Человека повсюду окружают предметы, изготовленные их искусственно синтезированных материалов. Каждый из них имеет определенные свойства, обусловленные химическим составом. Его изучением занимается аналитическая химия — наука, которая анализирует вещества с точки зрения их принадлежности к определенным группам.

Аналитическая химия — описание

Перед аналитической химией стоит важная и конкретная задача — выбрать эффективные методы для определения качественного и количественного состава изучаемых веществ. В зависимости от поставленной задачи методы должны отвечать требованиям:

• точность;
• избирательность;
• оперативность;
• аналитическая составляющая;
• чувствительность.

Развитие аналитической химии как науки уходит своими корнями к алхимии, которая появилась благодаря желанию людей выяснить состав окружающих веществ и механизмов их превращения друг в друга. Примитивные методы изучения постепенно ушли в прошлое, передав цель исследований новым, опирающимся на достижения современных наук. Часть анализов сегодня проводится автоматически, для другой части разработаны математические и физические способы.

К существовавшим ранее практическим разработкам добавились теоретические обоснования происходящих реакций. Так появилась физическая химия — наука, открывшая теорию электролитов и их диссоциации, теорию растворов, постулаты химического равновесия и пр.

Задачи химического анализа

Механизм химического анализа направлен на обнаружение в пробе тех или иных элементов, определение их количества и соотношения. От этого зависят химические и физические свойства веществ и предметов, изготовленных из них. Внося соответствующие корректировки в количественный и качественный состав сырья, человек добивается оптимальных параметров и характеристик.

Сегодня ученые занимаются элементным, вещественным, молекулярным анализом, а также изучением веществ на уровне их изотопного состава. В отдельных случаях необходимо проведение структурно-группового изучения. В результате таких методов добиваются полной либо частичной идентификации веществ в исследуемой пробе, выявляют примеси, оказывающие конкретное влияние на проявляемые свойства. В качестве примера можно привести различную чувствительность металлических изделий к коррозии, стойкость к химическим реагентам, снижение барьера прочности.

Анализироваться по химическому составу могут не только смеси металлов. Такой метод изучения применим к атмосферному воздуху, пищевым продуктам, питьевой воде, воде открытых водоемов, грунту, предметам бытовой химии, одежде и пр.

Наличие химических примесей в атмосферном воздухе свидетельствует о некачественной его очистке в результате определенных химических производственных процессов. Содержание некоторых химических элементов в пищевых продуктах (например, соли тяжелых металлов) делает их небезопасными для употребления.

Часто превышает предельно допустимую концентрацию содержание примесей в подземной воде, что является результатом растворения в ней залегающих под землей геологических слоев.

Сделать пользование человеком искусственными и естественными ресурсами безопасным — задача не только экологов, но и специалистов химической промышленности, а также ученых-химиков. Изучать химические реакции с целью познания свойств синтезированных веществ — значит сделать их применение максимально полезным, удобным, безопасным.

Разделы аналитической химии

В понятии «аналитическая химия» выделяют такие разделы, как качественный и количественный анализ. Однако такое деление следует отнести к условному, поскольку необнаруженное вещество может находиться в количествах, ниже того предела, который определяется используемым аппаратом. С другой стороны, практически всегда важно не только знать, какие компоненты включены в состав вещества, но и в какой пропорции. Это влияет на его физические показатели и свойства.

Качественный анализ

Процесс качественного анализа направлен на определение присутствия какого-то компонента в исследуемом образце. Он же включает выяснение формы включения.

Предметом качественного анализа является:

1. Достоверное определение факта присутствия компонентов (на уровне молекул, атомов или ионов).
2. Его идентификация как компонента и определение формы.

Чтобы определить, какое химическое вещество присутствует в изучаемом материале, необходимо собрать сведения о его свойствах. При этом аналитика будет интересовать не только свойства первичного вещества, но и того, которое образовалось в результате проведенных реакций.

Механизм такого анализа включает:

• определение физической формы (это жидкость, газообразное либо твердое вещество);
• органолептические свойства (цвет, запах, вкус и т.п.);
• «поведение» при взаимодействии с определенными реактивами.

Третий компонент является, по сути, химической реакцией, которая может протекать мокрым либо сухим путями.

Мокрый путь обозначает реакцию в растворе, в которой присутствует растворяемое вещество (активное начало) и растворитель. Для качественного анализа (без определения удельного веса компонентов) рассматриваются мокрые реакции, результатом которых есть изменения, заметные с помощью обычных органов чувств (зрение, обоняние, вкус и т.д.). При этом может наблюдаться изменение окраски раствора, выпадение нерастворимого осадка, выделение газообразных веществ.  

Для качественного проведения химической реакции важно соблюсти необходимые условия (температура, наличие тепла, света, присутствие катализатора и пр.). Может отмечаться недостаток времени или объема.

Сухой путь применяется для определения плавкости веществ, способности изменять цветовой характер пламени, летучести, склонности к окислению или восстановлению. Чаще всего используются методы свечения в пламени.

Окислительно-восстановительные свойства изучаются с помощью сплавленной буры. То вещество, которое подвергается сухому анализу, вводится в шарики буры и подвергается нагреванию.

Количественный анализ

Вид анализа, при котором определяются массовые доли, концентрации, удельный вес или другие способы фиксации компонентов в пробе, называется количественным. С практической точки зрения, это более показательный и практически востребованный теоретический материал. Ученые не прекращают изыскивать все новые формы оценки количественных характеристик веществ, чтобы проверить их безопасность и прочность.

Однако, приступая к такой работе, специалист всегда представляет себе набор компонентов, входящих в состав исследуемого вещества, а также способы, позволяющие оценить их количественно.

Раздел количественного анализа работает по двум направлениям: весовому и объемному. Весовой показатель требует выделения нерастворимого осадка и его взвешивания. При необходимости последующие действия производятся с помощью вычисления. Объемный метод состоит в измерении единиц объема.

Химический количественный анализ может основываться и на таких способах, как:

1. Электролитический (с использованием для выделения металлов электролиза).
2. Колориметрический (в основе лежит сравнение окрасок растворов с известной крепостью и искомой).
3. Газовый анализ (используются специальные приборы, например, газовые хроматографы, в которых различные компоненты — газы — по-разному светятся в пламени).
4. Органический (в ходе исследования происходит сжигание органических веществ до углекислого газа и воды, после чего по результатам реакции определяется первоначальное содержание С и Н2.

Выделяют еще один метод — медицинский. Его цель — установить действенный контроль над составом различных органических жидкостей: крови, мочи, мокроты, слюны.

Классификация методов количественного анализа часто предусматривает перекрестные исследования. Так, контрольно-параллельно проводятся исследования пищевых продуктов, питьевой воды, клинические исследования при диагностике болезней. 

Методы элементного анализа

Бывают ситуации, когда целью аналитических химических исследований является определение состава вещества либо компонентов смеси на молекулярном уровне. Тогда изучается характер межмолекулярных связей, результаты воздействия на них различного рода включений. Такой анализ называется элементным. Он применяется для дифференцировки точного состава материальных предметов.

В качестве направлений молекулярного анализа рассматривается структурное исследование — пространственное атомное изучение. В такой работе устанавливаются эмпирические формулы, определяются молекулярные и атомные массы, реже — прочие аналогичные показатели.

В работе практических химиков много внимания уделяется функциональному анализу. Это выделение в строении вещества различных функциональных групп, благодаря которым оно самостоятельно либо в соединении проявляет определенные химические и физические свойства, исполняет возложенные функции.  

Современные методы аналитической химии

Изучение современных методов химического анализа имеет ряд преимуществ. Они оперативные, точные, многопрофильные, имеют специальные контрольные параметры и позволяют сравнивать результат со стандартом.

Кроме того, они имеют отличную воспроизводимость и низкий предел получение положительного результата — обнаружения конкретного компонента.

К востребованным в современном химическом деле относятся виды анализов:

• спектральные;
• электрохимические;
• оптические;
• хроматографические;
• основанные на электрофорезе;
• инструментальные, в основе которых лежит физико-химические реакции и свойства.

Нужна помощь в решении контрольных работ или тестов по химии? Выручит ФениксХелп — быстрая онлайн-помощь для школьников и студентов.

Проведение любого вида анализа, как оперативного, так и ретроспективного, требует грамотного использования статистических приемов. Они помогают оценить наличие достоверной связи между явлениями, выводят усредненные показатели, которые важны для факторной оценки.

Особенности решения задач по статистике в колледжах и вузах

На современном этапе развития общества применение методов статистической обработки материала позволяет:

• проанализировать те или иные явления, определив характер и выявив закономерности;
• спрогнозировать ситуацию на близкую либо отдаленную перспективу;
• спланировать перечень мероприятий для корректировки выявленной тенденции.

Статистика применяется в экономике, здравоохранении, педагогическом анализе, бизнесе, социальных науках и общественных явлениях.

В учебных программах колледжей и вузов обязательно присутствует курс статистики, целью которого является научить студентов статистической методологии, правилам применения статистических выводов в практической деятельности специалиста.

Статистика является целостной системой, затрагивающей как социально-экономическое, так и отраслевое направление, часто имеет международный характер.

Решение задач по статистике в учебных заведениях среднего и высшего звена опирается на утвержденные алгоритмы, смыслом которых является четкое следование оговоренным этапам.

1. Сбор данных. При этом в работу берутся не все показатели. Исключение составляют, например, годы, когда действовали факторы непреодолимой силы (стихийные бедствия, эпидемии и т.п.). Таким образом, формируются выборки показателей, каждая из которых предназначена для определенной статистической обработки.
2. Обобщение выбранных данных – преподаватель дает студенту характеристику существующих методов и способов получения показательного результата, выведения закономерностей и подтверждения их графически.
3. Анализ. Устанавливаются связи между явлениями или факторами, наблюдается наличие взаимосвязи между количественными и качественными показателями.
4. Итог. Определение динамики того или иного процесса, характеристика демографических процессов среди населения либо прочих анализируемых факторов.

Формируя определенную совокупность для статистической обработки, обращают внимание на частоту встречаемости того или иного признака или варианта. Тот из них, который встречается чаще других, статистически обозначает «моду». Благодаря ему формируется обобщающая характеристики величины признака. Обозначается мода Мо. При рассмотрении дискретного ряда (т.е. ряда, образованного числами) мода выделяет то значение, которое встречается чаще остальных.

Существует еще одна характеристика выстроенного динамического ряда. Это медиана. Она находится в середине вариационного ряда, построенного по принципу возрастания или убывания, и делит его на две половины.

Мода и медиана в математике называются распределительными средними. Их основное назначение сводится к формированию общей характеристики выбранного варьирующего признака какой-то величины.

Методы расчета ошибки выборки 

Задачи со статистическими методами решений имеют в своей основе генеральную совокупность. Под этим термином понимается суммарное количество предметов наблюдения, которые имеют тот или иной общий признак.

Пример

Населенный пункт можно охарактеризовать численностью населения, количеством имеющихся на территории промышленных предприятий, учреждений образования, здравоохранения и т.д.

Выбрав нужный признак, его характеристики отбираются и объединяются в выборку (выборочную совокупность). Однако необходимо помнить, что для обеспечения полноценного действия полученного в результате анализа вывода, каждая выборка должна быть репрезентативной.

Кроме репрезентативности, каждая выборка может иметь ошибку. Ошибка выборки может возникнуть по причине недостаточного количества ее размера. Другими словами, в изучаемом процессе недостаточный доверительный интервал.

Ошибки можно дифференцировать на:

• статистическую;
• систематическую.

Именно статистическая определяется размером выборки. С увеличением числа наблюдений она уменьшается.

Систематическая ошибка не математического характера. Она зависит от воздействия определенных факторов, которые могут сместить результаты наблюдения в ту или иную нетипичную сторону.

В математике, когда говорят об ошибке выборки, имеют ввиду статистическую.

Рассмотрим расчет ошибки выборки для обобщения результатов опроса респондентов. Обычно такие социальные исследования носят выборочный характер, т.е. опрашиваются не 100% людей, а некоторая часть. Именно поэтому нельзя быть уверенным в полученном результате на 100%.

Определить ошибку выборки можно по следующим формулам:

1. \(\Delta=Ζ\surd(p\times g\div n)\)

Она применяется для тех ситуаций, когда размер выборки намного меньше чем сама генеральная совокупность.

 2. Для случаев с незначительной разницей между объемом выборки и генеральной совокупностью рекомендуется формула:

\(\Delta=Ζ\surd(p\times q\div n\times((N-n)\div(N-1))\)

Условные обозначения:

Δ - предельная ошибка

Ζ - коэффициент доверительного уровня

N - величина генеральной совокупности

n - объем выборки

p - часть опрошенных, у которых есть исследуемый признак

q = 1−p - те опрошенные, которые не имеют исследуемого признака

Статистическая сводка и группировка

После этапа статистического наблюдения следует составление статистической сводки. Его цель – систематизация имеющейся информации, составление общей характеристики для рассматриваемой совокупности.

Дифференцируют простую и сложную сводку. При простой в качестве результата анализа имеют общие итоги. При сложной – итоги в виде анализов по группам, возможно, объединенных в таблицы.

Основными этапами составления сводки являются:

• отбор признака, по которому будет проводиться группировка;
• обозначение последовательности, которая ляжет в основу формирования каждой группы;
• определение системы показателей, которые будут статистически характеризовать каждую группу и совокупность;
• составление таблиц с целью наглядной демонстрации полученных результатов. 

Метод статистической обработки путем группировки применяется, когда вся исследуемая генеральная совокупность может быть разделена на группы по выбранному признаку. Этот признак называется группировочным. 

Таким образом, группировка – это один из способов выделения в совокупности данных, характеризующих выбранный признак. Такое изучение имеет своей целью изучить структуру совокупности, выявить возможную взаимосвязь между изучаемыми признаками. Например, применяя группировку, легко выделить в большой организации участки с высоким выполнением запланированных показателей.

В экономической отрасли группировка применяется если нужно проанализировать трудовые ресурсы, наличие средств труда, материальные ресурсы и т.п.

Сегодня выделяют следующие виды группировок:

• простая;
• сложная;
• типологическая;
• структурная;
• аналитическая и др.

При структурной группировке могут исследоваться состав и структура имеющегося статистического материала. При аналитической – исследуются связи, возникающие между отдельными элементами и их группами. В таких случаях могут выделяться обобщающие значения, результативные или те, которые определенным образом влияют на обобщающие.

Ряды распределения и статистические таблицы

При проведении статистического анализа пользуются построением рядов распределения. Их целью является определение самых характерных признаков и присутствующих закономерностей, действующих в совокупности. Вид рядов распределения определяется тем, какой признак лежит в основе группировки. Принимая за основу качественные показатели, получают атрибутивные группировки. Делая акцент на количественном признаке, ряд называется вариационным. В свою очередь, вариационный ряд может быть ранжированным, дискретным, интервальным.

В ранжированном ряду элементы совокупности располагаются в порядке возрастания или убывания. Так легко выявить наибольшее либо наименьшее значения. В дискретном ряду присутствует признак прерывающихся изменений. Он может выглядеть двухграфной таблицей, в которой одна графа – признак, вторая – частота его встречаемости.

Если анализируемый признак претерпевает постоянные изменения, строится интервальный вариационный ряд. В таком случае в графе для количественных показателей указывается не одно значение, а интервал от и до.

Типовые примеры с решениями и выводами для студентов

К типовым задачам по статистике в программах колледжей и вузов относятся:

1. Определение моды динамического ряда.

В динамическом ряду 1, 5, 6, 4, 8, 4, 3, 4, 9 найти моду. Так как число 4 встречается чаще других, оно и является модой. Легко определить моду с помощью гистограммы.

При интервальных данных задача решается чуть труднее. Допустим, даны исходные материалы:

На графике модальный интервал с наибольшей частотой – 301-400 (самый высокий столбик).

Моду рассчитываем по формуле:

\(Mo=Xo+h(ƒMo-ƒMo-1)\div((ƒMo-ƒMo-1)+(ƒMo-ƒMo1)\)

где M_o-мода

X_o- начало модального интервала

h - Размер модального интервала

ƒ – частота модального интервала

ƒM_o-1 – частота интервала перед модальным

ƒ M_o– частота интервала после модального

В результате расчета для данного примера Мода равна 334,3 руб

Задача № 2

Студенческой библиотекой пользуются 40 человек. Было выписано, сколько книг взял за год каждый из них. Получился результат:

Строим ранжированный и дискретный вариационные ряды в таблице:

Построению таблицы предшествовало обозначение элементов ряда. Полученная совокупность содержит в себе много вариантов для анализа, как пользуются студенты библиотечным фондом.

Статистика – дисциплина, позволяющая на результатах конкретного анализа выявить наиболее проблемные либо успешные организационные моменты и провести коррекцию того или иного типового направления работы. Если нужна помощь с учебными заданиями по статистике, обращайтесь в ФениксХелп.

Физическая дисциплина «Термодинамика», имеющая дословный перевод с греческого как θέρμη — «тепло», δύναμις — «сила», занимается изучением общих характеристик макросистем и обращения энергии внутри них. Эту науку относят к феноменологическому типу, хотя опирается она на факты, полученные опытным путем.

Термодинамическая система, рассматриваемая в данном ракурсе, имеет конкретные характеристики, не применимые к единичным атомам и молекулам. К ним относят температуру, энергию, объем, концентрацию растворов, давление.

Определение таких параметров происходит по формулам термодинамики.

Основные формулы термодинамики

Особенностью термодинамики является то, что ее постулаты не касаются взаимодействия отдельных единиц (атомов, молекул), как в молекулярной физике. Предметом изучения предстают общие взаимопревращения энергии, образование теплоты, теплопередача и совершение работы.

Исходя из этого, выделяют основные формулы термодинамики, к которым относятся:

1. Уравнение Менделеева-Клайперона: \(PV=(m/M)*RT\). Его смысл — в изменениях трех входящих величин, которые направлены на характеристику состояния идеального газа.
2. Количество вещества, обозначаемое буквой \(ν\). \(\nu=N/NA=m/\mu\)

   Величина, выражающая, сколько одинаковых структурных компонентов (единиц) находится в веществе.

3. Закон Дальтона: давление смеси газов на стенку сосуда равно сумме давлений каждого входящего в смесь элемента: \(p=p1+p2+...pn.\)
4. Главное уравнение МКТ (молекулярно-кинетической теории): \(p=2n/3<\varepsilon>n=N/V\). Выражает математическое соотношение таких параметров, как давление газа и микропараметров: массы молекул, их скорости движения, концентрации.
5. Средняя кинетическая энергия поступательного движения молекулы газа. Для обозначения применяется \(E_k\),  выражается через формулу: \(E_k=E_{моля}/NA=3/2\ast RT/NA\). Ее мерой является абсолютная температура идеального газа, поскольку потенциальная энергия (вследствие взаимодействия молекул друг с другом) равна нулю. Зная, что R/N_A=k, получается формула: \(E_k=3/2\ast kT\).
6. Давление идеального газа прямо пропорционально концентрации и его температуре: \(P=nkT.\)
7. Скорость молекул определяется по формулам:
   \(V=\surd(2kT/m_o)=\surd(2RT/\mu)\) — наиболее вероятная;
   \(<V>=\surd(8kT/\pi m_o)=\surd(8RT/\pi\mu)\) — среднеарифметическая;
   \(<Vкв>\surd(3kT/m_o)=\surd(3RT/\mu)\) — средняя квадратичная.
8. Сумма кинетических энергий всех молекул определяет внутреннюю энергию всего идеального газа. Математически выражение выглядит так: \(U=i/2\ast(m/\mu)\ast RT.\)
9. Формула для определения работы, которую совершает идеальный газ при расширении:\( A=P(V_2-V_1).\)
10. Формула первого закона термодинамики: \(Q=\Delta U+A.\)
11. Для определения удельной теплоемкости вещества применяется математическое выражение: \(С=\Delta Q/mdT.\)
12. Кроме удельной теплоемкости, существует понятие молярной теплоемкости. Для ее определения применяется формула: \(C=c\mu\). Для изохорного процесса правильная формула принимает вид: \(C_v=1/2\ast R\), для изобарного: \(C_p=((i+2)/2)\ast R\).

Первое начало термодинамики

Согласно первому закону термодинамики, \(Q\) (количество внутренней теплоты), которое получил газ извне, расходуется на совершение работы \(А\) и изменение внутренней энергии \(U\). Формула закона: \(Q=\Delta U+A\).

На практике газ может быть нагрет либо охлажден. Однако в данном случае рассматривается изотермический процесс, в котором один из характеризующих параметров остается неизменным.

Если процесс изотермичен, в химии включается закон Бойля-Мариота. В нем говорится, что давление газа соотносится к изначальному объему, при стабильной температуре, обратно пропорционально.

\(Q=A\)

Когда процесс происходит при неизменном объеме, говорят об изохорности. Здесь вступает в действие закон Шарля. В обозначенных условиях то тепло, которое поступило к газу, расходуется на изменение внутренней энергии. Другими словами, \(P\) пропорционально \(T\).

\(Q=\Delta U\)

Протекание процессов в идеальном газе при неизменном давлении носит характер изобарного. Здесь действует закон Гей-Люссака, который выражается уравнением:

\(Q=\Delta U=p\Delta V\)

Часть процессов происходят изолированно от внешней среды. Газ не получает дополнительной энергии. Такая ситуация носит название адиабатной и математически записывается: \(Q=0\). Работа \(А\) в таком случае выражается: \(A=-\Delta U.\)

Уравнение идеального газа в термодинамике

Молекулы идеального газа постоянно движутся. От того насколько велика скорость их движения, зависит общее состояние газа, а также величина его воздействия, например, на стенки сосуда. Поэтому одним из основных уравнений термодинамики является Клайперона-Менделеева:

\(PV=(m/M)\ast RT\)

В уравнении \(m\) — единица массы газа, \(M\) — его молекулярная масса, \(R\) — универсальная величина, называемая газовой постоянной. Ее значение = 8,3144598. Измеряется в Дж/(моль*кг).

В основе термодинамики лежат и другие газовые постоянные, например, число Авогадро, постоянная Больцмана. Таким образом, \(R=kNA.\)

Из уравнения Клайперона-Менделеева можно также вычислить массу. Она будет равна произведению плотности на объем: \(m=\rho V\).

Основное уравнение молекулярно-кинетической теории (МКТ)

Решение части задач зависит от знания особенностей взаимосвязи между давлением газа и характеристикой кинетической энергии его молекул. Математическое выражение такой зависимости носит название основного уравнения МКТ:

\(p=2/3\ast nE\)

В данном выражении кинетическая энергия обозначена буквой \(Е\), а концентрация молекул — \(n\). Каждую из этих величин физики можно найти исходя из соответствующих формул, после чего уравнение для молекулярно-кинетической теории (МКТ) приобретает вид:

\(p=nkT\)

Формула теплоемкости и главная формула КПД в термодинамике

Когда теплообмен проявляется передачей телу определенного количества теплоты, его энергия, как и температура, меняются.

Математическое выражение относительно переданного количества теплоты выглядит формулой:

\(Q=cm(t_2-t_1)=cm\Delta t\)

Измеряется величина в Дж/(кг∙К).

В физике, характеризуя свойства вещества, говорят о его теплоемкости. Это имеет значение, например, при выборе стройматериалов или сырья для изготовления нагревательных приборов. Теплоемкость равна произведению массы на удельную теплоемкость данного тела:

\(C=cm\)

Учитывая, что в величине теплоемкости уже отражена масса, то сокращенная формула для определения \(Q\) выглядит так:

 \(Q=C(t_2-t_1)\)

С другой стороны, то количество теплоты, которое отдает источник, можно высчитать по формуле: 

\(Q=Pt.\)

В выражении буквой \(P\) обозначается мощность нагревателя, а \(t\) — время их контакта.

Конструкция, состоящая из нагревателя, тела-реципиента теплоты и охладителя, носит название тепловой машины. В качестве примера рассматривается двигатель внутреннего сгорания. Как и любой механизм, она имеет такую характеристику, как КПД — коэффициент полезного действия. Для его расчета применяется формула:

\(\eta=(Q_н-Q_x)/Q_н\)

Внутренняя энергия одноатомного и двухатомного идеального газа

Характерной особенностью идеального газа является отсутствие у его составляющих частей потенциальной энергии. Вся внутренняя энергия — это сумма кинетических энергий всех молекул. Она является величиной, прямо пропорциональной температуре идеального газа:

\(mw2/2=\alpha T\)

В этом уравнении:

\(\alpha T=3R\mu/2N\mu\)

Исходя из приведенных формул, величина кинетической энергии поступательного движения идеального газа должна определяться исходя из выражения:

\(mv2/2=(3R\mu/2N\mu)\ast T\)

Двух- и более атомные молекулы газа характеризуются степенями свободы, касающимися вращательного движения.

Если обозначить число молекул в одном киломоле за \(Nμ\), то внутренняя энергия идеального газа будет измеряться по формуле:

\(U\mu=1/2(R\mu Ti)\)

В формуле \(i\) — число степеней свобод.

Если газ одноатомный, \(i=3\), двуатомный — 5, трех- и более — 6.

Задачи на термодинамику характеризуют распространенные физические процессы, поэтому часть включаются в программы экзаменов. Если для их решения не хватает времени, можно обратиться за помощью в Феникс.Хелп. На профильном сайте вам помогут справиться с любой, даже запутанной задачей, экономя ваши время и силы.

Движение тела по поверхности другого тела всегда связано с преодолением силы трения. Насколько она замедляет передвижение? В какую сторону направлена? Зависит ли от присутствия между соприкасающимися поверхностями жидкости? Это вопросы, на которые отвечает специальный раздел физики.

Сила трения — что это за показатель?

Соприкосновение двух поверхностей неизменно ведет к появлению силы трения. Ее величина зависит от состояния тел и особенностей их движения:

• между неподвижными телами присутствует трение покоя;
• перекачивающимися — трение качения;
• скользящими — трение скольжения;
• в жидкой среде такой процесс носит название силы сопротивления среды.

Другими словами, каждое поверхностное движение тем слабее, чем выше трение соприкасающихся сторон. Объясняется это тем, что сила трения всегда направлена против этого движения и распространяется в плоскости, направленной по касательной.  

Для понимания данного процесса важно опираться на прямо пропорциональную зависимость силы нормального давления и свойств соприкасающихся поверхностей. Она, в свою очередь, объясняется существованием электромагнитного поля определенной величины.

Естественно, что трение, возникающее внутри механизмов, носит название внутреннего, снаружи — внешнего. Так, если работающий прибор не движется в пространстве, в нем возникают внутренние cилы трения. Если он перемещается относительно других тел, он должен преодолевать внешнюю силу трения.

Действие силы трения можно наблюдать на примере:

Тело на горизонтальной поверхности, при отсутствии воздействия на него посторонних сил, лежит неподвижно. Начиная применять некую силу движения Fдв происходит попытка сдвинуть его с места.

Сначала это не удается из-за того, что Fтр превышает величину внешней силы. Увеличивая модель последней, добиваются уравновешивания, а затем — превышение силы движения. В данном случае, сила трения — это сила покоя.

\(Fтр\;пок=\mu0N\)

Продолжая увеличивать давление, добиваются того, что тело начинает скользить. Теперь при его движении действует сила трения скольжения, на преодоление которой также должно хватать значения внешней силы.

Если рассматриваемый предмет круглой формы, его движение сопровождается силой трения качения. Коэффициент трения при этом гораздо меньше, хотя особенности процесса идентичны. 

Понятие и определение, в каких единицах измеряется

Классической формулой для определения Fтр предмета, лежащего на горизонтальной опоре, является:

\(F=\;k\ast N\)

где \(k\) — коэффициент трения. Это постоянная величина, которая отражается в специальных технических таблицах и зависит от природы вещества.

\(N\) — реакция опоры.

Kоэффициент k может встречаться в виде буквы \mu.

Помимо него, важно правильно определить реакцию опоры. Она высчитывается по формуле: \(N=m\ast g,\) где \(m\) — известная масса тела, g — показатель свободного падения, равный 9,8м/с².

Предмет, совершающий движение по наклонной поверхности, испытывает на себе воздействие нескольких сил. Поэтому формула для его Fтр принимает вид:

\(Fтр=k\ast m\ast g\ast\cos\alpha\)

В формуле используется гравитационная постоянная g. Ее величина равна 9,8 м/с². 

Для измерения силы трения в СИ существует единица Н (Ньютон). В системе CГС она измеряется в динах (дин).

Выразить смысл единицы Ньютон можно формулой:

\(H=кг\ast м/с2\)

Задачи на силу трения, решение типовых примеров

Задания по теме «Сила трения» могут иметь  разные направления:

1. На определение силы трения.
2. На определение коэффициента трения.
3. На определение силы трения покоя.
4. На определение силы трения скольжения.
5. На определение коэффициента трения скольжения.

Пример №1

Масса тела, находящегося на столе, составляет \(5 кг. µ=0,2\). К телу прилагают внешнюю силу, равную \(2,5Н\). Какая сила трения при этом возникает (по модулю)?

Решение: по формуле для максимальной силы трения \(Fмакс\;тр=\mu mg=0,2\ast5\ast10=10Н\)

Внешняя сила по условию задачи меньше, максимальной, поэтому тело находится в покое. Fтр уравновешивает внешнюю силу. Следовательно, она равняется \(2,5Н.\)

Пример №2

Брусок из металла весит 4 кг и лежит на горизонтальной поверхности. Известно, что подвинуть его можно, приложив силу 20 Н, имеющую горизонтальное направление. Если на эту же поверхность положить предмет из пластика с массой 2 кг, необходимая сила значительно изменится. Какой величине она будет равна, если коэффициент трения пластикового предмета в 2 раза меньше металлического.

Решение:

На брусок из металла действует сила согласно формуле \(F1=m1\ast g\ast\;µ1\), на пластиковый — \(F2=m2\ast g\ast\;µ2=µ1/2m2\ast g\).

В начале действия \(F=Fтр\).

Формула, позволяющая решить задачу, имеет следующий вид: \(F2=F1/2\ast m2/m1=1/2\ast20\ast2/4=5Н\).

Пример №3

Санки весят 5 кг. При скольжении по горизонтальной поверхности на полозья действует сила трения 6 Н. Определить коэффициент трения, если ускорение свободного падения в данной ситуации равно 10 м/с².

Решение: при скольжении полозьев санок по поверхности сила трения скольжения обуславливается силой реакции опоры, а также коэффициентом µ. Формула имеет следующий вид: \(F=\;µN\). С другой стороны, второй закон Ньютона диктует, что \(N=mg\). Отсюда вытекает, что \(µ=F/mg=6H/5кг\ast10м/с2=0,12\).

Пример №4

Тело имеет массу 5 кг. Оно совершает движение в горизонтальной плоскости. При этом сила трения составляет 10 Н. Определить величину силы трения скольжения при условии, что масса уменьшится на 2 кг, а коэффициент останется без изменений.

Решение: сила трения имеет формулу \(F=\;µ\ast N\). Если тело движется горизонтально по опоре, согласно второму закону Ньютона, его \(N\) равняется произведению \(m\ast g\).

Исходя из этого, \(Fтр\) будет пропорциональна массе, умноженной на \(µ\). При неизменном коэффициенте трения уменьшение массы тела в 2 раза приведет к уменьшению силы трения скольжения также в 2 раза. Поэтому:

\(10H/2=5H.\)

Пример №5

Тело, движущееся по ровной горизонтальной плоскости, давит на нее с силой 20 Н. Сила трения при этом составляет 5 Н. Определить величину коэффициента трения скольжения.

Решение: Поскольку \(F=\;µ\ast P,µ=\;Fтр/P\). Подставляя значения, получаем расчет: \(5Н/20Н=0,25.\)

Ответ: \(µ=0,25\).

Получить знания или подготовить контрольную работу по теме «Сила трения» можно быстро и грамотно, если обратиться за помощью на Феникс.Хелп. 

Есть в жизни периоды, которые запоминаются на всю жизнь. К ним хочется возвращаться снова и снова. Студенческие годы — то самое время. Этот жизненный этап всегда полон позитива, ярких интересных моментов, беззаботного времяпровождения.

Правда ли, что студенческие годы лучшее время в жизни

Поступая на обучение в ВУЗ или техникум, абитуриент становится студентом. По сравнению со школой, он попадает в среду самостоятельности, туда, где нужно самому выбирать себе друзей и отвечать за принятые решения. Особенно ярко это испытывают на себе те, кто поселяется в общежитии или снимает в аренду жилье, отдельное от своей семьи. И в этом много плюсов!

Возможность научиться решать бытовые вопросы и договариваться с соседями

Первые возникающие проблемы – быт, со всеми его плюсами и минусами. Своевременно пополнить запас продуктов, приготовить еду, приобрести средства бытовой химии и гигиены, следить за порядком и исправностью электроприборов – вот далеко не полный перечень дел, за которые раньше большинство повзрослевших мальчиков и девочек не отвечало. Среди студентов такие вопросы решаются достаточно легко. Круг обязанностей делится поровну — каждый отвечает за свое.

Совместная подготовка учебных заданий

Конечно, главным для студента занятием является учеба. Лекции, семинары, практические работы, коллоквиумы, зачеты, экзамены. Учебная круговерть некоторых пугает. Однако в молодые годы всегда находится масса решений, казалось бы, неразрешимых проблем. Даже если обстоятельства сложились так, что какой-то материал упущен, конспект можно позаимствовать у друга. Если что-то недопонял на занятии, всегда найдется друг, который сможет объяснить простыми словами.

Участие в мероприятиях и конкурсах, веселый досуг

Студенчество – пора не только учебы, но и активных общественных мероприятий, включая спорт, танцы, вечера поэзии или музыки. Их инициаторами могут являться как ответственные за это сотрудники деканатов, так и культурно-массовый сектор студенческого самоуправления.

Где, если не на студенческих мероприятиях, проявить талант, которому было столько времени посвящено в школьные годы. Многочисленные спортивные турниры внутривузовского и межвузовского характера, смотры-конкурсы КВН, бальных танцев, завораживающей бардовской песни. И это не говоря о конкурсах стенгазет, юморинах, дискотеках. Студент всегда найдет время на занятия по интересам.

Особый разговор о тех, кто приехал учиться в большой город из отдаленных регионов. На все выходные дни у них расписаны экскурсии, посещения мест культуры и музыки, выставок. Данная ниша предложений сегодня настолько разнообразна, что увлечься можно не только знакомыми направлениями, но и познать новые для себя интересы.

Возможность обнаружить в себе новые таланты

Многие именно в студенческие годы открывают для себя увлечение, которое остается любимым занятием (хобби) на всю жизнь. Так, отправляясь в студенческие походы, человек на долгие годы влюбляется в туризм, а то и альпинизм.

Участвуя в смотрах-конкурсах поэзии, некоторые обнаруживают таланты в написании стихов. Для других открывается мир изобразительного искусства или фотографии. Когда еще можно беззаботно стоять на набережной и писать пейзажи? Или фотографировать проходящих мимо людей, получая удовольствие от искренних эмоций? Таким образом можно и денег заработать. Главное, чтобы это было талантливо и душевно.

Важное:

Много чего нового можно узнать и сделать в эти годы. В качестве знаменитого примера можно привести Марка Цукерберга, который в студенческий период сумел придумать то, что впоследствии стало «Фейсбуком» и сделало его богатейшим человеком планеты.

Возможность развивать коммуникативные навыки

Стать ярким, коммуникабельным человеком. Например, в студотряде многие проявляют неординарный организаторский талант, а те, кто от природы был стеснительным, становятся заводилой и душой компании.

Можно получить опыт общения и с коллегами из зарубежных стран. Сегодня довольно много программ по обмену в рамках специальности. Гораздо проще попасть в число счастливчиков, если у вуза имеются соответствующие договоренности. Если нет, можно самостоятельно найти варианты. В качестве примера можно рассмотреть программы AIESEC или WORK and TRAVEL USA.

Возможность проявить себя и зарекомендовать претендентом на серьезное будущее открывается перед теми, кто участвует в серьезных студенческих форумах, например, «Ладога», «Таврида», «Балтийский Артек», «Территория смыслов на Клязьме» и другие. Здесь не только царит доброжелательная атмосфера, но и завязываются многообещающие знакомства, формируются компании по интересам.

Почему студенческие годы лучше, чем школьные

Для многих яркими воспоминаниями являются школьные годы. Именно друзья, с которыми сидел за одной партой, часто идут рядом по жизни. Доказано, что браки бывших одноклассников оказываются наиболее крепкими. Залогом длительности отношений выступают совместные воспоминания и привязанность.

Однако, в отличие от студенческих лет, школьник редко бывает самостоятельным в выборе интереса. Чаще родители, по-своему оценивая важность того или иного занятия, прививают ребенку интерес. Вот и получается, что прирожденный хоккеист занимается игрой на скрипке, а будущий писатель танцует народные танцы.

Студенческие годы – самый подходящий период почувствовать и проявить себя, сделать выбор в пользу своих истинных интересов.

Что сделать, чтобы так было на самом деле

Для этого придется немного постараться. Ведь можно, просидев за учебниками, не заметить, как срок обучения пролетел. Для того чтобы студенческие годы стали яркими и запоминающимися, нужно:

1. Быть активным, участвовать в массовых мероприятиях. При этом можно проявить собственный талант, а можно помочь товарищу, организовав группу поддержки. Результат: интересно проведенное время, масса положительных эмоций и новые друзья.
2. Стараться как можно теснее вживаться в «студенческий социум». Когда человек в центре событий, он просто не сможет остаться незамеченным. А, значит, жизнь будет выразительной и разносторонней.
3. Нужно учиться всему, что предлагает жизнь (в рамках разумного, конечно). Чем больше проб будет сделано, тем проще будет определить, что именно интересно. При этом не стоит забывать о собственной индивидуальности.
4. Стараться получать удовольствие от каждого события. Ведь не только любимые занятия могут приносить позитив. Вполне возможно, откроются новые таланты, которые позднее пригодятся в жизни.
5. Грамотно распределять свое время. Тогда его хватит и на учебу, и на личные интересы. Ведь основное занятие студента – учеба, а сделать ее увлекательной – задача номер два.
6. Лао Цзы сказал: «Не суетись! Всему свое время». Не стоит бросаться «во все тяжкие» с момента поступления на учебу. Гораздо полезнее присмотреться, отмечая именно те события, которые близки характеру.

Чем можно заняться во время учебы, чтобы запомнить навсегда

В некоторых вузах программа занятий на каникулах довольно широко охватывает различные отрасли. Например, собираются группы единомышленников по сплавлению по рекам на катамаранах, байдарке, рафте, восхождению в горы или прыжкам с парашютом. Студенты исторических факультетов находят интерес в археологических экспедициях и раскопках.

Интересны также мероприятия по сбору песенного либо поэтического фольклора, знакомству с народными традициями различных народов. Такие события надолго запоминаются и несут позитивный заряд. Знакомясь с рукотворными промыслами, девушки на всю жизнь могут полюбить вышивку, вязание, а парни – например, гончарное дело.

Если улыбнется судьба, можно попробовать принять участие в кинопробах или сняться в массовках кинофильма.

Куда можно записаться, в каких мероприятиях принять участие

• спортивные состязания;
• конкурсы красоты;
• тематические вечера типа «Мой друг – гитара»;
• выставки работ изобразительного искусства;
• презентации книг, фильмов;
• КВН;
• студенческие юморины;
• конкурсы современного либо народного танца.

Проводите студенческие годы весело, а с учебой всегда поможет ФениксХелп.