Павел Полуэктов - Озадачник - 133 вопроса на знание логики, математики и физики

Биметаллическая пластина [16]при нагреве искривляется в определенную сторону. А при охлаждении что с ней будет происходить?

1. В противоположную сторону искривится.

2. Ничего, никаких деформаций.

3. В ту же сторону искривится.

Температурное расширение в первом приближении линейно по температуре, т. е. с достаточной точностью можно писать Δ x = k Δ T , где Δ x – удлинение, Δ T – изменение температуры, k – некий коэффициент, зависящий от свойств материала. Биметаллическая пластина состоит из двух материалов, у которых эти коэффициенты, скорее всего, различны – значит, один расширяется сильнее, чем другой, – за счет чего и будет происходить искривление (та сторона, что расширяется быстрее, будет выпуклой, а вторая – вогнутой). Но при понижении температуры она же будет и быстрее сжиматься – значит, она уже станет вогнутой, а противоположная сторона выпуклой, т. е. деформация пойдет в противоположном направлении.

[17]

Лазерный луч, проходя через поглощающий газ, передает ему энергию и тем самым его нагревает. А можно ли представить ситуацию, когда газ будет лазером, напротив, охлаждаться?

1. Да, при определенном подборе частоты лазерного излучения.

2. Нет, это противоречит как закону сохранения энергии, так и Третьему началу термодинамики.

3. Зависит от направления лазерного луча: при проходе в одну сторону он нагревает газ, при проходе в обратную – охлаждает.

Атом может поглощать фотоны с последующим рассеянием: грубо, глотает и выплевывает. Но не всякие, а только определенной частоты (так называемая частота перехода), или, что то же самое, энергии (частота фотона ω и его энергия E связаны через постоянную Планка, E = ħω). Вспомним эффект Доплера: частота приближающегося к нам источника света выше, чем в случае, если бы он покоился. Настроим лазер так, чтобы его частота была ниже частоты перехода, и будем облучать им газ – тогда поглощать будут только те атомы, которые летят навстречу лазерному лучу (с достаточной скоростью – чтобы измененная за счет эффекта Доплера частота фотона совпала с частотой перехода), а после испускать свет на частоте перехода – т. е. на большей частоте, нежели поглотили. Значит, немного энергии мы у таких атомов отобрали – а это как раз энергия теплового движения, никакой другой же нет. Получается, охладили.

Есть 1000 одинаковых резисторов, которые случайным образом (какие-то последовательно, какие-то параллельно) соединяются друг с другом. А как друг к другу относятся максимальное и минимальное сопротивление такой цепи?

1. Как 1000: 1.

2. Как ∞ (минимальное сопротивление ноль).

3. Как 1 000 000: 1.

Задачка с подвохом, который состоит в том, что никакого подвоха нет! Пусть сопротивление одного резистора – r . Когда оно будет максимальным? Когда все они включены в цепь последовательно – здесь все сопротивления складываются, R max= 1000 r . А минимальным когда? Когда они включены параллельно, тогда складываются обратные сопротивления, 1/ R min= 1000/ r . Отсюда R max/ R min= 1000 × 1000 = 1 000 000.

[18]

Трехатомная молекула углекислого газа (CO 2) не имеет дипольного момента, а молекула воды (H 2O) имеет, почему так?

1. Вода всегда находится в диссоциированном [19]состоянии, HO −и H +.

2. У CO 2есть дипольный момент, но, поскольку все положения молекулы равновероятны, в среднем он равен нулю.

3. В молекуле CO 2все атомы расположены на одной прямой, а в молекуле H 2O – нет.

В молекуле CO 2атомы расположены на одной прямой в цепочке O−C−O. Из соображений симметрии ясно, что дипольного момента у нее не может быть: если бы он и был, то он обязан был бы находиться в параллели с осью молекулы; но если молекулу перевернуть на 180°, то направление диполя сменится на противоположное, притом что это будет та же молекула, точно так же расположенная, как первоначальная. Вектор (диполя) равен самому себе с обратным знаком – значит, он равен нулю. Другое дело молекула воды – атомы в ней не лежат на одной линии, а образуют треугольник; при этом кислород оттягивает электроны от водорода – отсюда и дипольный момент.