рис.). Материал, из которого изготовлен теплопроводящий поршень, оказался проницаем для водорода. Найти положение поршня после установления равновесия в системе. Первоначальные давления и температуры газов одинаковы. Объем, занимаемый водородом, больше объема азота в три раза.
Решение:
Поскольку поршень проницаем для водорода, то он начнёт медленно просачиваться из правого объема в левый, и концентрация водорода в левой части будет возрастать, а поршень будет сдвигаться вправо (см. рис. ). Поскольку общее количество и температура газов при этом не изменяются, то и давление в цилиндре не изменится. Процесс диффузии водорода придет в равновесие, когда скорость диффузии водорода из правого объёма в левый и из левого объёма в правый станут равны.
Важно понимать, что азот, находящийся в левой части сосуда, не оказывает никакого влияния на диффузию водорода.
Скорость просачивания газа через перегородку пропорциональна частоте столкновений молекул этого газа с перегородкой, а значит, пропорциональна объёмной концентрации.
Можно ожидать, что система придёт в равновесие, и поршень перестанет двигаться тогда, когда объёмные концентрации водорода в правой и левой частях цилиндра станут равны.
Просачивание водорода приводит к уменьшению давления в правом объёме и возрастанию давления в левом. Равновесие восстанавливается посредством движения поршня слева направо.
Для смеси газов полное давление является суммой парциальных давлений каждого газа.
В правой части цилиндра находится чистый водород. Его парциальное давление равно поэтому полному давлению $p_{0}$.
В левой части при квазистационарном процессе тоже давление $p_{0}$, но оно является суммой парциальных давлений водорода и азота:
$p_{0} = p_{N} + p_{H}$.
Значит, давление водорода, а следовательно, и его объёмная концентрация в левой части всегда меньше, чем давление и концентрация водорода в правой части. Поэтому диффузия водорода будет продолжаться до тех пор, пока поршень не займёт крайнее правое положение, и газы полностью смешаются. Это произойдёт при любом начальном соотношении объёмов газов.
В сосуде длины $L$, разделенном на две части легким, свободно скользящим поршнем, находятся азот и водород (см. рис.). Материал, из которого изготовлен теплопроводящий поршень, оказался проницаем для водорода. Найти положение поршня после установления равновесия в системе. Первоначальные давления и температуры газов одинаковы. Объем, занимаемый водородом, больше объема азота в три раза.
Решение:
Поскольку поршень проницаем для водорода, то он начнёт медленно просачиваться из правого объема в левый, и концентрация водорода в левой части будет возрастать, а поршень будет сдвигаться вправо (см. рис. ). Поскольку общее количество и температура газов при этом не изменяются, то и давление в цилиндре не изменится. Процесс диффузии водорода придет в равновесие, когда скорость диффузии водорода из правого объёма в левый и из левого объёма в правый станут равны.
Важно понимать, что азот, находящийся в левой части сосуда, не оказывает никакого влияния на диффузию водорода.
Скорость просачивания газа через перегородку пропорциональна частоте столкновений молекул этого газа с перегородкой, а значит, пропорциональна объёмной концентрации.
Можно ожидать, что система придёт в равновесие, и поршень перестанет двигаться тогда, когда объёмные концентрации водорода в правой и левой частях цилиндра станут равны.
Просачивание водорода приводит к уменьшению давления в правом объёме и возрастанию давления в левом. Равновесие восстанавливается посредством движения поршня слева направо.
Для смеси газов полное давление является суммой парциальных давлений каждого газа.
В правой части цилиндра находится чистый водород. Его парциальное давление равно поэтому полному давлению $p_{0}$.
В левой части при квазистационарном процессе тоже давление $p_{0}$, но оно является суммой парциальных давлений водорода и азота:
$p_{0} = p_{N} + p_{H}$.
Значит, давление водорода, а следовательно, и его объёмная концентрация в левой части всегда меньше, чем давление и концентрация водорода в правой части. Поэтому диффузия водорода будет продолжаться до тех пор, пока поршень не займёт крайнее правое положение, и газы полностью смешаются. Это произойдёт при любом начальном соотношении объёмов газов.
