VI. Jäikade kehade liikumine Jõumoment Püüdke rasket hooratast käsitsi keerata. Tõmmake nõel. Teil on raske, kui haarate käest teljele liiga lähedalt. Liigutage käsi servale ja asjad lähevad lihtsamaks. Mis on muutunud? Lõppude lõpuks, jõud mõlemal juhul

Kuidas soojusliikumine välja näeb? Molekulide omavaheline interaktsioon võib molekulide "elus" omada suuremat või väiksemat tähtsust Aine kolm olekut – gaasiline, vedel ja tahke – erinevad üksteisest interaktsiooni rolli poolest, mida neis mängib

MUUDA ELEKTER LIIKUMISEKS Faraday märkas Oerstedi katsetes üht väikest detaili, mis näis olevat probleemi mõistmise võti.Ta arvas, et elektrivoolu magnetism kallutab kompassi nõela alati ühes suunas. Näiteks kui

Ühtlaselt kiirendatud liikumise korral kehtivad järgmised võrrandid, mille anname ilma tuletamiseta:

Nagu te mõistate, on vasakul olev vektorvalem ja kaks paremal asuvat skalaarvalemit võrdsed. Algebra seisukohalt tähendavad skalaarvalemid, et ühtlaselt kiirendatud liikumisel sõltuvad nihke projektsioonid ajast ruutseaduse järgi. Võrrelge seda hetkekiiruse projektsioonide olemusega (vt § 12-h).

Teades, et  sx = x – xo  u   sy = y – yo  (vt § 12-e), saame kahest ülemisest paremast veerust skalaarvalemist koordinaatide võrrandid:

Kuna keha ühtlaselt kiirendatud liikumisel on kiirendus konstantne, saab koordinaatteljed alati paigutada nii, et kiirendusvektor on suunatud paralleelselt ühe teljega, näiteks Y-teljega. Olge märgatavalt lihtsustatud:

x  =  xo + υox t  + (0) ja y  =  yo + υoy t  + ½ ay t²

Pange tähele, et vasakpoolne võrrand langeb kokku ühtlase sirgjoonelise liikumise võrrandiga (vt § 12-g). See tähendab, et ühtlaselt kiirendatud liikumine võib "koosneda" ühtlasest liikumisest piki üht telge ja ühtlaselt kiirendatud liikumisest mööda teist. Seda kinnitab kogemus kahurikuuliga jahil (vt § 12-b).

Ülesanne. Käed välja sirutades viskas tüdruk palli. Ta tõusis 80 cm kõrgusele ja kukkus peagi tüdruku jalge ette, lennates 180 cm. Millise kiirusega pall visati ja kui suure kiirusega pall maad tabas?

Teeme hetkkiiruse Y-teljele projektsiooni võrrandi mõlemad pooled ruudu ruutu: υy  =  υoy + ay t  (vt § 12-i). Saame võrdsuse:

υy²  =  ( υoy + ay t )²  =  υoy² + 2 υoy ay t + ay² t²

Võtame teguri  2 ay  sulgudest välja ainult kahe parempoolse termini puhul:

υy²  =  υoy² + 2 ay ( υoy t + ½ ay t² )

Pange tähele, et sulgudes saame nihkeprojektsiooni arvutamise valemi:  sy = υoy t + ½ ay t². Asendades selle sõnaga sy , saame:

Lahendus. Teeme joonise: suunake Y-telg üles ja asetage alguspunkt maapinnale tüdruku jalgade juurde. Rakendame valemit, mille tuletasime kiiruse projektsiooni ruudu jaoks kõigepealt palli tõusu ülemises punktis:

0 = υoy² + 2 (–g) (+h) ⇒ υoy = ±√¯2gh = +4 m/s

Seejärel liigutuse alguses ülemisest punktist alla:

υy² = 0 + 2 (–g) (–H) ⇒ υy = ±√¯2gh = –6 m/s

Vastus: pall visati ülespoole kiirusega 4 m/s ning maandumise hetkel oli selle kiirus 6 m/s suunatud vastu Y-telge.

Märge. Loodame, et saate aru, et hetkkiiruse projektsiooni ruudu valem on analoogia põhjal tõene X-telje puhul:

Kui liikumine on ühemõõtmeline, see tähendab, et see toimub ainult mööda ühte telge, võite kasutada raamistikus üht kahest valemist.

Pideva kiirendusega sirgjoonelist liikumist nimetatakse ühtlaselt kiirendatuks, kui kiirusmoodul aja jooksul suureneb, või ühtlaselt aeglustuks, kui see väheneb.

Kiirendatud liikumise näide oleks lillepoti kukkumine madala maja rõdult. Kukkumise alguses on poti kiirus nullis, kuid mõne sekundiga õnnestub see kasvada kümnete m/s-ni. Aegluubi näide on vertikaalselt ülespoole visatud kivi liikumine, mille kiirus on alguses suur, kuid seejärel väheneb trajektoori tipus järk-järgult nullini. Kui jätta tähelepanuta õhutakistusjõud, siis on kiirendus mõlemal juhul sama ja võrdne gravitatsioonikiirendusega, mis on alati suunatud vertikaalselt allapoole, tähistatud tähega g ja on ligikaudu 9,8 m/s2.

Vaba langemise kiirendus g on tingitud Maa gravitatsioonist. See jõud kiirendab kõiki Maa poole liikuvaid kehasid ja aeglustab sellelt eemalduvaid kehasid.

kus v on keha kiirus ajahetkel t, millest pärast lihtsaid teisendusi saame võrrand jaoks kiirus konstantse kiirendusega liikumisel: v = v0 + at

8. Liikumisvõrrandid pideva kiirendusega.

Konstantse kiirendusega sirgjoonelise liikumise kiiruse võrrandi leidmiseks eeldame, et hetkel t=0 oli keha algkiirus v0. Kuna kiirendus a on konstantne, kehtib järgmine võrrand iga aja t kohta:

kus v on keha kiirus ajahetkel t, millest pärast lihtsaid teisendusi saame konstantse kiirendusega liikumisel kiiruse võrrandi: v = v0 + at

Konstantse kiirendusega sirgjoonelise liikumise käigus läbitud teekonna võrrandi tuletamiseks koostame kõigepealt kiiruse ja aja graafiku (5.1). A>0 korral on selle sõltuvuse graafik näidatud joonisel 5 vasakul (sinine joon). Nagu punktis 3 tuvastasime, saab ajas t tehtud nihke määrata, arvutades kiiruse-aja kõvera alune pindala vahemikus t=0 ja t. Meie puhul on kahe vertikaalse joonega t=0 ja t piiratud kõvera alune joonis trapets OABC, mille pindala S on teatavasti võrdne aluste OA pikkuste summa poole korrutisega. ja CB ning kõrgus OC:

Nagu on näha jooniselt 5, OA = v0, CB = v0 + at ja OC = t. Asendades need väärtused punktiga (5.2), saame järgmise võrrandi nihke S jaoks, mis on sooritatud ajas t sirgjoonelise liikumise ajal konstantse kiirendusega a algkiirusel v0:

Lihtne on näidata, et valem (5.3) kehtib mitte ainult liikumise kohta kiirendusega a>0, mille jaoks see tuletati, vaid ka juhtudel, kui<0. На рис.5 справа красными линиями показаны графики зависимости S при положительных (верх) и отрицательных (низ) значениях a, построенные по формуле (5.3) для различных величин v0. Видно, что в отличие от равномерного движения (см. рис. 3), график зависимости перемещения от времени является параболой, а не прямой, показанной для сравнения пунктирной линией.

9. Kehade vabalangemine. Liikumine pideva vabalangemise kiirendusega.

Kehade vabalangemist nimetatakse kehade langemiseks Maale õhutakistuse puudumisel (tühjus)

Kiirendust, millega kehad langevad Maale, nimetatakse vabalangemise kiirenduseks. Gravitatsioonikiirenduse vektorit tähistab sümbol, see on suunatud vertikaalselt alla. Maakera erinevates punktides, olenevalt geograafilisest laiuskraadist ja kõrgusest merepinnast, osutub g arvväärtus ebavõrdseks, varieerudes umbes 9,83 m/s2 poolustel kuni 9,78 m/s2 ekvaatoril. Moskva laiuskraadil g = 9,81523 m/s2. Tavaliselt, kui arvutustes ei nõuta suurt täpsust, siis maapinnal võetakse g arvväärtuseks 9,8 m/s2 või isegi 10 m/s2.

Vaba langemise lihtne näide on keha kukkumine teatud kõrguselt h ilma algkiiruseta. Vabalangemine on sirgjooneline liikumine pideva kiirendusega.

Ideaalne vabalangemine on võimalik ainult vaakumis, kus puudub õhutakistusjõud ning olenemata massist, tihedusest ja kujust langevad kõik kehad võrdselt kiiresti, s.t igal ajahetkel on kehadel samad hetkkiirused ja kiirendused.

Kehade vabalangemisel on rakendatavad kõik ühtlaselt kiirendatud liikumise valemid.

Keha vaba langemise kiiruse väärtus igal ajahetkel:

keha liikumine:

Sel juhul sisestatakse ühtlaselt kiirendatud liikumise valemitesse kiirenduse a asemel vaba langemise kiirendus g = 9,8 m/s2.

10. Kehade liikumine. JÄGA KEHA TÕLKE LIIKUMINE

Jäiga keha translatsiooniline liikumine on selline liikumine, mille käigus mis tahes sirgjoon, mis on alati kehaga ühendatud, liigub paralleelselt iseendaga. Selleks piisab, kui kaks kehaga ühendatud mitteparalleelset sirget liiguvad paralleelselt iseendaga. Translatsioonilises liikumises kirjeldavad kõik keha punktid samu paralleelseid trajektoore ning neil on igal ajal samad kiirused ja kiirendused. Seega määrab keha translatsioonilise liikumise selle ühe punkti O liikumine.

Üldjuhul toimub translatsiooniline liikumine kolmemõõtmelises ruumis, kuid selle peamine omadus - mis tahes segmendi paralleelsuse säilitamine iseendaga jääb kehtima.

Liigutab järk-järgult näiteks liftikabiini. Samuti liigub esimesel lähenemisel vaateratta kabiin edasi. Kuid rangelt võttes ei saa vaaterattakabiini liikumist pidada progressiivseks. Kui keha liigub edasi, siis selle liikumise kirjeldamiseks piisab tema suvalise punkti liikumise kirjeldamisest (näiteks keha massikeskme liikumisest).

Kui suletud mehaanilise süsteemi moodustavad kehad interakteeruvad üksteisega ainult gravitatsiooni- ja elastsusjõudude kaudu, siis on nende jõudude töö võrdne kehade potentsiaalse energia muutusega, mis on võetud vastupidise märgiga: A \ u003d – (E p2 – E p1).

Kineetilise energia teoreemi järgi on see töö võrdne kehade kineetilise energia muutumisega

Seega

Või E k 1 + E p 1 = E k 2 + E p 2 .

Kinnise süsteemi moodustavate ning gravitatsiooni- ja elastsusjõudude kaudu üksteisega vastastikmõjus olevate kehade kineetilise ja potentsiaalse energia summa jääb muutumatuks.

See väide väljendab mehaaniliste protsesside energia jäävuse seadust. See on Newtoni seaduste tagajärg. Summa E = E k + E p nimetatakse mehaaniliseks koguenergiaks. Mehaanilise energia jäävuse seadus on täidetud ainult siis, kui suletud süsteemis olevad kehad interakteeruvad üksteisega konservatiivsete jõudude abil, see tähendab jõududega, mille jaoks saab kasutusele võtta potentsiaalse energia mõiste.

Suletud kehade süsteemi mehaaniline energia ei muutu, kui nende kehade vahel toimivad ainult konservatiivsed jõud. Konservatiivsed jõud on need jõud, mille töö mis tahes suletud trajektooril on võrdne nulliga. Gravitatsioon on üks konservatiivseid jõude.

Reaalsetes tingimustes mõjutavad peaaegu alati liikuvaid kehasid koos gravitatsioonijõudude, elastsusjõudude ja muude konservatiivsete jõududega keskkonna hõõrdejõud või takistusjõud.

Hõõrdejõud ei ole konservatiivne. Hõõrdejõu töö sõltub tee pikkusest.

Kui suletud süsteemi moodustavate kehade vahel mõjuvad hõõrdejõud, siis mehaaniline energia ei säili. Osa mehaanilisest energiast muundatakse kehade siseenergiaks (kuumutamiseks).

Üheski füüsilises suhtluses energia ei teki ega kao. See muutub ainult ühest vormist teise.

Energia jäävuse ja muundamise seaduse üheks tagajärjeks on väide, et on võimatu luua "igiliikurit" (perpetuum mobile) – masinat, mis võiks teha tööd lõputult ilma energiat tarbimata.

Ajalugu säilitab märkimisväärsel hulgal "igiliikuri" projekte. Mõnes neist on "leiutaja" vead ilmsed, teistes varjatakse neid seadme keeruka disainiga ja võib olla väga raske mõista, miks see masin ei tööta. Meie ajal jätkuvad viljatud katsed luua "igiliikur". Kõik need katsed on määratud läbikukkumisele, kuna energia jäävuse ja muundamise seadus "keelab" ilma energiat kulutamata tööle saada.

31. Molekulaar-kineetilise teooria põhisätted ja nende põhjendus.

Kõik kehad koosnevad molekulidest, aatomitest ja elementaarosakestest, mis on eraldatud vahedega, liiguvad juhuslikult ja interakteeruvad üksteisega.

Kinemaatika ja dünaamika aitavad meil kirjeldada keha liikumist ja määrata seda liikumist põhjustava jõu. Paljudele küsimustele mehaanika vastata ei oska. Näiteks millest on kehad tehtud? Miks muutuvad paljud ained kuumutamisel vedelaks ja seejärel aurustuvad? Ja üldiselt, mis on temperatuur ja soojus?

Vana-Kreeka filosoof Demokritos püüdis sellistele küsimustele vastata 25 sajandit tagasi. Ilma katseid tegemata jõudis ta järeldusele, et kehad tunduvad meile ainult tahked, kuid tegelikult koosnevad need kõige väiksematest osakestest, mida eraldab tühjus. Arvestades, et neid osakesi on võimatu lõhestada, nimetas Demokritos neid aatomiteks, mis kreeka keeles tähendab jagamatut. Ta väitis ka, et aatomid võivad olla erinevad ja on pidevas liikumises, kuid me ei näe seda, sest. nad on väga väikesed.

Suure panuse molekulaarkineetilise teooria arendamisse andis M.V. Lomonossov. Lomonosov oli esimene, kes väitis, et soojus peegeldab keha aatomite liikumist. Lisaks tutvustas ta lihtsate ja keerukate ainete mõistet, mille molekulid koosnevad vastavalt samadest ja erinevatest aatomitest.

Molekulaarfüüsika või molekulaarkineetiline teooria põhineb teatud ideedel aine struktuuri kohta

Seega on aine struktuuri atomistliku teooria kohaselt aine väikseim osake, mis säilitab kõik oma keemilised omadused, molekul. Isegi suurte, tuhandetest aatomitest koosnevate molekulide mõõtmed on nii väikesed, et neid pole valgusmikroskoobiga näha. Arvukad katsed ja teoreetilised arvutused näitavad, et aatomite suurus on umbes 10 -10 m Molekuli suurus sõltub sellest, kui paljudest aatomitest see koosneb ja kuidas need üksteise suhtes paiknevad.

Molekulaarkineetiline teooria on aine struktuuri ja omaduste uurimine, mis põhineb ideel aatomite ja molekulide kui keemiliste ainete väikseimate osakeste olemasolust.

Molekulaarkineetiline teooria põhineb kolmel põhisättel:

1. Kõik ained – vedelad, tahked ja gaasilised – moodustuvad kõige väiksematest osakestest – molekulidest, mis ise koosnevad aatomitest (“elementaarmolekulid”). Keemilise aine molekulid võivad olla lihtsad või keerulised, s.t. koosnevad ühest või mitmest aatomist. Molekulid ja aatomid on elektriliselt neutraalsed osakesed. Teatud tingimustel võivad molekulid ja aatomid omandada täiendava elektrilaengu ja muutuda positiivseteks või negatiivseteks ioonideks.

2. Aatomid ja molekulid on pidevas kaootilises liikumises.

3. Osakesed interakteeruvad üksteisega jõududega, mis on oma olemuselt elektrilised. Gravitatsiooniline vastastikmõju osakeste vahel on tühine.

Kõige silmatorkavam eksperimentaalne kinnitus molekulaarkineetilise teooria ideedele aatomite ja molekulide juhuslikust liikumisest on Browni liikumine. See on vedelikus või gaasis suspendeeritud väikseimate mikroskoopiliste osakeste soojusliikumine. Selle avastas inglise botaanik R. Brown 1827. aastal. Browni osakesed liiguvad juhuslike molekulide kokkupõrgete mõjul. Molekulide kaootilise soojusliikumise tõttu ei tasakaalusta need mõjud üksteist kunagi. Selle tulemusena muutub Browni osakese kiirus juhuslikult suurusjärgus ja suunas ning selle trajektooriks on keeruline siksakiline kõver.

Aine molekulide pidev kaootiline liikumine avaldub ka teises kergesti jälgitavas nähtuses – difusioonis. Difusioon on kahe või enama külgneva aine tungimise nähtus üksteisesse. Protsess kulgeb kõige kiiremini gaasis.

Molekulide juhuslikku juhuslikku liikumist nimetatakse soojusliikumiseks. Soojusliikumise kineetiline energia suureneb temperatuuri tõustes.

Mool on aine kogus, mis sisaldab nii palju osakesi (molekule), kui on aatomeid 0,012 kg süsinikus 12 C. Süsiniku molekul koosneb ühest aatomist.

32. Molekulide mass, molekulide suhteline molekulmass. 33. Molekulide molaarmass. 34. Aine kogus. 35. Avogadro konstant.

Molekulaarkineetilises teoorias loetakse aine kogust võrdeliseks osakeste arvuga. Aine koguseühikut nimetatakse mooliks (mooliks).

Mool on aine kogus, mis sisaldab nii palju osakesi (molekule), kui on aatomeid 0,012 kg (12 g) süsinikus 12 C. Süsiniku molekul koosneb ühest aatomist.

Üks aine mool sisaldab molekulide või aatomite arvu, mis on võrdne Avogadro konstandiga.

Seega sisaldab iga aine üks mool sama palju osakesi (molekule). Seda arvu nimetatakse Avogadro konstandiks N A: N A \u003d 6,02 10 23 mol -1.

Avogadro konstant on molekulaarkineetilise teooria üks olulisemaid konstante.

Aine kogus ν on defineeritud kui aine osakeste (molekulide) arvu N ja Avogadro konstandi N A suhe:

Molaarmass M on antud aine proovi massi m suhe selles sisalduva aine kogusesse n:

mis on arvuliselt võrdne ühe mooli koguses võetud aine massiga. Molaarmassi SI-süsteemis väljendatakse kg/mol.

Seega on aine suhteline molekulaar- või aatommass selle molekuli ja aatomi massi ja 1/12 süsinikuaatomi massi suhe.

36. Browni liikumine.

Paljud loodusnähtused annavad tunnistust aine mikroosakeste, molekulide ja aatomite kaootilisest liikumisest. Mida kõrgem on aine temperatuur, seda intensiivsem on see liikumine. Seetõttu peegeldab keha soojus selle koostisosade molekulide ja aatomite juhuslikku liikumist.

Selle tõestuseks, et aine kõik aatomid ja molekulid on pidevas ja juhuslikus liikumises, võib olla difusioon – ühe aine osakeste läbitungimine teise ainesse.

Seega levib lõhn ruumis kiiresti ka õhu liikumise puudumisel. Tilk tinti muudab kogu veeklaasi kiiresti ühtlaselt mustaks.

Difusiooni saab tuvastada ka tahketel ainetel, kui need suruda tihedalt kokku ja jätta pikaks ajaks seisma. Difusiooninähtus näitab, et aine mikroosakesed on võimelised spontaanselt igas suunas liikuma. Sellist aine mikroosakeste, aga ka selle molekulide ja aatomite liikumist nimetatakse nende termiliseks liikumiseks.

PRUUNI LIIKUMINE - väikseimate vedelikus või gaasis hõljuvate osakeste juhuslik liikumine, mis toimub keskkonnamolekulide mõjul; avastas R. Brown 1827. aastal

Vaatlused näitavad, et Browni liikumine ei peatu kunagi. Veetilgas (kui te ei lase kuivada) võib terade liikumist jälgida palju päevi, kuid, aastaid. See ei peatu ei suvel ega talvel, päeval ega öösel.

Browni liikumise põhjuseks on vedeliku molekulide, milles paiknevad tahke aine terad, pidev, lõputu liikumine. Loomulikult on need terad kordades suuremad kui molekulid ise ja kui me näeme terade liikumist mikroskoobi all, siis me ei peaks arvama, et me näeme molekulide endi liikumist. Molekule ei saa tavalise mikroskoobiga näha, kuid nende olemasolu ja liikumist saame hinnata löökide järgi, mida nad tekitavad, lükates tahke keha terakesi ja pannes need liikuma.

Browni liikumise avastamine oli aine struktuuri uurimisel väga oluline. See näitas, et kehad koosnevad tõesti eraldiseisvatest osakestest – molekulidest ja et molekulid on pidevas juhuslikus liikumises.

Browni liikumise seletus anti alles 19. sajandi viimasel veerandil, kui paljudele teadlastele sai selgeks, et Browni osakeste liikumist põhjustavad termilist ainet muutva keskkonna (vedeliku või gaasi) molekulide juhuslikud mõjud. liikumine. Keskmiselt mõjuvad keskkonna molekulid Browni osakesele igast küljest võrdse jõuga, kuid need löögid ei tasakaalusta kunagi üksteist täpselt ning selle tulemusena muutub Browni osakese kiirus juhuslikult suuruses ja suunas. Seetõttu liigub Browni osake mööda siksakilist rada. Sel juhul, mida väiksem on Browni osakese suurus ja mass, seda märgatavamaks muutub selle liikumine.

Seega pani Browni liikumise analüüs aluse aine struktuuri kaasaegsele molekulaarkineetilisele teooriale.

37. Molekulide vastasmõju jõud. 38. Gaasiliste ainete struktuur. 39. Vedelate ainete struktuur. 40. Tahkete ainete struktuur.

Molekulide vaheline kaugus ja nende vahel mõjuvad jõud määravad gaasiliste, vedelate ja tahkete kehade omadused.

Oleme harjunud, et vedelikku saab ühest anumast teise valada ja gaas täidab kiiresti kogu sellele ette nähtud mahu. Vesi saab voolata ainult mööda jõesängi ja selle kohal olev õhk ei tunne piire.

Kõikide molekulide vahel toimivad molekulidevahelised tõmbejõud, mille suurus väheneb väga kiiresti koos molekulide kaugusega üksteisest ja seetõttu ei interakteeru need molekulide mitme läbimõõduga võrduval kaugusel üldse.

Seega toimivad peaaegu üksteise lähedal asuvate vedeliku molekulide vahel tõmbejõud, mis ei lase neil molekulidel eri suundades hajuda. Vastupidi, gaasimolekulide vahelised tühised tõmbejõud ei suuda neid koos hoida ja seetõttu võivad gaasid laieneda, täites kogu neile antud mahu. Molekulidevaheliste tõmbejõudude olemasolu saab kontrollida lihtsa katsega - suruda kaks pliivarda üksteise vastu. Kui kontaktpinnad on piisavalt siledad, kleepuvad latid kokku ja neid on raske eraldada.

Kuid molekulidevahelised tõmbejõud üksi ei suuda seletada kõiki erinevusi gaasiliste, vedelate ja tahkete ainete omaduste vahel. Miks on näiteks vedeliku või tahke aine mahtu väga raske vähendada, aga õhupalli on suhteliselt lihtne kokku suruda? Seda seletatakse asjaoluga, et molekulide vahel ei eksisteeri mitte ainult tõmbejõud, vaid ka molekulidevahelised tõukejõud, mis toimivad siis, kui naabermolekulide aatomite elektronkestad hakkavad kattuma. Just need tõrjuvad jõud takistavad ühel molekulil tungida teise molekuli poolt juba hõivatud ruumalasse.

Kui välisjõud ei mõju vedelale või tahkele kehale, on nende molekulide vaheline kaugus selline, et tõmbe- ja tõukejõu resultantjõud on null. Kui üritada keha mahtu vähendada, siis molekulide vaheline kaugus väheneb ja kokkusurutud keha küljelt hakkab mõjuma suurenenud tõukejõudude resultant. Vastupidi, kui keha venitatakse, on tekkivad elastsusjõud seotud tõmbejõudude suhtelise suurenemisega, kuna Molekulide lahkulöömisel vähenevad tõukejõud palju kiiremini kui külgetõmbejõud.

Gaasimolekulid paiknevad oma suurusest kümneid kordi suurematel vahemaadel, mistõttu need molekulid ei interakteeru üksteisega ning seetõttu on gaase palju lihtsam kokku suruda kui vedelikke ja tahkeid aineid. Gaasidel puudub spetsiifiline struktuur ja need on liikuvate ja põrkuvate molekulide kogum.

Vedelik on molekulide kogum, mis on peaaegu üksteisega külgnevad. Soojusliikumine võimaldab vedelal molekulil aeg-ajalt oma naabreid vahetada, hüpates ühest kohast teise. See seletab vedelike voolavust.

Tahkete ainete aatomid ja molekulid ei suuda oma naabreid muuta ning nende soojusliikumine on vaid väikesed kõikumised naaberaatomite või -molekulide asukoha suhtes. Aatomite vaheline interaktsioon võib viia selleni, et tahkest ainest saab kristall ja selles olevad aatomid asuvad kristallvõre sõlmedes. Kuna tahkete ainete molekulid naabrite suhtes ei liigu, säilitavad need kehad oma kuju.

41. Ideaalne gaas molekulaarkineetilises teoorias.

Ideaalne gaas on haruldase gaasi mudel, milles molekulide vahelist vastasmõju eiratakse. Molekulide vastasmõju jõud on üsna keerukas. Väga väikestel vahemaadel, kui molekulid lendavad üksteise lähedal, mõjuvad nende vahel suured tõukejõud. Molekulide vahel suurte või vahepealsete vahemaade korral mõjuvad suhteliselt nõrgad tõmbejõud. Kui molekulide vahelised kaugused on keskmiselt suured, mida täheldatakse piisavalt haruldases gaasis, siis vastastikmõju avaldub suhteliselt harvade molekulide omavaheliste kokkupõrgetena, kui need lähedalt lennates. Ideaalses gaasis jäetakse molekulide vastastikmõju üldiselt tähelepanuta.

42. Gaasirõhk molekulaarkineetilises teoorias.

Ideaalne gaas on haruldase gaasi mudel, milles molekulide vahelist vastasmõju eiratakse.

Ideaalse gaasi rõhk on võrdeline molekulide kontsentratsiooni ja nende keskmise kineetilise energia korrutisega.

Gaas on kõikjal meie ümber. Igas kohas maa peal, ka vee all, kanname endas osa atmosfäärist, mille alumised kihid on ülemiste raskusjõu toimel kokku surutud. Seetõttu saab atmosfäärirõhku mõõtes hinnata kõrgel meie kohal toimuvat ja ennustada ilma.

43. Ideaalse gaasi molekulide kiiruse ruudu keskmine väärtus.

44. Gaasi molekulaarkineetilise teooria põhivõrrandi tuletamine. 45. Gaasi molekulide rõhu ja keskmise kineetilise energiaga seotud valemi tuletamine.

Pinna teatud lõigul rõhk p on selle pinnaga risti mõjuva jõu F suhe selle antud lõigu pindalasse S

Rõhu SI-ühik on Pascal (Pa). 1 Pa \u003d 1 N / m 2.

Leiame jõud F, millega molekul massiga m0 mõjub pinnale, millelt see tagasi põrkub. Pinnalt peegeldudes, mis kestab ajaperioodi Dt, muutub selle pinnaga risti olev molekuli kiiruse komponent vy vastupidiseks (-vy). Seetõttu omandab molekul pinnalt peegeldumisel impulsi 2m0vy ja seega vastavalt Newtoni kolmandale seadusele 2m0vy =FDt, kust:

Valem (22.2) võimaldab arvutada jõu, millega üks gaasimolekul rõhub anuma seinale intervalli Dt jooksul. Gaasi rõhu keskmise jõu määramiseks näiteks ühes sekundis on vaja leida, mitu molekuli peegeldub sekundis pinnalt S, samuti on vaja teada selle suunas liikuvate molekulide keskmist kiirust vy. pinnale.

Olgu gaasi ruumalaühiku kohta n molekuli. Lihtsustame oma ülesannet, eeldades, et kõik gaasimolekulid liiguvad sama kiirusega, v. Sel juhul liigub 1/3 kõigist molekulidest mööda Ox-telge ning sama palju Oy ja Oz telge (vt joonis 22c). Pooled mööda Oy telge liikuvatest molekulidest liiguvad seina C poole ja ülejäänud liiguvad vastupidises suunas. Ilmselgelt on seina C poole tormavate molekulide arv mahuühiku kohta n/6.

Leiame nüüd molekulide arvu, mis tabavad pindala S (joonisel 22c varjutatud) ühe sekundi jooksul. Ilmselgelt jõuavad 1 sekundiga need molekulid, mis selle poole liiguvad ja ei ole kaugemal kui v suurem, aega seinani jõuda. Seetõttu tabab 1/6 kõigist joonisel 1 esile tõstetud ristkülikukujulise rööptahuka molekulidest seda pinnaala. 22c, mille pikkus on võrdne v-ga ja otspindade pindala on S. Kuna selle rööptahuka ruumala on Sv, on 1 sekundi jooksul seina pindalaga kokku puutunud molekulide koguarv N võrdne kellele:

Kasutades (22.2) ja (22.3) on võimalik arvutada impulss, mis 1 sekundiga andis gaasimolekulidele seinapinna lõigu pindalaga S. See impulss on arvuliselt võrdne gaasi survejõuga F:

kust (22.1) kasutades saame järgmise avaldise, mis on seotud gaasi rõhu ja selle molekulide translatsioonilise liikumise keskmise kineetilise energiaga:

kus Е СР on ideaalsete gaasimolekulide keskmine kineetiline energia. Valemit (22.4) nimetatakse gaaside molekulaarkineetilise teooria põhivõrrandiks.

46. ​​Termiline tasakaal. 47. Temperatuur. Temperatuuri muutus. 48. Instrumendid temperatuuri mõõtmiseks.

Kehade vahel on termiline tasakaal võimalik ainult siis, kui nende temperatuur on sama.

Mis tahes objekti käega puudutades saame hõlpsalt kindlaks teha, kas see on soe või külm. Kui eseme temperatuur on madalam kui käe temperatuur, tundub ese külm ja kui vastupidi, siis on see soe. Kui pigistate rusikasse külma mündi, hakkab käe soojus münti soojendama ja mõne aja pärast muutub selle temperatuur võrdseks käe temperatuuriga või, nagu öeldakse, saabub termiline tasakaal. Seetõttu iseloomustab temperatuur kahe või enama sama temperatuuriga keha süsteemi termilise tasakaalu seisundit.

Temperatuur koos gaasi mahu ja rõhuga on makroskoopilised parameetrid. Temperatuuri mõõtmiseks kasutatakse termomeetreid. Mõnes neist registreeritakse vedeliku mahu muutus kuumutamisel, teistes elektritakistuse muutus jne. Kõige levinum on Celsiuse temperatuuriskaala, mis on saanud nime Rootsi füüsiku A. Celsiuse järgi. Vedeliku termomeetri Celsiuse temperatuuriskaala saamiseks kastetakse see esmalt sulavasse jäässe ja märgitakse üles kolonni otsa asukoht ning seejärel keevasse vette. Samba nende kahe asendi vaheline segment jagatakse 100 võrdseks osaks, eeldades, et jää sulamistemperatuur vastab null kraadile Celsiuse järgi (o C) ja keeva vee temperatuur on 100 o C.

49. Gaasimolekulide keskmine kineetiline energia termilises tasakaalus.

Molekulaarkineetilise teooria põhivõrrand (22.4) seob gaasirõhu, molekulide kontsentratsiooni ja nende keskmise kineetilise energia. Molekulide keskmine kineetiline energia on aga reeglina teadmata, kuigi paljude katsete tulemused näitavad, et molekulide kiirus suureneb temperatuuri tõustes (vt nt Browni liikumist §20). Gaasi molekulide keskmise kineetilise energia sõltuvuse selle temperatuurist võib saada Prantsuse füüsiku J. Charlesi 1787. aastal avastatud seadusest.

50. Gaasid termilises tasakaalus (kirjeldage kogemust).

51. Absoluutne temperatuur. 52. Absoluutse temperatuuri skaala. 53. Temperatuur on molekulide keskmise kineetilise energia mõõt.

Gaasi molekulide keskmise kineetilise energia sõltuvuse selle temperatuurist võib saada Prantsuse füüsiku J. Charlesi 1787. aastal avastatud seadusest.

Charlesi seaduse järgi, kui antud gaasi massi maht ei muutu, sõltub selle rõhk pt lineaarselt temperatuurist t:

kus t on gaasi temperatuur mõõdetuna o C ja p 0 on gaasi rõhk temperatuuril 0 o C (vt joonis 23b). Seega tuleneb Charlesi seadusest, et konstantset ruumala hõivava gaasi rõhk on võrdeline summaga (t + 273 o C). Teisest küljest tuleneb (22.4), et kui molekulide kontsentratsioon on konstantne, s.o. gaasi poolt hõivatud ruumala ei muutu, siis peab gaasi rõhk olema võrdeline molekulide keskmise kineetilise energiaga. See tähendab, et gaasimolekulide keskmine kineetiline energia E SR on lihtsalt võrdeline väärtusega (t + 273 o C):

kus b on konstantne koefitsient, mille väärtuse määrame hiljem. (23.2) järeldub, et molekulide keskmine kineetiline energia on -273 ° C juures võrdne nulliga. Selle põhjal tegi inglise teadlane W. Kelvin 1848. aastal ettepaneku kasutada absoluutset temperatuuriskaala, mille nulltemperatuur vastaks. temperatuurini -273 °C ja iga temperatuurikraad oleks võrdne Celsiuse kraadiga. Seega on absoluutne temperatuur T seotud Celsiuse kraadides mõõdetud temperatuuriga t järgmiselt:

Absoluuttemperatuuri SI ühik on Kelvin (K).

Antud (23.3) võrrand (23.2) teisendatakse järgmiseks:

asendades selle (22.4), saame järgmise:

Murru (23,5) vabanemiseks asendame 2b/3 k-ga ning (23,4) ja (23,5) asemel saame kaks väga olulist võrrandit:

kus k on L. Boltzmanni järgi nimetatud Boltzmanni konstant. Katsed on näidanud, et k=1,38,10 -23 J/K. Seega on gaasi rõhk ja selle molekulide keskmine kineetiline energia võrdeline selle absoluutse temperatuuriga.

54. Gaasi rõhu sõltuvus selle molekulide kontsentratsioonist ja temperatuurist.

Enamikul juhtudel, kui gaas liigub ühest olekust teise, muutuvad kõik selle parameetrid - temperatuur, maht ja rõhk. See juhtub siis, kui gaas surutakse sisepõlemismootori silindris kolvi all kokku, mille tulemusena gaasi temperatuur ja rõhk tõusevad ning maht väheneb. Kuid mõnel juhul on mõne gaasi parameetri muutused suhteliselt väikesed või puuduvad üldse. Selliseid protsesse, kus üks kolmest parameetrist – temperatuur, rõhk või maht jääb muutumatuks, nimetatakse isoprotsessideks ja neid kirjeldavaid seaduspärasusi gaasiseadusteks.

55. Gaasi molekulide kiiruse mõõtmine. 56. Sterni kogemus.

Kõigepealt teeme selgeks, mida mõeldakse molekulide kiiruse all. Tuletame meelde, et sagedaste kokkupõrgete tõttu muutub iga üksiku molekuli kiirus kogu aeg: molekul liigub kas kiiresti või aeglaselt ning mõneks ajaks (näiteks ühe sekundi) omandab molekuli kiirus palju erinevaid väärtusi. Teisest küljest on suures arvus molekulides, mis moodustavad vaadeldava gaasi mahu, igal hetkel väga erineva kiirusega molekule. Ilmselt tuleb gaasi oleku iseloomustamiseks rääkida teatud keskmisest kiirusest. Võime eeldada, et see on ühe molekuli keskmine kiirus piisavalt pika aja jooksul või et see on kõigi gaasimolekulide keskmine kiirus antud mahus mingil ajahetkel.

Molekulide liikumiskiiruse määramiseks on erinevaid viise. Üks lihtsamaid on 1920. aastal Sterni katses läbi viidud meetod.

Riis. 390. Kui klaasi A all olev ruum on täidetud vesinikuga; seejärel väljuvad poorse anumaga B suletud lehtri otsast mullid

Selle mõistmiseks kaaluge järgmist analoogiat. Liikuvale märklauale tulistades tuleb selle tabamiseks sihtida punkti, mis on märklaua ees. Kui võtta sihik sihtmärgile, tabavad kuulid sihtmärgi taha. See löögikoha kõrvalekalle sihtmärgist on seda suurem, mida kiiremini sihtmärk liigub ja seda väiksem on kuulide kiirus.

Otto Sterni (1888–1969) eksperiment oli pühendatud gaasimolekulide kiirusjaotuse eksperimentaalsele kinnitamisele ja visualiseerimisele. See on veel üks ilus kogemus, mis võimaldas "joonistada" selle jaotuse graafiku eksperimentaalsele seadistusele selle sõna otseses mõttes. Sterni installatsioon koosnes kahest pöörlevast õõnsast silindrist, mille teljed langesid (vt joonist paremal; suur silinder pole täielikult välja tõmmatud). Sisemises silindris oli hõbedane niit 1 venitatud sirgeks piki selle telge, millest juhiti läbi vool, mis viis selle kuumenemiseni, osalise sulamiseni ja sellele järgneva hõbedaaatomite aurustumiseni selle pinnalt. Selle tulemusena täitus sisemine silinder, kus algselt oli vaakum, järk-järgult madala kontsentratsiooniga gaasilise hõbedaga. Sisemisse silindrisse, nagu joonisel näidatud, tehti õhuke pilu 2, nii et suurem osa silindrini jõudvatest hõbedaaatomitest asus sellele. Väike osa aatomitest läbis pilu ja langes välimisse silindrisse, milles vaakum säilis. Siin need aatomid enam teiste aatomitega kokku ei põrganud ja seetõttu liikusid radiaalsuunas konstantse kiirusega, jõudes selle kiirusega pöördvõrdelise aja pärast välimisse silindrisse:

kus on sisemise ja välimise silindri raadiused ja on osakeste kiiruse radiaalne komponent. Selle tulemusena tekkis aja jooksul välimisele silindrile 3 hõbedane pritsmekiht. Puhkeseisundis olevate silindrite puhul oli see kiht riba kujul, mis asus täpselt sisemise silindri pilu vastas. Aga kui silindrid pöörlesid sama nurkkiirusega, siis selleks ajaks, kui molekul jõudis välimise silindrini, oli viimane juba vahemaa võrra nihkunud.

võrreldes punktiga, mis asub otse pilu vastas (st statsionaarsete silindrite puhul punktiga, kuhu osakesed settisid).

57. Ideaalse gaasi olekuvõrrandi tuletamine (Mendelejevi-Claiperoni võrrand)

Gaasid on sageli keemiliste reaktsioonide reagendid ja produktid. Alati ei ole võimalik panna neid tavatingimustes üksteisega reageerima. Seetõttu peate õppima, kuidas määrata gaasimoolide arvu tavalistest muudel tingimustel.

Selleks kasutage ideaalse gaasi olekuvõrrandit (seda nimetatakse ka Clapeyroni-Mendelejevi võrrandiks): PV = nRT

kus n on gaasimoolide arv;

P on gaasi rõhk (näiteks atm;

V on gaasi maht (liitrites);

T on gaasi temperatuur (kelvinites);

R on gaasikonstant (0,0821 L atm/mol K).

Leidsin võrrandi tuletamise, kuid see on väga keeruline. Peame veel otsima.

58. Isotermiline protsess.

Isotermiline protsess on gaasi oleku muutumine, mille korral selle temperatuur jääb muutumatuks. Sellise protsessi näide on autorehvide täitmine õhuga. Sellist protsessi võib aga pidada isotermiliseks, kui võrrelda õhu olekut enne pumpa sisenemist selle olekuga rehvis pärast rehvi ja ümbritseva õhu temperatuuri võrdsustumist. Igasuguseid aeglaseid protsesse, mis toimuvad väikese gaasikoguse korral, mida ümbritseb suur konstantse temperatuuriga gaasi, vedeliku või tahke aine mass, võib pidada isotermilisteks.

Isotermilise protsessi korral on antud gaasi massi ja selle ruumala rõhu korrutis konstantne väärtus. Selle seaduse, mida nimetatakse Boyle'i-Mariotte'i seaduseks, avastasid inglise teadlane R. Boyle ja prantsuse füüsik E. Mariotte ning see on kirjutatud järgmisel kujul:

Otsige näiteid!

59. Isobaarne protsess.

Isobaarne protsess on gaasi oleku muutumine, mis toimub konstantsel rõhul.

Isobaarses protsessis on antud gaasi massi ja temperatuuri suhe konstantne. Selle järelduse, mida nimetatakse Gay-Lussaci seaduseks prantsuse teadlase J. Gay-Lussaci auks, võib kirjutada järgmiselt:

Üks isobaarilise protsessi näide on tainas sisalduvate väikeste õhumullide ja süsinikdioksiidi mullide paisumine ahju asetamisel. Õhurõhk ahju sees ja väljaspool on sama ning temperatuur sees on ligikaudu 50% kõrgem kui väljas. Gay-Lussaci seaduse järgi kasvab 50% võrra ka gaasimullide maht tainas, mis muudab koogi õhuliseks.

60. Isohooriline protsess.

Protsessi, mille käigus gaasi olek muutub, samal ajal kui selle maht jääb muutumatuks, nimetatakse isohooriliseks. Mendelejevi-Clapeyroni võrrandist järeldub, et konstantse mahuga gaasi puhul peab ka selle rõhu ja temperatuuri suhe olema konstantne:

Otsige näiteid!

61. Aurustumine ja kondenseerumine.

Aur on gaas, mis moodustub molekulidest, millel on vedelikust väljumiseks piisavalt kineetilist energiat.

Oleme harjunud, et vesi ja selle aur võivad teineteisesse siseneda. Lombid kõnniteel kuivavad pärast vihma ära ja hommikune veeaur muutub õhus sageli pisikesteks udupiiskadeks. Kõigil vedelikel on võime muutuda auruks - minna gaasilisse olekusse. Vedeliku auruks muutmise protsessi nimetatakse aurustumiseks. Vedeliku moodustumist selle aurust nimetatakse kondenseerumiseks.

Molekulaarkineetiline teooria selgitab aurustumisprotsessi järgmiselt. Teada on (vt § 21), et vedeliku molekulide vahel mõjub tõmbejõud, mis ei lase neil üksteisest eemalduda ning vedeliku molekulide keskmisest kineetilisest energiast ei piisa kohesiivsuse ületamiseks. jõud nende vahel. Kuid igal ajahetkel on vedeliku erinevatel molekulidel erinev kineetiline energia ja mõne molekuli energia võib olla mitu korda suurem selle keskmisest väärtusest. Nendel suure energiaga molekulidel on palju suurem liikumiskiirus ja seetõttu võivad nad ületada naabermolekulide külgetõmbejõudu ja lennata vedelikust välja, moodustades seega selle pinna kohal auru (vt joonis 26a).

Vedelikust väljunud auru moodustavad molekulid liiguvad juhuslikult, põrkudes omavahel kokku samamoodi nagu gaasimolekulid soojusliikumise ajal. Sel juhul võib mõne aurumolekuli kaootiline liikumine viia nad vedeliku pinnast nii kaugele, et nad enam sinna tagasi ei pöördu. Sellele aitab kaasa muidugi ja tuul. Vastupidi, teiste molekulide juhuslik liikumine võib need vedelikku tagasi tuua, mis selgitab aurude kondenseerumisprotsessi.

Vedelikust saavad välja lennata vaid keskmisest palju suurema kineetilise energiaga molekulid, mis tähendab, et aurustumisel ülejäänud vedelikumolekulide keskmine energia väheneb. Ja kuna vedeliku molekulide keskmine kineetiline energia, nagu ka gaasil (vt 23.6), on võrdeline temperatuuriga, siis vedeliku temperatuur aurustumisel langeb. Seetõttu muutume kohe veest lahkudes külmaks, kaetud õhukese vedelikukilega, mis hakkab kohe aurustuma ja jahtuma.

62. Küllastunud aur. Küllastunud auru rõhk.

Mis juhtub, kui teatud vedelikumahuga anum suletakse kaanega (joonis 26b)? Iga sekundiga väljuvad kiireimad molekulid ikkagi vedeliku pinnalt, selle mass väheneb ja aurumolekulide kontsentratsioon suureneb. Samal ajal naaseb osa aurumolekule aurust vedelikku ja mida suurem on auru kontsentratsioon, seda intensiivsem on see kondenseerumisprotsess. Lõpuks muutub auru kontsentratsioon vedeliku kohal nii suureks, et ajaühikus vedelikku tagasi pöörduvate molekulide arv võrdub sealt väljuvate molekulide arvuga. Seda olekut nimetatakse dünaamiliseks tasakaaluks ja vastavat auru küllastunud auruks. Aurumolekulide kontsentratsioon vedeliku kohal ei saa olla suurem kui nende kontsentratsioon küllastunud aurus. Kui auru molekulide kontsentratsioon on väiksem kui küllastunud molekulide kontsentratsioon, nimetatakse sellist auru küllastumatuks.

Liikuvad aurumolekulid loovad rõhu, mille väärtus nagu gaasi puhul on võrdeline nende molekulide kontsentratsiooni ja temperatuuri korrutisega. Seega, mida kõrgem on auru kontsentratsioon antud temperatuuril, seda suuremat rõhku see avaldab. Küllastunud auru rõhk sõltub vedeliku tüübist ja temperatuurist. Mida raskem on vedeliku molekule lahti rebida, seda madalam on selle küllastunud auru rõhk. Seega on küllastunud veeauru rõhk temperatuuril 20 ° C umbes 2 kPa ja elavhõbeda küllastunud auru rõhk temperatuuril 20 ° C on vaid 0,2 Pa.

Inimeste, loomade ja taimede eluiga sõltub atmosfääri veeauru (niiskuse) kontsentratsioonist, mis on olenevalt kohast ja aastaajast väga erinev. Meid ümbritsev veeaur on reeglina küllastumata. Suhteline õhuniiskus on veeauru rõhu ja küllastunud aururõhu suhe samal temperatuuril, väljendatuna protsentides. Üks õhuniiskuse mõõtmise seadmeid on psühromeeter, mis koosneb kahest identsest termomeetrist, millest üks on mähitud niiske lapi sisse.

63. Küllastunud auru rõhu sõltuvus temperatuurist.

Aur on gaas, mis moodustub aurustunud vedelatest molekulidest ja seetõttu kehtib selle kohta võrrand (23.7), mis seob aururõhu p, molekulide kontsentratsiooni selles n ja absoluutse temperatuuri T:

Punktist (27.1) järeldub, et küllastunud auru rõhk peab tõusma lineaarselt temperatuuri tõustes, nagu see on ideaalsete gaaside puhul isohoorilistes protsessides (vt §25). Mõõtmised on aga näidanud, et küllastunud auru rõhk tõuseb temperatuuri tõustes palju kiiremini kui ideaalse gaasi rõhk (vt joonis 27a). See on tingitud asjaolust, et temperatuuri ja seega ka keskmise kineetilise energia tõustes lahkub sellest üha rohkem vedeliku molekule, suurendades selle kohal oleva auru kontsentratsiooni n. Ja sellest ajast peale vastavalt (27.1) on rõhk võrdeline n-ga, siis see aurukontsentratsiooni tõus seletab küllastunud aururõhu kiiremat tõusu temperatuuriga võrreldes ideaalse gaasiga. Küllastunud auru rõhu tõus koos temperatuuriga seletab üldtuntud tõsiasja – kuumutamisel aurustuvad vedelikud kiiremini. Pange tähele, et niipea, kui temperatuuri tõus viib vedeliku täieliku aurustumiseni, muutub aur küllastumata.

Kui vedelikku kõigis mullides kuumutatakse, kiireneb aurustumisprotsess ja küllastunud auru rõhk suureneb. Mullid laienevad ja Archimedese ujuva jõu toimel murduvad põhjast lahti, hõljuvad üles ja lõhkevad pinnale. Sel juhul kantakse mullid täitnud aur atmosfääri.

Mida madalam on atmosfäärirõhk, seda madalamal temperatuuril see vedelik keeb (vt joonis 27c). Niisiis, Elbruse mäe tipus, kus õhurõhk on poole normaalsest, keeb tavaline vesi mitte 100 o C, vaid 82 o C juures. Vastupidi, kui on vaja vedeliku keemistemperatuuri tõsta, siis seda kuumutatakse kõrgendatud rõhu all. See on näiteks kiirkeetjate töö aluseks, kus vett sisaldavat toitu saab keeta temperatuuril üle 100 ° C.

64. Keetmine.

Keetmine on intensiivne aurustumisprotsess, mis toimub kogu vedeliku mahus ja selle pinnal. Vedelik hakkab keema, kui selle küllastunud auru rõhk läheneb rõhule vedelikus.

Keemine on suure hulga aurumullide moodustumine, mis kuumutamisel vedeliku pinnale hüppavad ja lõhkevad. Tegelikult on need mullid vedelikus alati olemas, kuid nende suurus kasvab ja need muutuvad märgatavaks alles keemisel. Üks põhjus, miks vedelikud alati mikromulle sisaldavad, on järgmine. Anumasse valades tõrjub vedelik sealt õhu välja, kuid ei saa seda täielikult teha ning selle väikesed mullid jäävad anuma sisepinnale mikropragudesse ja ebatasasustesse. Lisaks sisaldavad vedelikud tavaliselt auru ja õhu mikromulle, mis kleepuvad kõige väiksemate tolmuosakeste külge.

Kui vedelikku kõigis mullides kuumutatakse, kiireneb aurustumisprotsess ja küllastunud auru rõhk suureneb. Mullid laienevad ja Archimedese ujuva jõu toimel murduvad põhjast lahti, hõljuvad üles ja lõhkevad pinnale. Sel juhul kantakse mullid täitnud aur atmosfääri. Seetõttu nimetatakse keemist aurustumiseks, mis toimub kogu vedeliku mahus. Keemine algab temperatuuril, mil gaasimullidel on võimalus paisuda, ja see juhtub siis, kui küllastusauru rõhk ületab atmosfäärirõhu. Seega on keemistemperatuur temperatuur, mille juures antud vedeliku küllastusauru rõhk on võrdne atmosfäärirõhuga. Kuni vedelik keeb, püsib selle temperatuur konstantsena.

Keetmisprotsess on võimatu ilma Archimedese üleslükkejõu osaluseta. Seetõttu ei toimu kaaluta tingimustes kosmosejaamades keetmist ning vee soojendamine toob kaasa ainult aurumullide suuruse suurenemise ja nende kombineerimise üheks suureks aurumulliks anumas koos veega.

65. Kriitiline temperatuur.

On ka selline asi nagu kriitiline temperatuur, kui gaas on kriitilisest temperatuurist kõrgemal temperatuuril (individuaalne iga gaasi puhul nt süsihappegaasi puhul ca 304 K), siis seda enam vedelikuks muuta ei saa, olenemata sellest, millist survet sellele rakendatakse. See nähtus tuleneb asjaolust, et jõu kriitilisel temperatuuril pind pinevus vedelikud on nullis.

Tabel 23. Mõnede ainete kriitiline temperatuur ja kriitiline rõhk

Mida näitab kriitilise temperatuuri olemasolu? Mis juhtub veelgi kõrgematel temperatuuridel?

Kogemused näitavad, et kriitilisest kõrgemal temperatuuril saab aine eksisteerida ainult gaasilises olekus.

Kriitilise temperatuuri olemasolule juhtis esmakordselt tähelepanu 1860. aastal Dmitri Ivanovitš Mendelejev.

Pärast kriitilise temperatuuri avastamist sai selgeks, miks ei suudetud pikka aega gaase nagu hapnik või vesinik vedelikuks muuta. Nende kriitiline temperatuur on väga madal (tabel 23). Nende gaaside vedelikuks muutmiseks tuleb need jahutada alla kriitilise temperatuuri. Ilma selleta on kõik katsed neid vedeldada määratud läbikukkumisele.

66. Osarõhk. suhteline niiskus. 67. Instrumendid õhu suhtelise niiskuse mõõtmiseks.

Inimeste, loomade ja taimede eluiga sõltub atmosfääri veeauru (niiskuse) kontsentratsioonist, mis on olenevalt kohast ja aastaajast väga erinev. Meid ümbritsev veeaur on reeglina küllastumata. Suhteline õhuniiskus on veeauru rõhu ja küllastunud aururõhu suhe samal temperatuuril, väljendatuna protsentides. Üheks õhuniiskuse mõõtmise seadmeks on psühromeeter, mis koosneb kahest identsest termomeetrist, millest üks on mähitud niiske lapi sisse.Kui õhuniiskus on alla 100%, siis riidest vesi aurustub ja termomeeter B aurustub. jahe, mis näitab madalamat temperatuuri kui A. Ja mida madalam on õhuniiskus, seda suurem on erinevus Dt termomeetrite A ja B näitude vahel. Spetsiaalse psühromeetrilise tabeli abil saab seda temperatuurierinevust kasutada õhuniiskuse määramiseks. õhku.

Osarõhk on gaasisegu osaks oleva teatud gaasi rõhk, mille see gaas avaldaks seda sisaldava anuma seintele, kui see üksi hõivaks segu temperatuuril kogu segu mahu.

Osarõhku ei mõõdeta otse, vaid hinnatakse segu üldrõhu ja koostise järgi.

Ka vees või kehakudedes lahustunud gaasid avaldavad survet, kuna lahustunud gaasimolekulid on juhuslikus liikumises ja neil on kineetiline energia. Kui vedelikus lahustunud gaas põrkab vastu pinda, näiteks rakumembraani, avaldab see osarõhku samamoodi nagu gaas gaasisegus.

P.D.-d ei saa otse mõõta, see arvutatakse segu üldrõhu ja koostise põhjal.

Vedelikus lahustunud gaasi osarõhu väärtust määravad tegurid. Gaasi osarõhku lahuses ei määra mitte ainult selle kontsentratsioon, vaid ka lahustuvuskoefitsient, s.o. teatud tüüpi molekulid, näiteks süsinikdioksiid, on veemolekulidega füüsiliselt või keemiliselt seotud, teised aga tõrjuvad. Seda seost nimetatakse Henry seaduseks ja seda väljendatakse järgmise valemiga: Osarõhk = lahustunud gaasi kontsentratsioon / lahustuvustegur.

68. Pindpinevus.

Vedelike kõige huvitavam omadus on vaba pinna olemasolu. Erinevalt gaasidest ei täida vedelik kogu anuma mahtu, kuhu see valatakse. Vedeliku ja gaasi (või auru) vahele tekib liides, mis on vedeliku ülejäänud massiga võrreldes eritingimustes. Vedeliku piirkihis olevad molekulid ei ole erinevalt selle sügavuses olevatest molekulidest ümbritsetud sama vedeliku teiste molekulidega igalt poolt. Molekulidevahelise interaktsiooni jõud, mis mõjuvad ühele vedelikus olevale molekulile naabermolekulidest, on keskmiselt vastastikku kompenseeritud. Mistahes piirkihis olevaid molekule tõmbavad ligi vedelikus olevad molekulid (gaasi- (või auru-) molekulide vedeliku antud molekulile mõjuvad jõud võib tähelepanuta jätta). Selle tulemusena ilmub mingi resultantjõud, mis on suunatud sügavale vedelikku. Pinna molekulid tõmmatakse vedelikku molekulidevahelise tõmbejõu toimel. Kuid kõik molekulid, sealhulgas piirkihi molekulid, peavad olema tasakaalus. See tasakaal saavutatakse pinnakihi molekulide ja nende lähimate naabrite vahelise kauguse mõningase vähenemise tõttu vedeliku sees. Nagu näha jooniselt fig. 3.1.2, kui molekulide vaheline kaugus väheneb, tekivad tõukejõud. Kui vedeliku sees olevate molekulide keskmine kaugus on võrdne r0-ga, siis on pinnakihi molekulid mõnevõrra tihedamalt pakitud ja seetõttu on neil sisemolekulidega võrreldes täiendav potentsiaalse energia reserv (vt joonis 3.1.2). . Arvestada tuleb, et ülimadala kokkusurutavuse tõttu ei too tihedamalt pakitud pinnakihi olemasolu kaasa märgatavaid vedeliku mahu muutusi. Kui molekul liigub pinnalt vedelikku, teevad molekulidevahelise interaktsiooni jõud positiivset tööd. Vastupidi, selleks, et tõmmata teatud arv molekule vedeliku sügavusest pinnale (st suurendada vedeliku pindala), peavad välised jõud tegema positiivse töö ΔAext, mis on võrdeline muutusega ΔS pindala: ΔAext = σΔS.

Koefitsienti σ nimetatakse pindpinevuste koefitsiendiks (σ > 0). Seega on pindpinevuste koefitsient võrdne tööga, mis on vajalik vedeliku pindala suurendamiseks konstantsel temperatuuril ühe ühiku võrra.

SI-s mõõdetakse pindpinevuste koefitsienti džaulides ruutmeetri kohta (J/m2) või njuutonites meetri kohta (1 N/m = 1 J/m2).

Mehaanikast on teada, et süsteemi tasakaaluseisundid vastavad selle potentsiaalse energia minimaalsele väärtusele. Sellest järeldub, et vedeliku vaba pind kipub oma pindala vähendama. Sel põhjusel omandab vaba vedelikutilk sfäärilise kuju. Vedelik käitub nii, nagu mõjuksid jõud selle pinna suhtes tangentsiaalselt, vähendades (kokkutõmbudes) seda pinda. Neid jõude nimetatakse pindpinevusjõududeks.

Pindpinevusjõudude olemasolu muudab vedeliku pinna elastse venitatud kile sarnaseks, ainsa erinevusega, et kile elastsusjõud sõltuvad selle pindalast (st sellest, kuidas kile deformeerub) ja pindpinevusjõud sõltuvad ei sõltu vedelike pindalast.

Mõned vedelikud, näiteks seebivesi, võivad moodustada õhukesi kilesid. Kõik tuntud seebimullid on õige sfäärilise kujuga – selles avaldub ka pindpinevusjõudude toime. Kui seebilahusesse lastakse traatraam, mille üks külg on liigutatav, siis kaetakse see tervenisti vedelikukilega.

69. Niisutamine.

Kõik teavad, et kui asetada tilk vedelikku tasasele pinnale, siis see kas laiali valgub või võtab ümara kuju. Pealegi määrab istuva tilga suuruse ja kumeruse (nn kontaktnurga väärtuse) selle, kui hästi see antud pinda niisutab. Niisumise nähtust saab seletada järgmiselt. Kui vedeliku molekulid tõmbuvad üksteise külge tugevamini kui tahke keha molekulid, kipub vedelik kogunema piisaks.

Äge kontaktnurk tekib märjal (lüofiilsel) pinnal, nüri aga mittemärguval (lüofoobsel) pinnal.

Nii käitub elavhõbe klaasil, vesi parafiinil või “rasvasel” pinnal. Kui vastupidi, vedeliku molekulid tõmbuvad üksteise poole nõrgemini kui tahke keha molekulid, siis vedelik “pressitakse” pinnale ja levib üle selle. See juhtub elavhõbedatilgaga tsinkplaadil või veetilgaga puhtal klaasil. Esimesel juhul öeldakse, et vedelik ei niisuta pinda (kontaktnurk on suurem kui 90°) ja teisel juhul niisutab (kontaktnurk on alla 90°).

See on vetthülgav määrdeaine, mis aitab paljudel loomadel liigse märgumise eest põgeneda. Näiteks on mereloomade ja -lindude – karushüljeste, hüljeste, pingviinide, loonide – uuringud näidanud, et nende udukarvadel ja sulgedel on hüdrofoobsed omadused, samas kui loomade kaitsekarvad ja lindude kontuurisulgede ülemine osa on hästi niisutatud. veega. Selle tulemusena tekib looma keha ja vee vahele õhukiht, millel on oluline roll termoregulatsioonis ja soojusisolatsioonis.

Kuid määrimine pole veel kõik. Pinna struktuur mängib märgatavat rolli ka märgumisnähtuses. Karm, konarlik või poorne maastik võib märgavust parandada. Tuletage meelde näiteks käsnad ja froteerätikud, mis imavad suurepäraselt vett. Kuid kui pind esialgu “kardab” vett, siis arenenud reljeef ainult raskendab olukorda: veepiisad kogunevad servadele ja veerevad minema.

70. Kapillaarnähtused.

Kapillaarnähtusi nimetatakse vedeliku tõusuks või languseks väikese läbimõõduga torudes - kapillaarides. Niisuvad vedelikud tõusevad läbi kapillaaride, mittemärguvad vedelikud laskuvad alla.

Joonisel fig. 3.5.6 on kujutatud kapillaartoru, mille raadius on r, mis on alumisest otsast langetatud niisutusvedelikuks tihedusega ρ. Kapillaari ülemine ots on avatud. Vedeliku tõus kapillaaris jätkub seni, kuni kapillaaris olevale vedelikusambale mõjuv gravitatsioonijõud on mooduli poolest võrdne piki vedeliku ja kapillaari pinna kokkupuute piiri mõjuvate pindpinevusjõudude tulemuseks oleva Fn-ga: Ft = Fn, kus Ft = mg = ρhπr2g, Fн = σ2πr cos θ.

See tähendab:

Joonis 3.5.6.

Niisutava vedeliku tõus kapillaaris.

Täieliku märgumisega θ = 0, cos θ = 1. Sel juhul

Täieliku mittemärgumise korral θ = 180°, cos θ = –1 ja seega h< 0. Уровень несмачивающей жидкости в капилляре опускается ниже уровня жидкости в сосуде, в которую опущен капилляр.

Vesi on peaaegu täielikult märg puhas pind klaasist. Vastupidi, elavhõbe ei niisuta klaasi pinda täielikult. Seetõttu langeb elavhõbeda tase klaaskapillaaris anuma tasemest madalamale.

71. Kristallkehad ja nende omadused.

Erinevalt vedelikest ei säilita tahke keha mitte ainult oma mahtu, vaid ka kuju ja sellel on märkimisväärne tugevus.

Erinevad esinevad tahked ained võib jagada kahte rühma, mis erinevad oluliselt oma omaduste poolest: kristalsed ja amorfsed.

Kristallkehade põhiomadused

1. Kristallkehadel on kindel sulamistemperatuur tsula, mis konstantsel rõhul sulamisel ei muutu (joon. 1, kõver 1).

2. Kristallkehasid iseloomustab ruumilise kristallvõre olemasolu, mis kujutab endast molekulide, aatomite või ioonide järjestatud paigutust, mis kordub läbi kogu kehamahu (pikaulatuslik järjestus). Iga kristallvõre jaoks on iseloomulik selle struktuuri sellise elemendi olemasolu, mida ruumis korduval kordamisel saab kogu kristalli. See on monokristall. Polükristall koosneb paljudest väga väikestest omavahel kokkukasvanud üksikkristallidest, mis on ruumis juhuslikult orienteeritud.