A1. 1 Уравнение состояния для углекислого газа $PV_G = \nu_G R T$ | 0.10 |
|
A1. 2 Использована связь давления газа и концентрации $c = k_H P$ | 0.10 |
|
A1. 3 Связь количества вещества в газе и концентрации $\nu _L = c V_L$ | 0.10 |
|
A1. 4 Уравнение $\nu_0 = \nu_G + \nu_L$ | 0.20 |
|
A1. 5
Ответ $$
P = \frac{\nu_0 R T}{V_G + k_H V_L RT} $$ |
0.20 |
|
A1. 6 Численное значение $P = 5.4 \cdot 10^6~\text{Па}$ | 0.10 |
|
A2. 1 Давление углекислого газа в пузырьке $P_{CO_2} = P_0 + 2\gamma/R$ | 0.20 |
|
A2. 2 Правильный коэффициент в давлении, создаваемом поверхностным натяжением $2 \gamma /R$ | 0.10 |
|
A2. 3 Использована связь давления углекислого газа и концентрации $c = k_H P$ | 0.10 |
|
A2. 4
Ответ для критического радиуса $$
R^* = \frac{2 \gamma k_H}{c - k_H P_0} $$ |
0.20 |
|
A2. 5
Численное значение концентрации $
c \approx 61 \frac{моль}{м^3} $ |
0.10 |
|
A3. 1 Поток за счет действия силы $n \beta F$ | 0.20 |
|
A3. 2 Поток за счет диффузии $-B dn/dz = - BnF/k_BT$ | 0.20 |
|
A3. 3 Выражение для коэффициента диффузии через подвижность $B = \beta k_B T$ | 0.30 |
|
A3. 4 Оценка подвижности вида $\beta = \frac{1}{6 \pi \eta r}$ | 0.10 |
|
A3. 5 Численное значение коэффициента диффузии $B = 1.38 \cdot 10^{-9}~м^2/с$ | 0.20 |
|
B1. 1
Связь количества вещества в пузыре и объема $
V = \frac{RT}{P} \nu. $ |
0.20 |
|
B1. 2
Скорость изменения объема $
\frac{dV}{dt} = \frac{RT}{P} \frac{d\nu}{dt} = \frac{RT}{P} k S (c-c_i) $ |
0.20 |
|
B1. 3
Дифференциальное уравнение на диаметр $
2D\frac{dD}{dt} = \frac{2f_1}{3\kappa f_2} \frac{RT}{P}B(c-c_i) $ |
0.30 |
|
B1. 4
Ответ $
D = \sqrt{\frac{2f_1}{3\kappa f_2} \frac{RT}{P}B(c-c_i) t} $ |
0.30 |
|
B2. 1 $f_1 = \frac{\pi }{2} \left(1 + \cos \theta \right) $ | 0.20 |
|
B2. 2 $f_2 = \frac{\pi}{24}\left(2 + 3\cos \theta - \cos^3 \theta \right)$ | 0.30 |
|
B2. 3 График | 0.20 |
|
B3. 1 Равенство силы поверхностного натяжения и силы Архимеда | 0.10 |
|
B3. 2
Ответ $
r = \left(\frac{3 a_d \gamma \sin \theta}{2\rho g} \right)^{1/3} $ |
0.20 |
|
B4. 1
Выражение для потока углекислого газа $
j = B \frac{c - c_n}{D_m}. $ |
0.30 |
|
B4. 2
Скорость наполнения дефекта
$ \frac{dh}{dt} = \frac{RT}{P} B\frac{c - c_n}{D_m} $ |
0.20 |
|
B4. 3
Ответ $
t_n = \frac{P}{RT} \frac{h D_m}{B(c-c_n)} $ |
0.30 |
|
B5. 1
Выражение для времени роста пузыря $
t_g = \frac{D_m^2}{K_1(c-c_i)}, $ |
0.20 |
|
B5. 2 Зависимость $1/t$ от концентрации линейна | 0.20 |
|
B5. 3 Зависимость в координатах $1/t_g$ от $1/t_n$ | 0.30 |
|
C1. 1 Равенство силы вязкости и силы Архимеда | 0.20 |
|
C1. 2
Ответ $
U = \frac{2 \rho g}{9 \eta}a^2 $ |
0.20 |
|
C2. 1
Выражение для коэффициента пропорциональности $
K = 0.38 B^{2/3} \left(\frac{ \rho g}{ \eta}\right)^{1/3} $ |
0.20 |
|
C2. 2
Связь производных объема и радиуса
$ \frac{dV}{dt} = S \frac{da}{dt} $ |
0.10 |
|
C2. 3
Ответ $
\frac{da}{dt} = 0.38 B^{2/3} \left(\frac{ \rho g}{ \eta}\right)^{1/3} \frac{RT}{P} \Delta c $ |
0.30 |
|
C3. 1 Связь времени и высоты $dt = dh/U$ | 0.10 |
|
C3. 2 Скорость изменения радиуса с высотой $da/dh \sim 1/a^2$ | 0.20 |
|
C3. 3 Получена зависимость вида $a^3 \sim h - h_0$ | 0.20 |
|
C3. 4
Ответ $
a^3 = \frac{27 \eta v}{2 \rho g} h + a^3_0 $ ($v = 0.38 B^{2/3} \left(\frac{ \rho g}{ \eta}\right)^{1/3} \frac{RT}{P} \Delta c$) |
0.20 |
|
C3. 5 $V_b = 4\pi a^3/3$ | 0.10 |
|
С4. 1 Использована правильная разность концентраций $\Delta c = c - k_H P_0$ | 0.30 |
|
С4. 2
Уменьшение концентрации углекислого газа в жидкости связано с объемом всплывающих пузырьков $
dc =- \frac{\nu _b}{V_L} $ |
0.20 |
|
С4. 3
Выражение для числа пузырьков через изменение концентрации $
dN = -\frac{dc V_L}{\nu_b} $ |
0.20 |
|
С4. 4 Соотношение вида $dN \sim dc/\Delta c$ | 0.30 |
|
С4. 5
Ответ $
N = 0.093\left( \frac{\rho g }{B \eta} \right)^{2/3} \frac{V_L}{h} \ln \frac{c - k_H P_0}{c_n - k_H P_0} $ |
0.30 |
|
С4. 6 Численное значение $N \approx 10^7$ | 0.20 |
|
C5. 1 Связь высоты пени и объема пузырьков $H = V/S$ | 0.10 |
|
C5. 2 Выражение для объема пены через число пузырьков $V=V_b N$ | 0.10 |
|
C5. 3 Найдена высота жидкости $h = V/(\pi \xi^2/4) \approx 17.7 ~см $ | 0.10 |
|
C5. 4
Ответ $
H = \frac{RT}{P} (c_n - k_H P_0) h \ln \frac{c - k_H P_0}{c_n - k_H P_0} $ |
0.20 |
|
C5. 5 Численное значение $H \approx 9~ см$ | 0.20 |
|