Главная страница | Контакты | Случайная страница Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Введение. Молекулярно-кинетическая теория (МКТ) изучает физические (в частном случае тепловые) свойства макроскопических тел

Молекулярно-кинетическая теория (МКТ) изучает физические (в частном случае тепловые) свойства макроскопических тел, исходя из представления об их молекулярном строении. В её основе лежат положения МКТ строения вещества:

1) все тела состоят из большого объёма мельчайших частиц (атомов или молекул), находящихся в непрерывном хаотическом движении – примером, подтверждающим это положение является опыт Броуна (броуновское движение);

2) между частицами существуют промежутки (частицы находятся на определённых расстояниях друг от друга) – подтверждением этого положения является диффузия (проникновение частиц одного вещества в промежутки между частицами другого вещества) которая наблюдается у тел в твёрдом, жидком и газообразном состоянии;

3) между частицами существуют силы взаимодействия – притяжения и отталкивания, что можно представить графически:

F – силы взаимодействия; r – расстояния между центрами масс частиц;

r₀ – расстояние, соответствующее состоянию равновесия.

4) скорость V движения частиц определяет температуру Т тела, причём V ~ .

В дальнейшем мы в основном будем говорить о газообразном состоянии вещества, основными частицами которого являются молекулы и атомы.

Описание молекулярных процессов требует знания размеров молекул, атомов и их масс. Так как размеры и массы их малы, то легче определить, измерив массу некоторого известного количества, а затем зная объём, занимаемый этим количеством определить размер молекулы. Для этих целей вводят следующие понятия:

а) киломоль (моль) μ вещества – такое количество химически однородного вещества, масса которого, выраженная в кг (г), численно равна его молекулярному весу М.

|μ| = |M|, в системе СИ .

б) число Авогадро – число молекул в моле вещества (для всех веществ одинаково):

Зная число Авогадро, можно найти массу молекулы и атома:

m_a = 1,66·10^-27 A(кг)

в) закон Авогадро – моли любых газов при одинаковых температурах и давлениях занимают одинаковые объёмы (при нормальных условиях объём моля равен ).

Зная объём моля вещества и число Авогадро N_А можно определить линейные размеры молекул: , , , ; ( ).

Число частиц N в массе m газа (вещества) можно найти по уравнению:

,

где – число молей вещества.

Число частиц N в единице объёма V называется концентрацией n:

Термодинамическое состояние тела (газа) или системы определяется совокупностью ряда величин, которые называются термодинамическими параметрами (параметрами состояния). Ими являются:

а) давление P – физическая величина, равная пределу отношения численного значения нормальной силы ΔF_н, действующий на участок поверхности тела площадью ΔS к величине ΔS при ΔS ® 0:

б) объём V – внешний параметр для газа, зависит от положения внешних стенок сосуда.

Удельный объём: ,

где ρ – плотность газа.

Молярный объём (объём одного моля вещества) .

в) температура – физическая величина, характеризующая степень нагретости тела.

Шкала температур:

1) по Кельвину – абсолютная температура Т;

2) по Цельсию – t^оC

T = t^о + 273

Если газ находится при нормальных условиях, то его параметры состояния имеют значения Р_о = 1·10⁵ Па; Т = 273 К = 0^оС.

Молекулярно-кинетическая теория (МКТ) рассматривает модель идеального газа, удовлетворяющую следующим условиям:

1) размеры молекул пренебрежимо малы, их принимают за материальные точки;

2) не учитывается силы взаимодействия между молекулами;

3) столкновения молекул друг с другом и стенками сосуда считаются абсолютно упругими.

Этим условиям удовлетворяют обычные газы при невысоких давлениях и температурах. Связь между параметрами состояния для идеального газа даёт уравнение состояния:

P = n·k·T,

где k – постоянная Больцмана, .

Из него следует уравнение Клапейрона – Менделеева:

,

где R = kN_A – универсальная (молярная) газовая постоянная.

Любое состояние газа можно представить графически, в виде точки с параметрами P,V и T, используя прямоугольную декартовую систему координат.

Переход газа из состояния 1 в состояние 2 называется процессом.

В средней школе рассматриваются следующие процессы:

а) изопроцессы – процессы, происходящие при постоянном значение одного из параметров состояния P,V или T (и постоянной массе газа):

1) если P = const – изобарический процесс (уравнение состояния );

2) если V = const – изохорный процесс (уравнение состояния );

3) если T = const – изотермический процесс (уравнение состояния PV = const).

Графически эти процессы можно представить в различных системах координат:

б) адиабатический процесс – процесс без теплообмена с окружающей средой, который в координатах P – V можно изобразить графически:

Если в сосуде находится смесь идеальных газов, то каждый газ в отдельности оказывает своё давление, которое называется парциальным давлением P_i.

Для нахождения результирующего давления применяется закон Дальтона:

– давление смеси газов равно алгебраической сумме парциальных давлений составляющих газов.

Следствие: так как газы идеальные, то объём занимаемый каждым газом V_i равен объёму сосуда, в котором находится смесь газов:

V_сосуда = V₁ = V₂ = …V_i = …V_n.

Задача №1. В автомобильн6ой шине находится воздух под давлением 5,9·10⁵ Па при температуре 293 К. Во время движения автомобиля температура воздуха повышается до 308 К. На сколько увеличится давление воздуха внутри шины? Объём шины считать постоянным.

Решение: объём шины остаётся постоянным, следовательно применим закон Шарля:

где Р₂ – давление, при котором находится воздух в шине при температуре Т₂.

Из закона Шарля:

Увеличение давления определим как разность давлений при температурах Т₂ и Т₁:

;

Ответ: давление в шине увеличится на 3,02·10⁴ Па.

Задача №2. Плотность газа при давлении 2·10⁵ Па и температуре 27°С равна 2,4 кг/м³. Какова молярная масса этого газа? Универсальная газовая постоянная 8,32 Дж/моль·К.

Решение: запишем уравнение Менделеева-Клапейрона:

По определению плотность где m – масса газа, V – его объём.

Тогда откуда

Размерность: .

Ответ: молярная масса газа равна примерно 3·10^-2 кг/моль.

Задача №3. Определить плотность насыщенного водяного пара при 27°С, если известно, что его давление при этой температуре равно 26,7 мм.рт.ст. Молярная масса пара 18·10^-3 кг/моль. Газовая постоянная 8,З1 Дж/моль·К.

Решение: запишем уравнение Менделеева-Клапейрона:

.

Плотность вещества где m – масса пара, тогда:

откуда

.

Размерность: .

Ответ: плотность водяного пара при 27°С равна 2,6·10^-2 кг/м³.

Задача №4. Из сосуда откачивают воздух. Объём сосуда 3·10^-3 м^-3, объём цилиндра насоса 0,5·10^-3 м^-3. Каким будет давление воздуха в сосуде после пяти рабочих ходов поршня, если сосуд в начале содержал воздух при давлении 1,013·10⁵ Па, а температура – постоянная.

Решение: температура в процессе откачки воздуха остаётся постоянной, следовательно, при решении задачи необходимо использовать закон Бойля-Мариотта.

Если первоначально воздух занимал объём V₁, то в конце первого хода поршня воздух будет занимать объём V₁ + V₂ и иметь давление P₁. По закону Бойля-Мариотта:

P₀V₁ = P₁·(V₁ + V₂);

.

В начале второго рабочего хода поршня объём и давление воздуха равны соответственно V₁ и P₁, в конце V₁ + V₂ и P₂. Применив ещё раз соотношение Бойля-Мариотта получим:

P₀V₁ = P₁·(V₁ + V₂);

.

Вообще к концу n-го рабочего хода:

.

Приведём размерность: .

Подставляя числовые значения:

.

Ответ: давление установится равным 0,469·10⁵ Па.

Задача №5. Некоторую массу газа при постоянной температуре сжимают так, что его объём уменьшается в 4 раза. После этого при постоянном объёме охлаждают с 77°С до 7°С. Определите, во сколько раз изменилось давление газа.

; t1 = 77°С, Т1 = 350 К; t3 = 7°С, Т3 = 280 К.

Решение: в описанном процессе имеются три состояния, характеризующиеся параметрами: |P₁; V₁; T₁|, |P₂; V₂; T₂| и |P₃; V₃; T₃|.

Согласно уравнению Менделеева – Клапейрона:

Так как Т₁ = Т₂ и , то ,

откуда

Ответ: давление возросло в 3,2 раза.

Задача №6. Открытый сосуд нагрет до температуры 450°С. Какая часть массы воздуха осталась в нём, по сравнения с тем количеством, какое в нём было при 27°С? Расширением сосуда пренебречь.

t1 = 27°С, Т1 = 300 К; t2 = 450°С, Т2 = 723 К.

Решение: термодинамическое состояние газа описывается уравнением Менделеева-Клапейрона. Так как масса воздуха в сосуде меняется, то применим уравнение Менделеева-Клапейрона для каждой массы до и после нагревания:

1) – до нагревания;

2) – после нагревания,

где m₁ и m₂ – массы воздуха в сосуде, соответственно, до и после нагревания.

Поделив второе уравнение на первое, получим:

.

Подставив значения: .

Ответ: после нагревания осталась 0,415-я часть воздуха.

Задача №7. Определить плотность смеси, состоящей из 4·10^-3 кг водорода и 32·10^-3 кг кислорода при температуре 280 К и давлении 9,3·10⁴ Па.

Решение: плотность смеси определяется как отношение всей массы газа к объёму, занимаемому газом:

,

где m₁ – масса водорода; m₂ – масса кислорода; V – объём занимаемый смесью.

Объём занимаемый смесью можно определить, используя закон Дальтона, закон Менделеева-Клапейрона:

,

где P₁ – парциальное давление воздуха в смеси;

P₂ – парциальное давление кислорода в смеси.

Из полученного уравнения определяем объём, занимаемый смесью водорода и кислорода:

Таким образом, плотность смеси определяется соотношением:

Проверка единиц измерения:

Ответ: плотность смеси равна 0,48 кг/м³.

Задача №8. Из кислородного баллона емкостью 25 л при температуре 17°С израсходовали часть кислорода, причем давление в баллоне понизилось на 0,4 МПа. Определить массу израсходованного кислорода.

V = 25 л = 2,5·10-2 м3; T = 17°С = 290 К; ΔP = 0,4 МПа = 4·105 Па; μ = 32·10-3 кг/моль.
Δm –?

Решение: кислород имеет два состояния. Для первого состояния параметры газа:

,

для второго состояния: .

Записываем уравнения для этих состояний, имея в виду, что если в первом состоянии масса m₁, то во втором она равна:

m₂ = m₁ – Δm,

где Δm – масса израсходованного кислорода.

; P₂ = P₁ – ΔP;

; m₂ = m₁ – Δm.

Решаем систему, определяя Δm:

;

;

.

Подставим числовые значения:

Проверим размерность:

Ответ: масса израсходованного кислорода Δm = 0,133 кг.

Задача №9. Какие изменения происходят с параметрами состояния идеального газа при переходе из состояния 1 в состояние 2? Масса газа постоянна.

Ответ: изохорное охлаждение (т.к. V = const, а P падает).

Задача №10. Резиновый мяч содержит 2 л воздуха, находящегося при температуре 20°С и под давлением 780 мм.рт.ст. Какой объем займет воздух, если мяч будет опущен в воду на глубину 10м? Температура воды 4°С.

Решение: давление воздуха под упругой оболочкой мяча, находящегося на глубине h, равно давлению в воде на этой глубине:

P₂ = P₁ + ρgh.

Подставляя это соотношение в уравнение состояния, получим:

.

Откуда ; V₂ = 9,8·10^-4 м³.

Ответ: воздух займёт объём 9,8·10^-4 м³.

Задача №11. Баллон содержит сжатый воздух при 27°С и давлении 40 ат. Каково будет давление, когда из баллона будет выпущена половина массы газа и температура понизится до 12°С?

Решение: уравнение Менделеева-Клапейрона для каждого состояния газа имеет вид:

,

По условию: .

Из этих уравнений: ; Р₂ = 1,9·10⁵ Па.

Ответ: установится давление 1,9·10⁵ Па.

Задача №12. На рис. а, дан график изменения состояния идеального газа в координатах P, V. Представить этот цикл в координатах Р, Т, обозначив соответствующие точки.

Решение: при решении этих задач используются газовые законы. Обозначим параметры каждого состояния:

1 – P₁, V₁, T₁; 2 – P₁, V₂, T₂;

3 – P₂, V₂, T₃; 4 – P₂, V₁, T₄.

Процесс 1 – 2: P = const,

.

С учетом этого процесс 1 – 2 в координатах P, T изображаем следующим образом: указываем координаты точки 1 (T₁ – произвольно; P₁ – из рис. а), координаты точки 2 ( , где V₁, V₂ из рис. а); затем эти точки соединяем (рис. б).

Процесс 2 – 3: V = const, .

Координаты точки 3: T₃ – на пересечении изохоры 2 – 3 (прямая через начало 0) и горизонтальной изобары P₁; P₂ – из рис. а.

Процесс 3 – 4: P = const, .

Процесс 4 – 1: V = const, .

Координаты точки 4: T₄ – на пересечении изохоры 1 – 4 (прямая через начало 0) и изобары P₁; P₂ – из рис. а.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

РАЗДЕЛ 1. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ СЕНСОРНЫХ СИСТЕМ

1.1 ПОНЯТИЕ О СЕНСОРНОЙ СИСТЕМЕ, МЕТОДЫ ЕЕ ИССЛЕДОВАНИЕ

1.2 ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ ОРГАНИЗАЦИИ СЕНСОРНЫХ СИСТЕМ

1.3 ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ОЩУЩЕНИЙ

1.4 МЕХАНИЗМЫ ПЕРЕРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ В СЕНСОРНОЙ СИСТЕМЕ

1.5 АДАПТАЦИЯ И ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ СЕНСОРНОЙ СИСТЕМЫ

1.6 КЛАССИФИКАЦИИ РЕЦЕПТОРОВ

РАЗДЕЛ 2. ХАРАКТЕРИСТИКА АНАЛИЗАТОРОВ ЧЕЛОВЕКА

2.1 КОЖНЫЙ АНАЛИЗАТОР 2.2 СЛУХОВОЙ АНАЛИЗАТОР

2.3 ВКУСОВОЙ АНАЛИЗАТОР

2.4 ОЩУЩЕНИЯ РАВНОВЕСИЯ

2.5 ОБОНЯТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗАТОР

ВЫВОДЫ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Введение

Одной из физиологических функций организма является восприятие окружающей действительности. Получение и обработка информации об окружающем мире является необходимым условием поддержания гомеостатических констант организма и формирования поведения. Среди раздражителей, действующих на организм, улавливаются и воспринимаются лишь те, для восприятия которых есть специализированные образования. Такие раздражители называют сенсорными стимулами, а сложноорганизованные структуры, предназначенные для их обработки – сенсорными системами. Сенсорные сигналы различаются модальностью, т.е. той формой энергии, которая свойственна каждому из них. При действии сенсорного стимула в рецепторных клетках возникают электрические потенциалы, которые проводятся в центральную нервную систему, где происходит их обработка, в основе которой лежит интегративная деятельность нейрона. Упорядоченная последовательность физико-химических процессов, протекающие в организме при действии сенсорного стимула, представляет объективную сторону функционирования сенсорных систем, которая может быть изучена методами физики, химии, физиологии. Развивающиеся в ЦНС физико-химические процессы приводят к возникновению субъективного ощущения. Например, электромагнитные колебания с длиной волны 400 нм вызывают ощущение «Я вижу голубой цвет». Ощущение обычно интерпретируется на основе предшествующего опыта, что приводит к возникновению восприятия «Я вижу небо». Возникновение ощущения и восприятия отражает субъективную сторону работы сенсорных систем. Принципы и закономерности возникновения субъективных ощущений и восприятий изучаются методами психологии, психофизики, психофизиологии. Целью данной курсовой работы является анализ сенсорных систем, их функционирование и адаптация. Основными задачами являются: 1) анализ физиологии сенсорных систем; 2) дать характеристику анализаторов человека, их особенности и функции. Восприятие не есть простое фотографическое отображение окружающего сенсорными системами. Хорошей иллюстрацией этого факта являются двузначные картинки - одно и тоже изображение может восприниматься по-разному. Объективная сторона восприятия принципиально сходна у разных людей. Субъективная сторона всегда индивидуальна и определяется особенностями личности субъекта, его опытом, мотивациями и т.п.