题目
设氮分子的有效直径为({10)^-10}(m).求氮气在标准状态下的平均碰撞次数.如果温度不变,气压降到1.33times ({10)^-4}(Pa),则平均碰撞次数又为多少?
设氮分子的有效直径为${{10}^{-10}}\text{m}$.
求氮气在标准状态下的平均碰撞次数.
如果温度不变,气压降到$1.33\times {{10}^{-4}}\text{Pa}$,则平均碰撞次数又为多少?
题目解答
答案
- (1)
$5.43\times {{10}^{8}}\text{/s}$
- (2)
$0.71\text{/s}$
解析
步骤 1:计算氮气在标准状态下的平均碰撞次数
氮气在标准状态下的平均碰撞次数可以通过以下公式计算:
\[ Z = \frac{1}{\sqrt{2}\pi d^2} \cdot \frac{p}{kT} \cdot \sqrt{\frac{8kT}{\pi m}} \]
其中,$d$是分子的有效直径,$p$是气体的压强,$k$是玻尔兹曼常数,$T$是温度,$m$是分子的质量。
步骤 2:代入标准状态下的参数
标准状态下,$p = 1.013 \times 10^5 \text{Pa}$,$T = 273.15 \text{K}$,氮分子的质量$m = 4.65 \times 10^{-26} \text{kg}$,$d = 10^{-10} \text{m}$,$k = 1.38 \times 10^{-23} \text{J/K}$。
步骤 3:计算氮气在标准状态下的平均碰撞次数
代入上述参数,计算氮气在标准状态下的平均碰撞次数$Z$。
步骤 4:计算氮气在气压降到$1.33\times {{10}^{-4}}\text{Pa}$时的平均碰撞次数
当气压降到$1.33\times {{10}^{-4}}\text{Pa}$时,温度不变,代入新的压强值,重新计算平均碰撞次数$Z$。
氮气在标准状态下的平均碰撞次数可以通过以下公式计算:
\[ Z = \frac{1}{\sqrt{2}\pi d^2} \cdot \frac{p}{kT} \cdot \sqrt{\frac{8kT}{\pi m}} \]
其中,$d$是分子的有效直径,$p$是气体的压强,$k$是玻尔兹曼常数,$T$是温度,$m$是分子的质量。
步骤 2:代入标准状态下的参数
标准状态下,$p = 1.013 \times 10^5 \text{Pa}$,$T = 273.15 \text{K}$,氮分子的质量$m = 4.65 \times 10^{-26} \text{kg}$,$d = 10^{-10} \text{m}$,$k = 1.38 \times 10^{-23} \text{J/K}$。
步骤 3:计算氮气在标准状态下的平均碰撞次数
代入上述参数,计算氮气在标准状态下的平均碰撞次数$Z$。
步骤 4:计算氮气在气压降到$1.33\times {{10}^{-4}}\text{Pa}$时的平均碰撞次数
当气压降到$1.33\times {{10}^{-4}}\text{Pa}$时,温度不变,代入新的压强值,重新计算平均碰撞次数$Z$。