VI. Կոշտ մարմինների շարժում Ուժի պահը Փորձեք ձեռքով պտտել ծանր ճանճը: Քաշեք ասեղը: Ձեզ համար դժվար կլինի, եթե ձեր ձեռքը շատ մոտ բռնեք առանցքին։ Ձեռքդ շարժիր դեպի եզրը, և ամեն ինչ կհեշտանա: Ի՞նչ է փոխվել: Չէ՞ որ ուժը երկու դեպքում էլ

Ինչ տեսք ունի ջերմային շարժումը Մոլեկուլների միջև փոխազդեցությունը կարող է ավելի կամ պակաս կարևոր լինել մոլեկուլների «կյանքի» մեջ: Նյութի երեք վիճակները՝ գազային, հեղուկ և պինդ, տարբերվում են միմյանցից նրանց փոխազդեցության դերով։

ԷԼԵԿՏՐԱԿԱՆՈՒԹՅՈՒՆԸ ԴԱՐՁՐԵՔ ՇԱՐԺՄԱՆ Ֆարադեյը Օերսթեդի փորձարկումներում նկատեց մի փոքր մանրուք, որը, թվում էր, խնդիրը հասկանալու բանալին է: Նա կռահեց, որ էլեկտրական հոսանքի մագնիսականությունը միշտ շեղում է կողմնացույցի սլաքը մեկ ուղղությամբ: Օրինակ, եթե

Միատեսակ արագացված շարժման դեպքում վավեր են հետևյալ հավասարումները, որոնք տալիս ենք առանց ածանցման.

Ինչպես հասկանում եք, ձախ կողմում գտնվող վեկտորի բանաձևը և աջ կողմում գտնվող երկու սկալյար բանաձևերը հավասար են: Հանրահաշվի տեսանկյունից սկալյար բանաձեւերը նշանակում են, որ միատեսակ արագացված շարժման դեպքում տեղաշարժի կանխատեսումները կախված են ժամանակից՝ քառակուսային օրենքի համաձայն: Համեմատեք սա ակնթարթային արագության կանխատեսումների բնույթի հետ (տես § 12-h):

Իմանալով, որ  sx = x – xo  u   sy = y – yo  (տես § 12-e), վերին աջ սյունակի երկու սկալյար բանաձեւերից մենք ստանում ենք կոորդինատների հավասարումներ.

Քանի որ մարմնի հավասարաչափ արագացված շարժման ժամանակ արագացումը հաստատուն է, կոորդինատային առանցքները միշտ կարող են դասավորվել այնպես, որ արագացման վեկտորն ուղղված լինի մեկ առանցքին զուգահեռ, օրինակ՝ Y առանցքին: Հետևաբար, X առանցքի երկայնքով շարժման հավասարումը կլինի. նկատելիորեն պարզեցված լինել.

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

Խնդրում ենք նկատի ունենալ, որ ձախ հավասարումը համընկնում է միատեսակ ուղղագիծ շարժման հավասարման հետ (տես § 12-g): Սա նշանակում է, որ հավասարաչափ արագացված շարժումը կարող է «կազմված լինել» մի առանցքի երկայնքով միատեսակ շարժումից և մյուսի երկայնքով հավասարաչափ արագացված շարժումից։ Սա հաստատում է զբոսանավի վրա թնդանոթի հետ կապված փորձը (տե՛ս § 12-բ):

Առաջադրանք. Ձեռքերը երկարելով՝ աղջիկը նետեց գնդակը։ Նա բարձրացավ մինչև 80 սմ և շուտով ընկավ աղջկա ոտքերը՝ թռչելով 180 սմ։ Ի՞նչ արագությամբ է նետվել գնդակը և ի՞նչ արագությամբ է գնդակը դիպել գետնին:

Եկեք ակնթարթային արագության Y առանցքի վրա նախագծման հավասարման երկու կողմերը քառակուսենք՝ υy  =  υoy + ay t  (տես § 12-i): Մենք ստանում ենք հավասարություն.

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

Եկեք փակագծերից հանենք  2 ay  գործակիցը միայն երկու աջակողմյան տերմինների համար.

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

Նկատի ունեցեք, որ փակագծերում մենք ստանում ենք տեղաշարժի պրոյեկցիան հաշվարկելու բանաձև՝  sy = υoy t + ½ ay t²: Փոխարինելով այն sy-ով, մենք ստանում ենք.

Լուծում. Եկեք նկարենք. ուղղեք Y առանցքը վերև, իսկ սկզբնաղբյուրը դրեք գետնին աղջկա ոտքերի մոտ: Եկեք կիրառենք այն բանաձևը, որը մենք ստացանք արագության նախագծման քառակուսու համար, նախ՝ գնդակի վերելքի վերին կետում.

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

Այնուհետև վերևից ներքև շարժման սկզբում.

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

Պատասխան՝ գնդակը դեպի վեր է նետվել 4 մ/վ արագությամբ, իսկ վայրէջքի պահին ունեցել է 6 մ/վ արագություն՝ ուղղված Y առանցքի դեմ։

Նշում. Հուսով ենք, որ դուք հասկանում եք, որ ակնթարթային արագության նախագծման քառակուսու բանաձևը ճիշտ կլինի X առանցքի անալոգիայի միջոցով.

Եթե ​​շարժումը միաչափ է, այսինքն, այն տեղի է ունենում միայն մեկ առանցքի երկայնքով, կարող եք օգտագործել շրջանակի երկու բանաձևերից որևէ մեկը:

Մշտական ​​արագացումով ուղղագիծ շարժումը կոչվում է հավասարաչափ արագացված, եթե արագության մոդուլը մեծանում է ժամանակի ընթացքում, կամ հավասարաչափ դանդաղում, եթե այն նվազում է:

Արագացված շարժման օրինակ կարող է լինել ցածր տան պատշգամբից ծաղկամանի անկումը: Աշնան սկզբին կաթսայի արագությունը զրոյական է, սակայն մի քանի վայրկյանում այն ​​հասցնում է հասնել տասնյակ մ/վ։ Դանդաղ շարժման օրինակ է ուղղահայաց դեպի վեր նետված քարի շարժումը, որի արագությունը սկզբում բարձր է, բայց հետո հետագծի վերին մասում աստիճանաբար նվազում է մինչև զրոյի։ Եթե ​​անտեսենք օդի դիմադրության ուժը, ապա այս երկու դեպքում էլ արագացումը կլինի նույնը և հավասար է ձգողության արագացմանը, որը միշտ ուղղահայաց դեպի ներքև է ուղղված, որը նշվում է g տառով և կազմում է մոտավորապես 9,8 մ/վ2:

Ազատ անկման արագացումը՝ g, պայմանավորված է Երկրի ձգողականությամբ: Այս ուժը արագացնում է բոլոր մարմինները, որոնք շարժվում են դեպի երկիր և դանդաղեցնում նրանց, ովքեր հեռանում են նրանից:

որտեղ v-ն մարմնի արագությունն է t պահին, որտեղից պարզ փոխակերպումներից հետո մենք ստանում ենք համարի հավասարումը արագություն մշտական ​​արագացումով շարժվելիս՝ v = v0 + at

8. Շարժման հավասարումներ մշտական ​​արագացումով.

Մշտական ​​արագացումով ուղղագիծ շարժման արագության հավասարումը գտնելու համար ենթադրում ենք, որ t=0 պահին մարմինն ուներ սկզբնական արագություն v0: Քանի որ a արագացումը հաստատուն է, հետևյալ հավասարումը ճշմարիտ է ցանկացած t ժամանակի համար.

որտեղ v-ն մարմնի արագությունն է t ժամանակում, որից պարզ փոխակերպումներից հետո ստանում ենք հաստատուն արագացումով շարժվելիս արագության հավասարումը. v = v0 + at.

Մշտական ​​արագացումով ուղղագիծ շարժման ընթացքում անցած ուղու հավասարումը ստանալու համար մենք նախ կառուցում ենք արագության գրաֆիկն ընդդեմ ժամանակի (5.1): a>0-ի համար այս կախվածության գրաֆիկը ձախ կողմում ներկայացված է Նկար 5-ում (կապույտ գիծ): Ինչպես հաստատեցինք §3-ում, t ժամանակում կատարված տեղաշարժը կարող է որոշվել՝ հաշվարկելով արագություն-ժամանակ կորի տակ գտնվող տարածքը t=0-ի և t-ի միջև: Մեր դեպքում կորի տակ գտնվող պատկերը, որը սահմանափակված է երկու ուղղահայաց t=0 և t, տրապիզոիդ OABC է, որի S մակերեսը, ինչպես գիտեք, հավասար է OA հիմքերի երկարությունների գումարի կեսի արտադրյալին։ և CB և OC բարձրությունը.

Ինչպես երևում է Նկար 5-ում, OA = v0, CB= v0 + at և OC = t: Այս արժեքները փոխարինելով (5.2)-ով, մենք ստանում ենք հետևյալ հավասարումը S-ի տեղաշարժի համար, որն ավարտվել է t ժամանակում ուղղագիծ շարժման ընթացքում հաստատուն արագացումով a սկզբնական արագությամբ v0.

Հեշտ է ցույց տալ, որ (5.3) բանաձևը վավեր է ոչ միայն a>0 արագացումով շարժման համար, որի համար այն ստացվել է, այլ նաև այն դեպքերում, երբ ա.<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. Մարմինների ազատ անկում. Շարժում ազատ անկման մշտական ​​արագացմամբ:

Մարմինների ազատ անկումը կոչվում է մարմինների անկում Երկիր օդի դիմադրության բացակայության դեպքում (դատարկության մեջ)

Այն արագացումը, որով մարմիններն ընկնում են Երկիր, կոչվում է ազատ անկման արագացում։ Գրավիտացիոն արագացման վեկտորը նշվում է սիմվոլով, այն ուղղված է ուղղահայաց ներքև։ Երկրագնդի տարբեր կետերում, կախված աշխարհագրական լայնությունից և ծովի մակարդակից բարձրությունից, g-ի թվային արժեքը անհավասար է և տատանվում է մոտավորապես 9,83 մ/վ2-ից բևեռներում մինչև 9,78 մ/վ2՝ հասարակածում: Մոսկվայի լայնության վրա, g = 9,81523 մ / վ 2: Սովորաբար, եթե հաշվարկներում մեծ ճշգրտություն չի պահանջվում, ապա Երկրի մակերևույթի վրա g-ի թվային արժեքը վերցվում է հավասար 9,8 մ/վ2 կամ նույնիսկ 10 մ/վ2։

Ազատ անկման պարզ օրինակ է մարմնի անկումը որոշակի բարձրությունից h առանց սկզբնական արագության։ Ազատ անկումը մշտական ​​արագացումով ուղղագիծ շարժում է:

Իդեալական ազատ անկումը հնարավոր է միայն վակուումում, որտեղ օդի դիմադրության ուժ չկա, և անկախ զանգվածից, խտությունից և ձևից, բոլոր մարմինները հավասարապես արագ են ընկնում, այսինքն՝ ցանկացած պահի մարմիններն ունեն նույն ակնթարթային արագություններն ու արագացումները։

Միատեսակ արագացված շարժման բոլոր բանաձևերը կիրառելի են մարմինների ազատ անկման համար:

Մարմնի ազատ անկման արագության արժեքը տվյալ պահին.

մարմնի շարժում.

Այս դեպքում, a արագացման փոխարեն, հավասարաչափ արագացված շարժման բանաձեւերում ներմուծվում է ազատ անկման արագացում g = 9,8 մ/վ2։

10. Մարմինների շարժում. պինդ ՄԱՐՄՆԻ ԹԱՐԳՄԱՆԱԿԱՆ ՇԱՐԺՈՒՄ

Կոշտ մարմնի փոխադրական շարժումը այնպիսի շարժում է, երբ մարմնի հետ անփոփոխորեն կապված ցանկացած ուղիղ գիծ շարժվում է իրեն զուգահեռ: Դրա համար բավական է, որ մարմնի հետ կապված երկու ոչ զուգահեռ ուղիղներ շարժվեն իրենց զուգահեռ։ Թարգմանական շարժման ժամանակ մարմնի բոլոր կետերը նկարագրում են նույն, զուգահեռ հետագծերը և ցանկացած պահի ունեն նույն արագություններն ու արագացումները։ Այսպիսով, մարմնի փոխադրական շարժումը որոշվում է նրա O կետերից մեկի շարժումով։

Ընդհանուր դեպքում, թարգմանական շարժումը տեղի է ունենում եռաչափ տարածության մեջ, բայց դրա հիմնական առանձնահատկությունը` ցանկացած հատվածի զուգահեռության պահպանումն ինքն իրեն, մնում է ուժի մեջ:

Աստիճանաբար շարժվում է, օրինակ, վերելակի խցիկը: Նաև, առաջին մոտավորությամբ, լաստանավի անիվի խցիկը կատարում է առաջ շարժում: Սակայն, խստորեն ասած, սատանայի անիվի խցիկի շարժումը չի կարելի առաջադեմ համարել։ Եթե ​​մարմինը շարժվում է առաջ, ապա նրա շարժումը նկարագրելու համար բավական է նկարագրել նրա կամայական կետի շարժումը (օրինակ՝ մարմնի զանգվածի կենտրոնի շարժումը)։

Եթե ​​փակ մեխանիկական համակարգ կազմող մարմինները փոխազդում են միմյանց հետ միայն ձգողականության և առաձգականության ուժերի միջոցով, ապա այդ ուժերի աշխատանքը հավասար է մարմինների պոտենցիալ էներգիայի փոփոխությանը` վերցված հակառակ նշանով. u003d - (E p2 - E p1):

Ըստ կինետիկ էներգիայի թեորեմի՝ այս աշխատանքը հավասար է մարմինների կինետիկ էներգիայի փոփոխությանը

Ուստի

Կամ E k 1 + E p 1 = E k 2 + E p 2:

Փակ համակարգ կազմող մարմինների կինետիկ և պոտենցիալ էներգիայի գումարը, որոնք ձգողականության և առաձգական ուժերի միջոցով փոխազդում են միմյանց հետ, մնում է անփոփոխ։

Այս հայտարարությունը արտահայտում է մեխանիկական գործընթացներում էներգիայի պահպանման օրենքը։ Դա Նյուտոնի օրենքների հետևանք է։ E = E k + E p գումարը կոչվում է ընդհանուր մեխանիկական էներգիա: Մեխանիկական էներգիայի պահպանման օրենքը կատարվում է միայն այն դեպքում, երբ փակ համակարգի մարմինները փոխազդում են միմյանց հետ պահպանողական ուժերով, այսինքն՝ ուժերով, որոնց համար կարելի է ներմուծել պոտենցիալ էներգիա հասկացությունը։

Մարմինների փակ համակարգի մեխանիկական էներգիան չի փոխվում, եթե այդ մարմինների միջև գործում են միայն պահպանողական ուժեր։ Պահպանողական ուժերն այն ուժերն են, որոնց աշխատանքը ցանկացած փակ հետագծի երկայնքով հավասար է զրոյի: Ձգողականությունը պահպանողական ուժերից է։

Իրական պայմաններում գրեթե միշտ շարժվող մարմինները, գրավիտացիոն ուժերի, առաձգական ուժերի և այլ պահպանողական ուժերի հետ մեկտեղ, ենթարկվում են շփման կամ միջավայրի դիմադրողական ուժերի ազդեցությանը։

Շփման ուժը պահպանողական չէ: Շփման ուժի աշխատանքը կախված է ճանապարհի երկարությունից։

Եթե ​​փակ համակարգ կազմող մարմինների միջև գործում են շփման ուժեր, ապա մեխանիկական էներգիան չի պահպանվում։ Մեխանիկական էներգիայի մի մասը վերածվում է մարմինների ներքին էներգիայի (ջեռուցում)։

Ցանկացած ֆիզիկական փոխազդեցության ժամանակ էներգիան չի առաջանում և չի անհետանում։ Այն փոխվում է միայն մի ձևից մյուսը:

Էներգիայի պահպանման և փոխակերպման օրենքի հետևանքներից մեկն այն պնդումն է, որ անհնար է ստեղծել «հավերժ շարժման մեքենա» (perpetuum mobile)՝ մեքենա, որը կարող է անվերջ աշխատել՝ առանց էներգիա սպառելու։

Պատմությունը պահպանում է զգալի թվով «հավերժական շարժման» նախագծեր։ Դրանցից մի քանիսում ակնհայտ են «գյուտարարի» սխալները, մյուսներում՝ այդ սխալները քողարկված են սարքի բարդ դիզայնով, և կարող է շատ դժվար լինել հասկանալ, թե ինչու այս մեքենան չի աշխատի։ «Հավերժական շարժման մեքենա» ստեղծելու անպտուղ փորձերը շարունակվում են մեր ժամանակներում։ Այս բոլոր փորձերը դատապարտված են ձախողման, քանի որ էներգիայի պահպանման և փոխակերպման օրենքը «արգելում է» աշխատանք ստանալ առանց էներգիա ծախսելու։

31. Մոլեկուլային-կինետիկ տեսության հիմնական դրույթները և դրանց հիմնավորումը.

Բոլոր մարմինները բաղկացած են մոլեկուլներից, ատոմներից և տարրական մասնիկներից, որոնք բաժանված են բացերով, շարժվում են պատահականորեն և փոխազդում են միմյանց հետ։

Կինեմատիկան և դինամիկան օգնում են մեզ նկարագրել մարմնի շարժումը և որոշել այն ուժը, որն առաջացնում է այս շարժումը: Այնուամենայնիվ, մեխանիկները չեն կարող պատասխանել շատ հարցերի: Օրինակ՝ ինչի՞ց են կազմված մարմինները։ Ինչու՞ են շատ նյութեր տաքանալիս դառնում հեղուկ, այնուհետև գոլորշիանում: Իսկ, ընդհանրապես, ի՞նչ է ջերմաստիճանն ու ջերմությունը։

Հին հույն փիլիսոփա Դեմոկրիտը 25 դար առաջ փորձել է պատասխանել նման հարցերի։ Առանց փորձարկումների նա եկավ այն եզրակացության, որ մարմինները մեզ միայն թվում են ամուր, բայց իրականում դրանք բաղկացած են ամենափոքր մասնիկներից, որոնք բաժանված են դատարկությամբ։ Հաշվի առնելով, որ անհնար է այս մասնիկները բաժանել, Դեմոկրիտոսը դրանք անվանել է ատոմներ, ինչը հունարեն նշանակում է անբաժանելի։ Նա նաև առաջարկեց, որ ատոմները կարող են տարբեր լինել և անընդհատ շարժման մեջ են, բայց մենք դա չենք տեսնում, քանի որ. դրանք շատ փոքր են:

Մոլեկուլային կինետիկ տեսության զարգացման գործում մեծ ներդրում է ունեցել Մ.Վ. Լոմոնոսովը. Լոմոնոսովն առաջինն էր, ով առաջարկեց, որ ջերմությունն արտացոլում է մարմնի ատոմների շարժումը։ Բացի այդ, նա ներկայացրեց պարզ և բարդ նյութերի հասկացությունը, որոնց մոլեկուլները կազմված են համապատասխանաբար նույն և տարբեր ատոմներից։

Մոլեկուլային ֆիզիկան կամ մոլեկուլային կինետիկ տեսությունը հիմնված է նյութի կառուցվածքի վերաբերյալ որոշակի պատկերացումների վրա

Այսպիսով, ըստ նյութի կառուցվածքի ատոմիստական ​​տեսության, նյութի ամենափոքր մասնիկը, որը պահպանում է իր բոլոր քիմիական հատկությունները, մոլեկուլն է։ Նույնիսկ հազարավոր ատոմներից բաղկացած խոշոր մոլեկուլների չափերն այնքան փոքր են, որ դրանք հնարավոր չէ տեսնել լուսային մանրադիտակով։ Բազմաթիվ փորձեր և տեսական հաշվարկներ ցույց են տալիս, որ ատոմների չափը մոտ 10-10 մ է։Մոլեկուլի չափը կախված է նրանից, թե քանի ատոմից է այն բաղկացած և ինչպես են դրանք գտնվում միմյանց նկատմամբ։

Մոլեկուլային-կինետիկ տեսությունը նյութի կառուցվածքի և հատկությունների ուսումնասիրություն է՝ հիմնված ատոմների և մոլեկուլների գոյության գաղափարի վրա՝ որպես քիմիական նյութերի ամենափոքր մասնիկներ։

Մոլեկուլային կինետիկ տեսությունը հիմնված է երեք հիմնական դրույթների վրա.

1. Բոլոր նյութերը՝ հեղուկ, պինդ և գազային, առաջանում են ամենափոքր մասնիկներից՝ մոլեկուլներից, որոնք իրենք կազմված են ատոմներից («տարրական մոլեկուլներ»)։ Քիմիական նյութի մոլեկուլները կարող են լինել պարզ կամ բարդ, այսինքն. կազմված լինի մեկ կամ մի քանի ատոմներից. Մոլեկուլները և ատոմները էլեկտրականորեն չեզոք մասնիկներ են։ Որոշակի պայմաններում մոլեկուլները և ատոմները կարող են ձեռք բերել լրացուցիչ էլեկտրական լիցք և վերածվել դրական կամ բացասական իոնների։

2. Ատոմները և մոլեկուլները գտնվում են անընդհատ քաոսային շարժման մեջ:

3. Մասնիկներն իրար հետ փոխազդում են ուժերով, որոնք ունեն էլեկտրական բնույթ: Մասնիկների միջև գրավիտացիոն փոխազդեցությունը աննշան է:

Ատոմների և մոլեկուլների պատահական շարժման մասին մոլեկուլային կինետիկ տեսության գաղափարների ամենավառ փորձնական հաստատումը Բրոունյան շարժումն է։ Սա հեղուկի կամ գազի մեջ կասեցված ամենափոքր մանրադիտակային մասնիկների ջերմային շարժումն է: Այն հայտնաբերել է անգլիացի բուսաբան Ռ. Բրաունը 1827 թվականին։ Բրաունի մասնիկները շարժվում են մոլեկուլների պատահական բախումների ազդեցության տակ։ Մոլեկուլների քաոսային ջերմային շարժման պատճառով այս ազդեցությունները երբեք չեն հավասարակշռում միմյանց: Արդյունքում, Բրաունյան մասնիկի արագությունը պատահականորեն փոխվում է մեծության և ուղղության մեջ, և նրա հետագիծը բարդ զիգզագի կոր է։

Նյութի մոլեկուլների անընդհատ քաոսային շարժումը դրսևորվում է նաև մեկ այլ հեշտությամբ դիտարկվող երևույթով՝ դիֆուզիայով։ Դիֆուզիան երկու կամ ավելի հարակից նյութերի միմյանց մեջ ներթափանցելու երեւույթն է։ Գործընթացը ամենաարագ է ընթանում գազում:

Մոլեկուլների պատահական պատահական շարժումը կոչվում է ջերմային շարժում։ Ջերմային շարժման կինետիկ էներգիան մեծանում է ջերմաստիճանի բարձրացման հետ։

Խոլը նյութի քանակն է, որը պարունակում է այնքան մասնիկներ (մոլեկուլներ), որքան ատոմներ կան 0,012 կգ ածխածնի 12 C-ում: Ածխածնի մոլեկուլը բաղկացած է մեկ ատոմից:

32. Մոլեկուլների զանգված, մոլեկուլների հարաբերական մոլեկուլային զանգված։ 33. Մոլեկուլների մոլային զանգված. 34. Նյութի քանակությունը. 35. Ավոգադրոյի հաստատունը.

Մոլեկուլային կինետիկ տեսության մեջ նյութի քանակը համարվում է մասնիկների թվին համամասնական։ Նյութի քանակի միավորը կոչվում է մոլ (մոլ):

Խոլը նյութի քանակությունն է, որը պարունակում է այնքան մասնիկներ (մոլեկուլներ), որքան ատոմներ կան 0,012 կգ (12 գ) ածխածնի 12 C-ում: Ածխածնի մոլեկուլը բաղկացած է մեկ ատոմից:

Նյութի մեկ մոլը պարունակում է Ավոգադրոյի հաստատունին հավասար մոլեկուլների կամ ատոմների քանակ։

Այսպիսով, ցանկացած նյութի մեկ մոլը պարունակում է նույն թվով մասնիկներ (մոլեկուլներ): Այս թիվը կոչվում է Ավոգադրոյի հաստատուն N A: N A \u003d 6.02 10 23 մոլ -1:

Ավոգադրոյի հաստատունը մոլեկուլային կինետիկ տեսության ամենակարևոր հաստատուններից մեկն է։

Ն նյութի քանակը սահմանվում է որպես նյութի մասնիկների (մոլեկուլների) N թվի հարաբերակցություն Ավոգադրոյի N A հաստատունին.

Մոլային զանգվածը՝ M, նյութի տվյալ նմուշի m զանգվածի հարաբերակցությունն է նրանում պարունակվող նյութի n քանակին.

որը թվայինորեն հավասար է մեկ մոլի չափով վերցված նյութի զանգվածին։ SI համակարգում մոլային զանգվածն արտահայտվում է կգ/մոլով:

Այսպիսով, նյութի հարաբերական մոլեկուլային կամ ատոմային զանգվածը նրա մոլեկուլի և ատոմի զանգվածի հարաբերակցությունն է ածխածնի ատոմի զանգվածի 1/12-ին։

36. Բրոունյան շարժում.

Բազմաթիվ բնական երևույթներ վկայում են միկրոմասնիկների, մոլեկուլների և նյութի ատոմների քաոսային շարժման մասին։ Որքան բարձր է նյութի ջերմաստիճանը, այնքան ավելի ինտենսիվ է այս շարժումը: Հետևաբար, մարմնի ջերմությունը նրա բաղկացուցիչ մոլեկուլների և ատոմների պատահական շարժման արտացոլումն է։

Ապացույցը, որ նյութի բոլոր ատոմներն ու մոլեկուլները գտնվում են մշտական ​​և պատահական շարժման մեջ, կարող է լինել դիֆուզիան՝ մի նյութի մասնիկների փոխներթափանցումը մյուսի մեջ։

Այսպիսով, հոտը արագորեն տարածվում է սենյակում նույնիսկ օդի շարժման բացակայության դեպքում: Թանաքի մի կաթիլն արագորեն միատեսակ սև է դարձնում ջրի ամբողջ բաժակը:

Դիֆուզիոն կարող է հայտնաբերվել նաև պինդ մարմիններում, եթե դրանք ամուր սեղմվեն իրար և երկար ժամանակ թողնվեն։ Դիֆուզիայի ֆենոմենը ցույց է տալիս, որ նյութի միկրոմասնիկները կարող են ինքնաբուխ շարժվել բոլոր ուղղություններով։ Նյութի միկրոմասնիկների, ինչպես նաև նրա մոլեկուլների և ատոմների նման շարժումը կոչվում է նրանց ջերմային շարժում։

ԲՐԱՈՒՆՅԱՆ ՇԱՐԺՈՒՄ - հեղուկի կամ գազի մեջ կախված ամենափոքր մասնիկների պատահական շարժումը, որը տեղի է ունենում շրջակա միջավայրի մոլեկուլների ազդեցության տակ. հայտնաբերել է Ռ.Բրաունը 1827 թ

Դիտարկումները ցույց են տալիս, որ Բրոունյան շարժումը երբեք չի դադարում։ Մի կաթիլ ջրի մեջ (եթե չթողնեք, որ այն չորանա) հատիկների շարժը կարելի է նկատել շատ օրեր, ամիսներ, տարիներ։ Այն չի դադարում ո՛չ ամռանը, ո՛չ ձմռանը, ո՛չ ցերեկը, ո՛չ գիշերը։

Բրոունյան շարժման պատճառը հեղուկի մոլեկուլների շարունակական, անվերջ շարժումն է, որի մեջ գտնվում են պինդ նյութի հատիկները։ Իհարկե, այդ հատիկները շատ անգամ ավելի մեծ են, քան բուն մոլեկուլները, և երբ մանրադիտակի տակ տեսնում ենք հատիկների շարժումը, չպետք է մտածենք, որ տեսնում ենք հենց մոլեկուլների շարժումը։ Մոլեկուլները հնարավոր չէ տեսնել սովորական մանրադիտակով, բայց մենք կարող ենք դատել դրանց գոյության և շարժման մասին՝ ելնելով նրանց ազդեցությունից՝ հրելով պինդ մարմնի հատիկները և ստիպելով դրանք շարժվել:

Բրոունյան շարժման հայտնաբերումը մեծ նշանակություն ունեցավ նյութի կառուցվածքի ուսումնասիրության համար։ Այն ցույց տվեց, որ մարմիններն իսկապես բաղկացած են առանձին մասնիկներից՝ մոլեկուլներից, և որ մոլեկուլները գտնվում են շարունակական պատահական շարժման մեջ:

Բրաունյան շարժման բացատրությունը տրվել է միայն 19-րդ դարի վերջին քառորդում, երբ շատ գիտնականների համար ակնհայտ դարձավ, որ բրոունյան մասնիկի շարժումը պայմանավորված է ջերմային ստեղծող միջավայրի (հեղուկ կամ գազ) մոլեկուլների պատահական ազդեցությամբ։ շարժումը։ Միջին հաշվով, միջավայրի մոլեկուլները բրոունյան մասնիկի վրա գործում են բոլոր կողմերից հավասար ուժով, սակայն այդ ազդեցությունները երբեք ճիշտ չեն հավասարակշռում միմյանց, և արդյունքում Բրաունի մասնիկի արագությունը պատահականորեն փոխվում է մեծության և ուղղության մեջ: Հետևաբար, Բրոունյան մասնիկը շարժվում է զիգզագաձեւ ճանապարհով։ Այս դեպքում որքան փոքր է բրոունյան մասնիկի չափն ու զանգվածը, այնքան ավելի նկատելի է դառնում նրա շարժումը։

Այսպիսով, Բրոունյան շարժման վերլուծությունը դրեց նյութի կառուցվածքի ժամանակակից մոլեկուլային-կինետիկ տեսության հիմքերը։

37. Մոլեկուլների փոխազդեցության ուժեր. 38. Գազային նյութերի կառուցվածքը. 39. Հեղուկ նյութերի կառուցվածքը. 40. Պինդ մարմինների կառուցվածքը.

Մոլեկուլների միջև եղած հեռավորությունը և նրանց միջև գործող ուժերը որոշում են գազային, հեղուկ և պինդ մարմինների հատկությունները:

Մենք սովոր ենք, որ հեղուկը կարելի է լցնել մի նավից մյուսը, և գազն արագորեն լրացնում է իրեն տրամադրվող ամբողջ ծավալը։ Ջուրը կարող է հոսել միայն գետի հունով, իսկ նրա վերևում գտնվող օդը սահմաններ չի ճանաչում:

Բոլոր մոլեկուլների միջև գործում են միջմոլեկուլային գրավիչ ուժեր, որոնց մեծությունը շատ արագ նվազում է մոլեկուլների միմյանցից հեռավորության հետ և, հետևաբար, մոլեկուլների մի քանի տրամագծերին հավասար հեռավորության վրա նրանք ընդհանրապես չեն փոխազդում։

Այսպիսով, հեղուկի մոլեկուլների միջև, որոնք գտնվում են գրեթե միմյանց մոտ, գործում են գրավիչ ուժեր, որոնք թույլ չեն տալիս այդ մոլեկուլները ցրվել տարբեր ուղղություններով: Ընդհակառակը, գազի մոլեկուլների միջև ձգողականության աննշան ուժերը ի վիճակի չեն դրանք միասին պահել, և, հետևաբար, գազերը կարող են ընդլայնվել՝ լրացնելով նրանց տրամադրված ամբողջ ծավալը։ Ներգրավման միջմոլեկուլային ուժերի առկայությունը կարելի է ստուգել պարզ փորձի միջոցով՝ սեղմել երկու կապարաձողեր միմյանց դեմ: Եթե ​​կոնտակտային մակերեսները բավականաչափ հարթ են, ապա ձողերը միմյանց կպչեն, և դժվար կլինի դրանք առանձնացնել:

Այնուամենայնիվ, միայն ձգողականության միջմոլեկուլային ուժերը չեն կարող բացատրել գազային, հեղուկ և պինդ նյութերի հատկությունների բոլոր տարբերությունները: Ինչո՞ւ, օրինակ, շատ դժվար է նվազեցնել հեղուկի կամ պինդի ծավալը, բայց համեմատաբար հեշտ է սեղմել օդապարիկը: Սա բացատրվում է նրանով, որ մոլեկուլների միջև կան ոչ միայն գրավիչ ուժեր, այլև միջմոլեկուլային վանող ուժեր, որոնք գործում են, երբ հարևան մոլեկուլների ատոմների էլեկտրոնային թաղանթները սկսում են համընկնել: Հենց այդ վանող ուժերն են խանգարում մեկ մոլեկուլի ներթափանցմանը մի ծավալի մեջ, որն արդեն զբաղեցնում է մեկ այլ մոլեկուլ:

Երբ արտաքին ուժերը չեն գործում հեղուկ կամ պինդ մարմնի վրա, նրանց մոլեկուլների միջև հեռավորությունն այնպիսին է, որ առաջացած ձգողականության և վանման ուժերը հավասար են զրոյի: Եթե ​​դուք փորձում եք նվազեցնել մարմնի ծավալը, ապա մոլեկուլների միջև հեռավորությունը նվազում է, իսկ սեղմված մարմնի կողմից սկսում է գործել վանող ուժերի աճի արդյունքը։ Ընդհակառակը, երբ մարմինը ձգվում է, առաձգական ուժերը, որոնք առաջանում են, կապված են ձգողական ուժերի հարաբերական աճի հետ, քանի որ. Քանի որ մոլեկուլները հեռանում են միմյանցից, վանող ուժերը շատ ավելի արագ են նվազում, քան գրավիչ ուժերը։

Գազի մոլեկուլները գտնվում են իրենց չափից տասնյակ անգամ մեծ հեռավորությունների վրա, ինչի արդյունքում այդ մոլեկուլները չեն փոխազդում միմյանց հետ, և, հետևաբար, գազերը շատ ավելի հեշտ են սեղմվում, քան հեղուկներն ու պինդները: Գազերը չունեն կոնկրետ կառուցվածք և իրենից ներկայացնում են շարժվող և բախվող մոլեկուլների հավաքածու։

Հեղուկը մոլեկուլների հավաքածու է, որոնք գրեթե մոտ են միմյանց: Ջերմային շարժումը թույլ է տալիս հեղուկ մոլեկուլին ժամանակ առ ժամանակ փոխել իր հարեւաններին՝ ցատկելով մի տեղից մյուսը: Սա բացատրում է հեղուկների հեղուկությունը:

Պինդ մարմինների ատոմները և մոլեկուլները հնարավորություն չունեն փոխելու իրենց հարևանները, և նրանց ջերմային շարժումը միայն փոքր տատանումներ է հարևան ատոմների կամ մոլեկուլների դիրքի համեմատ: Ատոմների փոխազդեցությունը կարող է հանգեցնել նրան, որ պինդ մարմինը դառնում է բյուրեղ, իսկ դրա մեջ գտնվող ատոմները դիրքեր են զբաղեցնում բյուրեղային ցանցի հանգույցներում։ Քանի որ պինդ մարմինների մոլեկուլները չեն շարժվում հարևանների համեմատ, այդ մարմինները պահպանում են իրենց ձևը:

41. Իդեալական գազը մոլեկուլային կինետիկ տեսության մեջ.

Իդեալական գազը հազվագյուտ գազի մոդելն է, որտեղ մոլեկուլների փոխազդեցությունը անտեսված է: Մոլեկուլների փոխազդեցության ուժերը բավականին բարդ են։ Շատ փոքր հեռավորությունների վրա, երբ մոլեկուլները թռչում են միմյանց մոտ, նրանց միջև գործում են մեծ վանող ուժեր։ Մոլեկուլների միջև մեծ կամ միջանկյալ հեռավորությունների վրա գործում են ձգողականության համեմատաբար թույլ ուժեր։ Եթե ​​մոլեկուլների միջև հեռավորությունները միջինում մեծ են, ինչը նկատվում է բավականաչափ հազվագյուտ գազի մեջ, ապա փոխազդեցությունը դրսևորվում է մոլեկուլների համեմատաբար հազվադեպ բախումների տեսքով, երբ նրանք մոտիկից թռչում են: Իդեալական գազում մոլեկուլների փոխազդեցությունը հիմնականում անտեսվում է։

42. Գազի ճնշումը մոլեկուլային-կինետիկ տեսության մեջ.

Իդեալական գազը հազվագյուտ գազի մոդելն է, որտեղ մոլեկուլների փոխազդեցությունը անտեսված է:

Իդեալական գազի ճնշումը համաչափ է մոլեկուլների կոնցենտրացիայի և նրանց միջին կինետիկ էներգիայի արտադրյալին։

Մեր շուրջբոլորը գազ է։ Երկրի ցանկացած վայրում, նույնիսկ ջրի տակ, մենք կրում ենք մթնոլորտի մի մասը, որի ստորին շերտերը սեղմվում են վերինների ձգողականության ազդեցության տակ։ Ուստի, չափելով մթնոլորտային ճնշումը, կարելի է դատել, թե ինչ է կատարվում մեզանից բարձր և կանխատեսել եղանակը։

43. Իդեալական գազի մոլեկուլների արագության քառակուսու միջին արժեքը։

44. Գազի մոլեկուլային-կինետիկ տեսության հիմնական հավասարման բխում. 45. Գազի մոլեկուլների ճնշումը և միջին կինետիկ էներգիան առնչվող բանաձևի ստացում:

Մակերեւույթի տվյալ հատվածի վրա p ճնշումը այս մակերեսին ուղղահայաց գործող F ուժի հարաբերակցությունն է տվյալ հատվածի S մակերեսին

Ճնշման SI միավորը Պասկալն է (Pa): 1 Պա \u003d 1 N / m 2:

Եկեք գտնենք F ուժը, որով m0 զանգվածի մոլեկուլը գործում է այն մակերեսի վրա, որտեղից այն ետ է շարժվում։ Երբ արտացոլվում է մակերևույթից, որը տևում է Dt ժամանակահատված, մոլեկուլի արագության բաղադրիչը, այս մակերեսին ուղղահայաց, vy փոխվում է հակառակի (-vy): Հետևաբար, մակերեսից արտացոլվելիս մոլեկուլը ձեռք է բերում իմպուլս՝ 2m0vy , և հետևաբար, ըստ Նյուտոնի երրորդ օրենքի՝ 2m0vy =FDt, որտեղից.

Բանաձևը (22.2) հնարավորություն է տալիս հաշվարկել այն ուժը, որով մեկ գազի մոլեկուլը ճնշում է անոթի պատին Dt միջակայքում: Գազի ճնշման միջին ուժը որոշելու համար, օրինակ, մեկ վայրկյանում, անհրաժեշտ է գտնել, թե վայրկյանում քանի մոլեկուլ է արտացոլվում S մակերեսի տարածքից, ինչպես նաև անհրաժեշտ է իմանալ դեպի դրան շարժվող մոլեկուլների vy միջին արագությունը։ մակերեւույթ.

Թող լինի n մոլեկուլ գազի միավորի ծավալով: Եկեք պարզեցնենք մեր խնդիրը՝ ենթադրելով, որ գազի բոլոր մոլեկուլները շարժվում են նույն արագությամբ, v. Այս դեպքում բոլոր մոլեկուլների 1/3-ը շարժվում է Ox առանցքի երկայնքով, և նույնքանը շարժվում է Oy և Oz առանցքներով (տես նկ. 22c): Թող Oy առանցքի երկայնքով շարժվող մոլեկուլների կեսը շարժվի դեպի C պատը, իսկ մնացածը շարժվի հակառակ ուղղությամբ։ Այնուհետև, ակնհայտորեն, մոլեկուլների թիվը միավոր ծավալի վրա, շտապելով դեպի C պատը, կլինի n/6:

Եկեք հիմա գտնենք մոլեկուլների թիվը, որոնք մեկ վայրկյանում հարվածել են S մակերեսին (ստվերված է Նկար 22c-ում): Ակնհայտ է, որ 1 վրկ-ում այն ​​մոլեկուլները, որոնք շարժվում են դեպի այն և գտնվում են v-ից ոչ մեծ հեռավորության վրա, ժամանակ կունենան հասնելու պատին։ Հետևաբար, 1/1-ում ընդգծված ուղղանկյուն զուգահեռականի բոլոր մոլեկուլների 1/6-ը կհարվածի մակերեսի այս հատվածին: 22c, որի երկարությունը հավասար է v-ի, իսկ ծայրամասերի մակերեսը՝ S։ Քանի որ այս զուգահեռականի ծավալը Sv է, ապա 1 վրկ-ում պատի մակերեսին դիպչող մոլեկուլների N ընդհանուր թիվը հավասար կլինի։ դեպի՝

Օգտագործելով (22.2) և (22.3) կարելի է հաշվարկել իմպուլսը, որը 1 վրկ-ում գազի մոլեկուլներին տվել է պատի մակերեսի մի հատված S մակերեսով: Այս իմպուլսը թվայինորեն հավասար կլինի գազի ճնշման ուժին, F:

որտեղից, օգտագործելով (22.1) մենք ստանում ենք հետևյալ արտահայտությունը, որը վերաբերում է գազի ճնշմանը և նրա մոլեկուլների փոխադրական շարժման միջին կինետիկ էներգիային.

որտեղ Е СР իդեալական գազի մոլեկուլների միջին կինետիկ էներգիան է։ Բանաձևը (22.4) կոչվում է գազերի մոլեկուլային-կինետիկ տեսության հիմնական հավասարում։

46. ​​Ջերմային հավասարակշռություն. 47. Ջերմաստիճանը. Ջերմաստիճանի փոփոխություն. 48. Ջերմաստիճանի չափման գործիքներ.

Մարմինների միջև ջերմային հավասարակշռությունը հնարավոր է միայն այն դեպքում, երբ դրանց ջերմաստիճանը նույնն է:

Ցանկացած առարկայի ձեռքով դիպչելով՝ հեշտությամբ կարող ենք որոշել՝ այն տաք է, թե սառը։ Եթե ​​առարկայի ջերմաստիճանը ձեռքի ջերմաստիճանից ցածր է, ապա առարկան սառը է թվում, իսկ եթե հակառակը, ապա տաք է։ Եթե ​​սառը մետաղադրամը սեղմես բռունցքի մեջ, ապա ձեռքի ջերմությունը կսկսի տաքացնել մետաղադրամը, և որոշ ժամանակ անց նրա ջերմաստիճանը կհավասարվի ձեռքի ջերմաստիճանին, կամ, ինչպես ասում են, կգա ջերմային հավասարակշռություն։ Այսպիսով, ջերմաստիճանը բնութագրում է նույն ջերմաստիճան ունեցող երկու կամ ավելի մարմինների համակարգի ջերմային հավասարակշռության վիճակը:

Ջերմաստիճանը գազի ծավալի և ճնշման հետ միասին մակրոսկոպիկ պարամետրեր են: Ջերմաչափերը օգտագործվում են ջերմաստիճանը չափելու համար: Դրանցից մի քանիսում գրանցվում է տաքացման ընթացքում հեղուկի ծավալի փոփոխություն, մյուսներում՝ էլեկտրական դիմադրության փոփոխություն և այլն։ Ամենատարածվածը Ցելսիուսի ջերմաստիճանի սանդղակն է, որն անվանվել է շվեդ ֆիզիկոս Ա.Ցելսիուսի պատվին: Հեղուկ ջերմաչափի համար Ցելսիուսի ջերմաստիճանի սանդղակը ստանալու համար այն նախ ընկղմվում է հալվող սառույցի մեջ և նշվում է սյունակի վերջի դիրքը, իսկ հետո՝ եռացող ջրի մեջ։ Սյունակի այս երկու դիրքերի միջև ընկած հատվածը բաժանված է 100 հավասար մասերի՝ ենթադրելով, որ սառույցի հալման ջերմաստիճանը համապատասխանում է Ցելսիուսի զրոյական աստիճանի (o C), իսկ եռացող ջրի ջերմաստիճանը՝ 100 o C։

49. Գազի մոլեկուլների միջին կինետիկ էներգիան ջերմային հավասարակշռության պայմաններում:

Մոլեկուլային կինետիկ տեսության հիմնական հավասարումը (22.4) կապում է գազի ճնշումը, մոլեկուլների կոնցենտրացիան և նրանց միջին կինետիկ էներգիան։ Այնուամենայնիվ, մոլեկուլների միջին կինետիկ էներգիան, որպես կանոն, անհայտ է, չնայած բազմաթիվ փորձերի արդյունքները ցույց են տալիս, որ մոլեկուլների արագությունը մեծանում է ջերմաստիճանի բարձրացման հետ (տե՛ս, օրինակ, Բրոունյան շարժումը §20-ում): Գազի մոլեկուլների միջին կինետիկ էներգիայի կախվածությունը նրա ջերմաստիճանից կարելի է ստանալ 1787 թվականին ֆրանսիացի ֆիզիկոս Ջ.Չարլզի կողմից հայտնաբերված օրենքից։

50. Ջերմային հավասարակշռության վիճակում գտնվող գազեր (նկարագրեք փորձը).

51. Բացարձակ ջերմաստիճան. 52. Բացարձակ ջերմաստիճանի սանդղակ. 53. Ջերմաստիճանը մոլեկուլների միջին կինետիկ էներգիայի չափումն է։

Գազի մոլեկուլների միջին կինետիկ էներգիայի կախվածությունը նրա ջերմաստիճանից կարելի է ստանալ 1787 թվականին ֆրանսիացի ֆիզիկոս Ջ.Չարլզի կողմից հայտնաբերված օրենքից։

Չարլզի օրենքի համաձայն, եթե գազի տվյալ զանգվածի ծավալը չի ​​փոխվում, նրա ճնշումը pt գծայինորեն կախված է t ջերմաստիճանից.

որտեղ t-ը գազի ջերմաստիճանն է, որը չափվում է o C-ով, իսկ p 0-ը գազի ճնշումն է 0 o C ջերմաստիճանում (տես նկ. 23b): Այսպիսով, Չարլզի օրենքից հետևում է, որ մշտական ​​ծավալ զբաղեցնող գազի ճնշումը համաչափ է գումարին (t + 273 o C): Մյուս կողմից, (22.4)-ից հետևում է, որ եթե մոլեկուլների կոնցենտրացիան հաստատուն է, այսինքն. գազի զբաղեցրած ծավալը չի ​​փոխվում, ապա գազի ճնշումը պետք է համաչափ լինի մոլեկուլների միջին կինետիկ էներգիային։ Սա նշանակում է, որ գազի մոլեկուլների միջին կինետիկ էներգիան՝ E SR, ուղղակի համեմատական ​​է արժեքին (t + 273 o C).

որտեղ b-ն հաստատուն գործակից է, որի արժեքը կորոշենք ավելի ուշ։ (23.2)-ից հետևում է, որ մոլեկուլների միջին կինետիկ էներգիան հավասարվելու է զրոյի -273 ° C-ում: Դրա հիման վրա անգլիացի գիտնական Վ. Քելվինը 1848 թվականին առաջարկել է օգտագործել բացարձակ ջերմաստիճանի սանդղակ, որի զրոյական ջերմաստիճանը կհամապատասխանի մինչև -273 ° C, և ջերմաստիճանի յուրաքանչյուր աստիճան հավասար կլինի Ցելսիուսի մեկ աստիճանի: Այսպիսով, բացարձակ ջերմաստիճանը, T, կապված է t ջերմաստիճանի հետ, որը չափվում է Ցելսիուսով, հետևյալ կերպ.

Բացարձակ ջերմաստիճանի SI միավորը Քելվինն է (K):

Տրված (23.3) հավասարումը (23.2) փոխակերպվում է.

որը փոխարինելով (22.4)-ով, ստանում ենք հետևյալը.

(23.5) կոտորակից ազատվելու համար 2b/3-ը փոխարինում ենք k-ով, և (23.4) և (23.5) փոխարեն ստանում ենք երկու շատ կարևոր հավասարումներ.

որտեղ k-ն Բոլցմանի հաստատունն է՝ Լ. Բոլցմանի անունով: Փորձերը ցույց են տվել, որ k=1.38.10 -23 J/K. Այսպիսով, գազի ճնշումը և նրա մոլեկուլների միջին կինետիկ էներգիան համաչափ են նրա բացարձակ ջերմաստիճանին։

54. Գազի ճնշման կախվածությունը նրա մոլեկուլների կոնցենտրացիայից և ջերմաստիճանից:

Շատ դեպքերում, երբ գազն անցնում է մի վիճակից մյուսը, փոխվում են նրա բոլոր պարամետրերը՝ ջերմաստիճանը, ծավալը և ճնշումը։ Դա տեղի է ունենում, երբ գազը սեղմվում է մխոցի տակ ներքին այրման շարժիչի բալոնում, որի արդյունքում գազի ջերմաստիճանը և ճնշումը բարձրանում են, իսկ ծավալը նվազում է։ Այնուամենայնիվ, որոշ դեպքերում գազի պարամետրերից մեկի փոփոխությունները համեմատաբար փոքր են կամ ընդհանրապես բացակայում են: Նման պրոցեսները, որտեղ երեք պարամետրերից մեկը՝ ջերմաստիճանը, ճնշումը կամ ծավալը մնում է անփոփոխ, կոչվում են իզոպրոցեսներ, իսկ դրանք նկարագրող օրենքները՝ գազային օրենքներ։

55. Գազի մոլեկուլների արագության չափում. 56. Ստեռնի փորձը.

Նախ պարզաբանենք, թե ինչ է նշանակում մոլեկուլների արագություն։ Հիշեցնենք, որ հաճախակի բախումների պատճառով յուրաքանչյուր առանձին մոլեկուլի արագությունը անընդհատ փոխվում է. մոլեկուլը շարժվում է կա՛մ արագ, կա՛մ դանդաղ, և որոշ ժամանակով (օրինակ՝ մեկ վայրկյան) մոլեկուլի արագությունը շատ տարբեր արժեքներ է ստանում: Մյուս կողմից, ցանկացած պահի մոլեկուլների հսկայական քանակի մեջ, որոնք կազմում են գազի համարվող ծավալը, կան շատ տարբեր արագություններ ունեցող մոլեկուլներ: Ակնհայտ է, որ գազի վիճակը բնութագրելու համար պետք է խոսել որոշակի միջին արագության մասին։ Մենք կարող ենք ենթադրել, որ սա մոլեկուլներից մեկի միջին արագությունն է բավականաչափ երկար ժամանակահատվածում, կամ որ դա բոլոր գազի մոլեկուլների միջին արագությունն է տվյալ ծավալում ժամանակի որոշակի կետում։

Մոլեկուլների շարժման արագությունը որոշելու տարբեր եղանակներ կան։ Ամենապարզներից մեկն այն մեթոդն է, որն իրականացվել է 1920 թվականին Սթերնի փորձարկումով։

Բրինձ. 390. Երբ Ա ապակու տակ գտնվող տարածությունը լցվում է ջրածնով. ապա ծակոտկեն B անոթով փակված ձագարի ծայրից դուրս են գալիս պղպջակներ

Դա հասկանալու համար հաշվի առեք հետևյալ անալոգիան. Շարժվող թիրախի վրա կրակելիս, որպեսզի խոցես այն, պետք է նշանառել թիրախի դիմաց գտնվող կետին։ Եթե ​​դիտեք թիրախը, ապա փամփուշտները կհարվեն թիրախի հետևում: Թիրախից հարվածի վայրի այս շեղումը կլինի այնքան մեծ, որքան արագ է շարժվում թիրախը և այնքան փոքր է փամփուշտների արագությունը:

Օտտո Ստեռնի (1888–1969) փորձը նվիրված էր գազի մոլեկուլների արագության բաշխման փորձարարական հաստատմանը և պատկերացմանը։ Սա ևս մեկ գեղեցիկ փորձ է, որը հնարավորություն տվեց «գծել» այս բաշխման գրաֆիկը փորձարարական կարգաբերման վրա՝ բառի բուն իմաստով: Stern-ի տեղադրումը բաղկացած էր երկու պտտվող խոռոչ գլաններից՝ համընկնող առանցքներով (տես աջ կողմի նկարը. մեծ գլանն ամբողջությամբ գծված չէ): Ներքին գլանում իր առանցքի երկայնքով ուղիղ ձգվում էր արծաթե թել 1, որի միջով հոսանք էր անցնում, ինչը հանգեցրեց դրա տաքացմանը, մասնակի հալմանը և դրա մակերեսից արծաթի ատոմների հետագա գոլորշիացմանը։ Արդյունքում ներքին մխոցը, որն ի սկզբանե վակուում ուներ, աստիճանաբար լցվեց ցածր կոնցենտրացիայի գազային արծաթով։ Ներքին մխոցում, ինչպես ցույց է տրված նկարում, պատրաստվել է բարակ անցք 2, ուստի արծաթի ատոմների մեծ մասը, հասնելով գլանին, նստել է դրա վրա։ Ատոմների մի փոքր մասն անցել է բացվածքով և ընկել արտաքին գլան, որի մեջ պահպանվել է վակուումը։ Այստեղ այս ատոմներն այլևս չէին բախվում այլ ատոմների հետ և, հետևաբար, շարժվում էին շառավղային ուղղությամբ հաստատուն արագությամբ՝ հասնելով արտաքին գլան այս արագությանը հակադարձ համեմատական ​​ժամանակ անց.

որտեղ են ներքին և արտաքին բալոնների շառավիղները և մասնիկների արագության շառավղային բաղադրիչն է: Արդյունքում ժամանակի ընթացքում արտաքին մխոցի 3-ի վրա հայտնվեց արծաթի ցրման շերտ։ Հանգիստ վիճակում գտնվող բալոնների դեպքում այս շերտն ուներ շերտի ձև, որը գտնվում էր ներքին մխոցի բացվածքի ճիշտ հակառակ կողմում: Բայց եթե բալոնները պտտվում էին նույն անկյունային արագությամբ, ապա մինչ մոլեկուլը հասավ արտաքին մխոցին, վերջինս արդեն տեղափոխվել էր հեռավորության վրա։

համեմատ այն կետի հետ, որն ուղղակիորեն հակառակ է բնիկին (այսինքն՝ այն կետը, որի վրա մասնիկները նստել են անշարժ բալոնների դեպքում):

57. Իդեալական գազի վիճակի հավասարման ստացում (Մենդելեև-Կլայպերոնի հավասարում)

Գազերը հաճախ ռեակտիվներ և արտադրանքներ են քիմիական ռեակցիաներում: Միշտ չէ, որ նրանց նորմալ պայմաններում հնարավոր է ստիպել միմյանց արձագանքել։ Հետեւաբար, դուք պետք է սովորեք, թե ինչպես կարելի է որոշել գազերի մոլերի քանակը սովորականից տարբեր պայմաններում:

Դա անելու համար օգտագործեք վիճակի իդեալական գազի հավասարումը (այն նաև կոչվում է Կլապեյրոն-Մենդելեևի հավասարում). PV = nRT

որտեղ n-ը գազի մոլերի թիվն է.

P-ն գազի ճնշումն է (օրինակ՝ ատմ.

V-ը գազի ծավալն է (լիտրերով);

T-ը գազի ջերմաստիճանն է (կելվիններով);

R-ը գազի հաստատունն է (0,0821 L atm/mol K):

Ես գտա հավասարման ածանցյալը, բայց այն շատ բարդ է։ Մենք դեռ պետք է փնտրենք։

58. Իզոթերմային գործընթաց.

Իզոթերմային պրոցեսը գազի վիճակի փոփոխությունն է, որի դեպքում նրա ջերմաստիճանը մնում է հաստատուն: Նման գործընթացի օրինակ է ավտոմեքենայի անվադողերի օդով փչելը։ Այնուամենայնիվ, նման գործընթացը կարելի է համարել իզոթերմ, եթե համեմատենք օդի վիճակը պոմպի մեջ մտնելուց առաջ նրա վիճակի հետ անվադողում, երբ անվադողի ջերմաստիճանը և շրջակա օդը հավասարվեցին: Ցանկացած դանդաղ գործընթաց, որը տեղի է ունենում գազի փոքր ծավալի դեպքում, որը շրջապատված է գազի, հեղուկի կամ պինդ մեծ զանգվածով, որն ունի մշտական ​​ջերմաստիճան, կարող է համարվել իզոթերմային:

Իզոթերմային գործընթացում գազի տվյալ զանգվածի ճնշման և դրա ծավալի արտադրյալը հաստատուն արժեք է։ Այս օրենքը, որը կոչվում է Բոյլ-Մարիոտի օրենք, հայտնաբերվել է անգլիացի գիտնական Ռ. Բոյլի և ֆրանսիացի ֆիզիկոս Է.Մարիոտտի կողմից և գրված է հետևյալ ձևով.

Գտեք օրինակներ։

59. Իզոբարային գործընթաց.

Իզոբարային պրոցեսը գազի վիճակի փոփոխությունն է, որը տեղի է ունենում մշտական ​​ճնշման տակ:

Իզոբարային գործընթացում գազի տվյալ զանգվածի ծավալի հարաբերությունը նրա ջերմաստիճանին հաստատուն է։ Այս եզրակացությունը, որը կոչվում է Գեյ-Լյուսակի օրենք՝ ի պատիվ ֆրանսիացի գիտնական Ժ.Գայ-Լյուսակի, կարելի է գրել այսպես.

Իզոբարային գործընթացի օրինակներից է խմորի մեջ պարունակվող օդի և ածխածնի երկօքսիդի փոքր փուչիկների ընդլայնումը, երբ այն տեղադրվում է ջեռոցում: Ջեռոցի ներսում և դրսում օդի ճնշումը նույնն է, իսկ ներսում ջերմաստիճանը մոտավորապես 50%-ով բարձր է, քան դրսում: Համաձայն Գեյ-Լուսակի օրենքի՝ խմորի մեջ գազի պղպջակների ծավալը նույնպես աճում է 50%-ով, ինչը տորթը օդափոխիչ է դարձնում։

60. Իզոխորիկ պրոցես.

Գործընթացը, որի դեպքում գազի վիճակը փոխվում է, մինչդեռ դրա ծավալը մնում է անփոփոխ, կոչվում է իզոխորիկ: Մենդելեև-Կլապեյրոն հավասարումից հետևում է, որ մշտական ​​ծավալ զբաղեցնող գազի համար նրա ճնշման և ջերմաստիճանի հարաբերակցությունը նույնպես պետք է հաստատուն լինի.

Գտեք օրինակներ։

61. Գոլորշիացում և խտացում.

Գոլորշին գազ է, որը ձևավորվում է մոլեկուլներից, որոնք ունեն բավականաչափ կինետիկ էներգիա հեղուկը լքելու համար:

Մենք սովոր ենք, որ ջուրն ու դրա գոլորշին կարող են անցնել միմյանց մեջ։ Մայթի վրա գտնվող ջրափոսերը չորանում են անձրևից հետո, իսկ առավոտյան օդում ջրի գոլորշիները հաճախ վերածվում են մառախուղի փոքրիկ կաթիլների։ Բոլոր հեղուկներն ունեն գոլորշի դառնալու հատկություն՝ անցնել գազային վիճակի։ Հեղուկը գոլորշու վերածելու գործընթացը կոչվում է գոլորշիացում: Նրա գոլորշուց հեղուկի առաջացումը կոչվում է խտացում:

Մոլեկուլային կինետիկ տեսությունը բացատրում է գոլորշիացման գործընթացը հետևյալ կերպ. Հայտնի է (տես § 21), որ հեղուկի մոլեկուլների միջև գործում է գրավիչ ուժ, որը թույլ չի տալիս նրանց հեռանալ միմյանցից, և հեղուկի մոլեկուլների միջին կինետիկ էներգիան բավարար չէ համակցվածությունը հաղթահարելու համար։ ուժերը նրանց միջև։ Այնուամենայնիվ, ժամանակի ցանկացած պահի հեղուկի տարբեր մոլեկուլներ ունեն տարբեր կինետիկ էներգիա, և որոշ մոլեկուլների էներգիան կարող է մի քանի անգամ ավելի բարձր լինել, քան միջին արժեքը: Այս բարձր էներգիայի մոլեկուլները շարժման շատ ավելի մեծ արագություն ունեն և, հետևաբար, կարող են հաղթահարել հարևան մոլեկուլների գրավիչ ուժերը և դուրս թռչել հեղուկից՝ այդպիսով առաջացնելով գոլորշի իր մակերեսի վերևում (տես նկ. 26ա):

Գոլորշի կազմող մոլեկուլները, որոնք դուրս են եկել հեղուկից, շարժվում են պատահականորեն՝ բախվելով միմյանց այնպես, ինչպես գազի մոլեկուլները ջերմային շարժման ժամանակ։ Այս դեպքում որոշ գոլորշիների մոլեկուլների քաոսային շարժումը կարող է դրանք այնքան հեռու տանել հեղուկի մակերևույթից, որ նրանք երբեք չեն վերադառնա այնտեղ։ Դրան նպաստում է, իհարկե, եւ քամին: Ընդհակառակը, այլ մոլեկուլների պատահական շարժումը կարող է դրանք հետ բերել հեղուկի մեջ, ինչը բացատրում է գոլորշիների խտացման գործընթացը։

Միայն միջինից շատ ավելի բարձր կինետիկ էներգիա ունեցող մոլեկուլները կարող են դուրս թռչել հեղուկից, ինչը նշանակում է, որ գոլորշիացման ժամանակ մնացած հեղուկի մոլեկուլների միջին էներգիան նվազում է։ Եվ քանի որ հեղուկի մոլեկուլների միջին կինետիկ էներգիան, ինչպես գազինը (տես 23.6), համաչափ է ջերմաստիճանին, ապա գոլորշիացման ժամանակ հեղուկի ջերմաստիճանը նվազում է։ Ուստի մենք մրսում ենք ջուրը թողնելուն պես՝ պատված հեղուկի բարակ թաղանթով, որն անմիջապես սկսում է գոլորշիանալ ու սառչել։

62. Հագեցած գոլորշի. Հագեցած գոլորշու ճնշում:

Ի՞նչ կլինի, եթե որոշակի ծավալով հեղուկ ունեցող անոթը փակվի կափարիչով (նկ. 26բ): Ամեն վայրկյան ամենաարագ մոլեկուլները դեռ կլքեն հեղուկի մակերեսը, նրա զանգվածը կնվազի, և գոլորշիների մոլեկուլների կոնցենտրացիան կաճի։ Միևնույն ժամանակ, գոլորշիների մոլեկուլների մի մասը գոլորշիից կվերադառնա հեղուկ, և որքան մեծ է գոլորշիների կոնցենտրացիան, այնքան ավելի ինտենսիվ կլինի այս խտացման գործընթացը: Վերջապես, հեղուկի վրա գոլորշիների կոնցենտրացիան այնքան մեծ կլինի, որ մեկ միավոր ժամանակում հեղուկ վերադարձող մոլեկուլների թիվը հավասար կլինի այն լքող մոլեկուլների թվին: Այս վիճակը կոչվում է դինամիկ հավասարակշռություն, իսկ համապատասխան գոլորշին կոչվում է հագեցած գոլորշու: Հեղուկի վերևում գոլորշիների մոլեկուլների կոնցենտրացիան չի կարող ավելի մեծ լինել, քան դրանց կոնցենտրացիան հագեցած գոլորշու մեջ: Եթե ​​գոլորշիների մոլեկուլների կոնցենտրացիան ավելի փոքր է, քան հագեցածը, ապա այդպիսի գոլորշին կոչվում է չհագեցած:

Շարժվող գոլորշու մոլեկուլները ստեղծում են ճնշում, որի արժեքը, ինչպես գազի դեպքում, համաչափ է այդ մոլեկուլների կոնցենտրացիայի և ջերմաստիճանի արտադրյալին։ Հետեւաբար, տվյալ ջերմաստիճանում, որքան բարձր է գոլորշու կոնցենտրացիան, այնքան մեծ է նրա ճնշումը: Հագեցած գոլորշու ճնշումը կախված է հեղուկի տեսակից և ջերմաստիճանից: Որքան դժվար է հեղուկի մոլեկուլները պոկելը, այնքան ցածր կլինի նրա հագեցած գոլորշու ճնշումը: Այսպիսով, ջրի հագեցած գոլորշու ճնշումը 20 ° C ջերմաստիճանում կազմում է մոտ 2 կՊա, իսկ սնդիկի հագեցած գոլորշիների ճնշումը 20 ° C ջերմաստիճանում կազմում է ընդամենը 0,2 Պա:

Մարդու, կենդանիների և բույսերի կյանքը կախված է մթնոլորտի ջրային գոլորշու (խոնավությունից) կոնցենտրացիայից, որը մեծապես տատանվում է՝ կախված տեղանքից և սեզոնից։ Որպես կանոն, մեզ շրջապատող ջրային գոլորշին չհագեցված է։ Հարաբերական խոնավությունը ջրի գոլորշիների ճնշման հարաբերակցությունն է միևնույն ջերմաստիճանում հագեցած գոլորշիների ճնշմանը՝ արտահայտված որպես տոկոս: Օդի խոնավությունը չափող սարքերից մեկը հոգեմետրն է՝ բաղկացած երկու միանման ջերմաչափից, որոնցից մեկը փաթաթված է խոնավ շորի մեջ։

63. Հագեցած գոլորշու ճնշման կախվածությունը ջերմաստիճանից.

Գոլորշին գազ է, որը ձևավորվում է գոլորշիացված հեղուկի մոլեկուլներից, և, հետևաբար, դրա համար վավեր է հավասարումը (23.7), որը կապում է գոլորշիների ճնշումը, p, դրանում մոլեկուլների կոնցենտրացիան, n և բացարձակ ջերմաստիճանը, T:

(27.1)-ից հետևում է, որ հագեցած գոլորշիների ճնշումը պետք է գծայինորեն բարձրանա ջերմաստիճանի բարձրացման հետ, ինչպես դա իդեալական գազերի դեպքում է իզոխորիկ գործընթացներում (տես §25): Այնուամենայնիվ, չափումները ցույց են տվել, որ հագեցած գոլորշու ճնշումը ջերմաստիճանի հետ շատ ավելի արագ է աճում, քան իդեալական գազի ճնշումը (տես նկ. 27ա): Դա տեղի է ունենում այն ​​պատճառով, որ ջերմաստիճանի բարձրացման հետ և, հետևաբար, միջին կինետիկ էներգիան, հեղուկի ավելի ու ավելի շատ մոլեկուլներ թողնում են այն՝ մեծացնելով դրա վերևում գտնվող գոլորշու կոնցենտրացիան: Եվ քանի որ համաձայն (27.1) ճնշումը համաչափ է n-ին, ապա գոլորշիների կոնցենտրացիայի այս աճը բացատրում է հագեցած գոլորշիների ճնշման ավելի արագ աճը ջերմաստիճանի հետ՝ համեմատած իդեալական գազի հետ: Հագեցած գոլորշիների ճնշման բարձրացումը ջերմաստիճանի հետ բացատրում է հայտնի փաստը՝ տաքացնելիս հեղուկներն ավելի արագ են գոլորշիանում։ Նշենք, որ հենց որ ջերմաստիճանի բարձրացումը հանգեցնում է հեղուկի ամբողջական գոլորշիացման, գոլորշին կդառնա չհագեցած:

Երբ յուրաքանչյուր փուչիկների հեղուկը տաքացվում է, գոլորշիացման գործընթացը արագանում է, և հագեցած գոլորշիների ճնշումը մեծանում է: Փուչիկները լայնանում են և Արքիմեդի լողացող ուժի ազդեցության տակ պոկվում են ներքևից, լողում վերև և պայթում մակերեսի վրա։ Այս դեպքում փուչիկները լցրած գոլորշին տարվում է մթնոլորտ։

Որքան ցածր է մթնոլորտային ճնշումը, այնքան ցածր է այս հեղուկի եռման ջերմաստիճանը (տե՛ս նկ. 27c): Այսպիսով, Էլբրուս լեռան գագաթին, որտեղ օդի ճնշումը կիսով չափ նորմալ է, սովորական ջուրը եռում է ոչ թե 100 o C, այլ 82 o C: Ընդհակառակը, եթե անհրաժեշտ է բարձրացնել հեղուկի եռման ջերմաստիճանը, ապա. այն տաքացվում է բարձր ճնշման տակ։ Սա, օրինակ, հիմք է հանդիսանում ճնշման կաթսաների աշխատանքի համար, որտեղ ջուր պարունակող սնունդը կարելի է եփել 100°C-ից ավելի ջերմաստիճանում՝ առանց եռալու։

64. Եռում.

Եռացումը ինտենսիվ գոլորշիացման գործընթաց է, որը տեղի է ունենում հեղուկի ամբողջ ծավալի և դրա մակերեսի վրա: Հեղուկը սկսում է եռալ, երբ նրա հագեցած գոլորշու ճնշումը մոտենում է հեղուկի ներսում ճնշմանը:

Եռացումը մեծ քանակությամբ գոլորշիների փուչիկների առաջացումն է, որոնք դուրս են գալիս և պայթում հեղուկի մակերեսին, երբ այն տաքացվում է: Իրականում այդ փուչիկները միշտ առկա են հեղուկի մեջ, սակայն դրանց չափերը մեծանում են, և նկատելի են դառնում միայն եռալիս։ Պատճառներից մեկը, թե ինչու հեղուկները միշտ պարունակում են միկրոպղպջակներ, հետևյալն է. Հեղուկը, երբ այն լցվում է անոթի մեջ, այնտեղից տեղահանում է օդը, բայց դա չի կարող ամբողջությամբ անել, և նրա փոքրիկ փուչիկները մնում են նավի ներքին մակերեսի միկրոճաքերի և անկանոնությունների մեջ: Բացի այդ, հեղուկները սովորաբար պարունակում են գոլորշու և օդի միկրո-փուչիկներ, որոնք կպչում են փոշու ամենափոքր մասնիկներին:

Երբ յուրաքանչյուր փուչիկների հեղուկը տաքացվում է, գոլորշիացման գործընթացը արագանում է, և հագեցած գոլորշիների ճնշումը մեծանում է: Փուչիկները լայնանում են և Արքիմեդի լողացող ուժի ազդեցության տակ պոկվում են ներքևից, լողում վերև և պայթում մակերեսի վրա։ Այս դեպքում փուչիկները լցրած գոլորշին տարվում է մթնոլորտ։ Հետեւաբար, եռումը կոչվում է գոլորշիացում, որը տեղի է ունենում հեղուկի ամբողջ ծավալով: Եռումը սկսվում է այն ջերմաստիճանից, երբ գազի փուչիկները հնարավորություն ունեն ընդլայնվել, և դա տեղի է ունենում, եթե հագեցվածության գոլորշիների ճնշումը գերազանցում է մթնոլորտային ճնշումը: Այսպիսով, եռման կետը այն ջերմաստիճանն է, որի դեպքում տվյալ հեղուկի հագեցվածության գոլորշու ճնշումը հավասար է մթնոլորտային ճնշմանը: Քանի դեռ հեղուկը եռում է, նրա ջերմաստիճանը մնում է հաստատուն։

Եռման գործընթացը անհնար է առանց Արքիմեդյան լողացող ուժի մասնակցության: Հետևաբար, տիեզերական կայաններում եռում չի լինում անկշռության պայմաններում, և ջուրը տաքացնելը միայն հանգեցնում է գոլորշիների փուչիկների չափի մեծացմանը և դրանց միավորմանը մեկ մեծ գոլորշու պղպջակի մեջ ջրով անոթի ներսում:

65. Կրիտիկական ջերմաստիճան.

Կա նաև այնպիսի բան, ինչպիսին է կրիտիկական ջերմաստիճանը, եթե գազը գտնվում է կրիտիկական ջերմաստիճանից բարձր ջերմաստիճանում (յուրաքանչյուր գազի համար առանձին, օրինակ՝ ածխածնի երկօքսիդի համար մոտ 304 Կ), ապա այն այլևս չի կարող վերածվել հեղուկի, անկախ նրանից, թե ինչ ճնշում է գործադրվում դրա վրա: Այս երեւույթը տեղի է ունենում այն ​​պատճառով, որ ուժի կրիտիկական ջերմաստիճանում մակերեսային լարվածությունհեղուկները զրոյական են:

Աղյուսակ 23. Որոշ նյութերի կրիտիկական ջերմաստիճան և կրիտիկական ճնշում

Ի՞նչ է ցույց տալիս կրիտիկական ջերմաստիճանի առկայությունը: Ի՞նչ է տեղի ունենում նույնիսկ ավելի բարձր ջերմաստիճանի դեպքում:

Փորձը ցույց է տալիս, որ կրիտիկականից բարձր ջերմաստիճաններում նյութը կարող է գոյություն ունենալ միայն գազային վիճակում:

Կրիտիկական ջերմաստիճանի առկայությունը առաջին անգամ մատնանշվել է 1860 թվականին Դմիտրի Իվանովիչ Մենդելեևի կողմից։

Կրիտիկական ջերմաստիճանի հայտնաբերումից հետո պարզ դարձավ, թե ինչու երկար ժամանակ հնարավոր չէր հեղուկի վերածել այնպիսի գազեր, ինչպիսիք են թթվածինը կամ ջրածինը։ Նրանց կրիտիկական ջերմաստիճանը շատ ցածր է (Աղյուսակ 23): Այս գազերը հեղուկի վերածելու համար դրանք պետք է սառեցվեն կրիտիկական ջերմաստիճանից ցածր: Առանց դրա, դրանք հեղուկացնելու բոլոր փորձերը դատապարտված են ձախողման։

66. Մասնակի ճնշում. հարաբերական խոնավություն. 67. Օդի հարաբերական խոնավության չափման գործիքներ.

Մարդու, կենդանիների և բույսերի կյանքը կախված է մթնոլորտի ջրային գոլորշու (խոնավությունից) կոնցենտրացիայից, որը մեծապես տատանվում է՝ կախված տեղանքից և սեզոնից։ Որպես կանոն, մեզ շրջապատող ջրային գոլորշին չհագեցված է։ Հարաբերական խոնավությունը ջրի գոլորշիների ճնշման հարաբերակցությունն է միևնույն ջերմաստիճանում հագեցած գոլորշիների ճնշմանը՝ արտահայտված որպես տոկոս: Օդի խոնավությունը չափող սարքերից մեկը հոգեմետրն է՝ բաղկացած երկու նույնական ջերմաչափից, որոնցից մեկը փաթաթված է խոնավ շորի մեջ։ Երբ օդի խոնավությունը 100%-ից պակաս է, կտորից ջուրը գոլորշիանում է, իսկ B ջերմաչափը սառը, ցույց տալով A-ից ցածր ջերմաստիճան: Եվ որքան ցածր է օդի խոնավությունը, այնքան մեծ է տարբերությունը, Dt, A և B ջերմաչափերի ցուցումների միջև: Օգտագործելով հատուկ հոգեմետրիկ աղյուսակ, այս ջերմաստիճանի տարբերությունը կարող է օգտագործվել օդի խոնավությունը որոշելու համար: օդ.

Մասնակի ճնշումը գազային խառնուրդի մաս կազմող որոշակի գազի ճնշումն է, որը այդ գազը կգործադրի այն պարունակող տարայի պատերին, եթե միայն խառնուրդի ջերմաստիճանում զբաղեցներ խառնուրդի ամբողջ ծավալը:

Մասնակի ճնշումը ուղղակիորեն չի չափվում, այլ գնահատվում է խառնուրդի ընդհանուր ճնշումից և բաղադրությունից:

Ջրի կամ մարմնի հյուսվածքների մեջ լուծված գազերը նույնպես ճնշում են գործադրում, քանի որ լուծված գազի մոլեկուլները պատահական շարժման մեջ են և ունեն կինետիկ էներգիա։ Եթե ​​հեղուկում լուծված գազը դիպչում է մակերևույթին, օրինակ՝ բջջային թաղանթին, ապա այն մասնակի ճնշում է գործադրում այնպես, ինչպես գազը գազային խառնուրդում։

P. D.-ն ուղղակիորեն չի կարող չափվել, այն հաշվարկվում է խառնուրդի ընդհանուր ճնշման և բաղադրության հիման վրա:

Հեղուկի մեջ լուծված գազի մասնակի ճնշման արժեքը որոշող գործոններ. Գազի մասնակի ճնշումը լուծույթում որոշվում է ոչ միայն նրա կոնցենտրացիայով, այլև լուծելիության գործակցով, այսինքն. մոլեկուլների որոշ տեսակներ, օրինակ՝ ածխաթթու գազը, ֆիզիկապես կամ քիմիապես կապված են ջրի մոլեկուլների հետ, իսկ մյուսները վանվում են: Այս հարաբերությունը կոչվում է Հենրիի օրենք և արտահայտվում է հետևյալ բանաձևով՝ Մասնակի ճնշում = Լուծված գազի կոնցենտրացիան / Լուծելիության գործակից։

68. Մակերեւութային լարվածություն.

Հեղուկների ամենահետաքրքիր առանձնահատկությունը ազատ մակերեսի առկայությունն է։ Հեղուկը, ի տարբերություն գազերի, չի լրացնում անոթի ամբողջ ծավալը, որի մեջ այն լցվում է։ Հեղուկի և գազի (կամ գոլորշու) միջև ձևավորվում է միջերես, որը գտնվում է հատուկ պայմաններում՝ համեմատած հեղուկի մնացած զանգվածի հետ։ Հեղուկի սահմանային շերտի մոլեկուլները, ի տարբերություն դրա խորության մոլեկուլների, բոլոր կողմերից շրջապատված չեն նույն հեղուկի այլ մոլեկուլներով։ Հարևան մոլեկուլներից հեղուկի ներսում գտնվող մոլեկուլներից մեկի վրա գործող միջմոլեկուլային փոխազդեցության ուժերը միջինում փոխադարձաբար փոխհատուցվում են: Սահմանային շերտի ցանկացած մոլեկուլ ձգվում է հեղուկի ներսում գտնվող մոլեկուլներով (գազի (կամ գոլորշու) մոլեկուլներից հեղուկի տվյալ մոլեկուլի վրա ազդող ուժերը կարող են անտեսվել): Արդյունքում առաջանում է որոշակի արդյունք՝ ուղղված հեղուկի խորքը։ Մակերեւութային մոլեկուլները հեղուկի մեջ ներքաշվում են միջմոլեկուլային ձգողության ուժերով։ Բայց բոլոր մոլեկուլները, ներառյալ սահմանային շերտի մոլեկուլները, պետք է լինեն հավասարակշռված վիճակում։ Այս հավասարակշռությունը ձեռք է բերվում մակերևութային շերտի մոլեկուլների և հեղուկի ներսում նրանց մոտակա հարևանների միջև հեռավորության որոշակի նվազման շնորհիվ: Ինչպես երևում է նկ. 3.1.2, երբ մոլեկուլների միջև հեռավորությունը փոքրանում է, առաջանում են վանող ուժեր: Եթե ​​հեղուկի ներսում մոլեկուլների միջև միջին հեռավորությունը հավասար է r0-ի, ապա մակերևութային շերտի մոլեկուլները մի փոքր ավելի խիտ են լցված, և, հետևաբար, նրանք ունեն պոտենցիալ էներգիայի լրացուցիչ պաշար՝ համեմատած ներքին մոլեկուլների (տես Նկար 3.1.2): . Պետք է հաշվի առնել, որ չափազանց ցածր սեղմելիության պատճառով ավելի խիտ փաթեթավորված մակերեսային շերտի առկայությունը չի հանգեցնում հեղուկի ծավալի որևէ նկատելի փոփոխության: Եթե ​​մոլեկուլը մակերևույթից տեղափոխվի հեղուկ, ապա միջմոլեկուլային փոխազդեցության ուժերը դրական կաշխատեն։ Ընդհակառակը, հեղուկի խորությունից մակերևույթ որոշակի քանակությամբ մոլեկուլներ քաշելու համար (այսինքն՝ մեծացնել հեղուկի մակերեսը), արտաքին ուժերը պետք է կատարեն ΔAext դրական աշխատանք ΔS փոփոխությանը համաչափ։ մակերեսի մակերեսը՝ ΔAext = σΔS:

σ գործակիցը կոչվում է մակերեւութային լարվածության գործակից (σ > 0): Այսպիսով, մակերևութային լարվածության գործակիցը հավասար է աշխատանքին, որը պահանջվում է մշտական ​​ջերմաստիճանում հեղուկի մակերեսը մեկ միավորով ավելացնելու համար:

SI-ում մակերևութային լարվածության գործակիցը չափվում է ջոուլներով մեկ քառակուսի մետրի համար (J/m2) կամ նյուտոններով մեկ մետրի համար (1 N/m = 1 J/m2):

Մեխանիկայից հայտնի է, որ համակարգի հավասարակշռության վիճակները համապատասխանում են նրա պոտենցիալ էներգիայի նվազագույն արժեքին։ Դրանից բխում է, որ հեղուկի ազատ մակերեսը ձգտում է նվազեցնել իր տարածքը: Այդ պատճառով հեղուկի ազատ կաթիլը ստանում է գնդաձեւ տեսք։ Հեղուկն իրեն պահում է այնպես, ասես ուժերը շոշափում են իր մակերևույթին՝ նվազեցնելով (կծկելով) այս մակերեսը: Այս ուժերը կոչվում են մակերևութային լարվածության ուժեր:

Մակերեւութային լարվածության ուժերի առկայությունը հեղուկի մակերեսին դարձնում է առաձգական ձգված թաղանթի տեսք, միակ տարբերությամբ, որ թաղանթում առաձգական ուժերը կախված են դրա մակերեսի մակերեսից (այսինքն՝ այն բանից, թե ինչպես է թաղանթը դեֆորմացվում), իսկ մակերևութային լարվածության ուժերը։ կախված չէ մակերեսի հեղուկներից:

Որոշ հեղուկներ, ինչպիսիք են օճառի ջուրը, ունեն բարակ թաղանթներ ձևավորելու հատկություն: Բոլոր հայտնի օճառի փուչիկները ունեն ճիշտ գնդաձև ձև. սա նաև արտահայտում է մակերեսային լարվածության ուժերի գործողությունը: Եթե ​​օճառի լուծույթի մեջ իջեցնեն մետաղական շրջանակ, որի կողմերից մեկը շարժական է, ապա այն ամբողջությամբ ծածկված կլինի հեղուկ թաղանթով։

69. Թրջվելը.

Բոլորը գիտեն, որ եթե մի կաթիլ հեղուկ դնեք հարթ մակերեսի վրա, այն կա՛մ կտարածվի դրա վրա, կա՛մ կլորացված ձև կստանա։ Ընդ որում, նստած անկման չափն ու ուռուցիկությունը (այսպես կոչված շփման անկյան արժեքը) որոշվում է նրանով, թե որքան լավ է այն թրջում տվյալ մակերեսը։ Թրջման երեւույթը կարելի է բացատրել այսպես. Եթե ​​հեղուկի մոլեկուլները ձգվում են միմյանց ավելի ուժեղ, քան պինդ մարմնի մոլեկուլները, հեղուկը հակված է հավաքվել կաթիլների մեջ:

Սուր շփման անկյունը տեղի է ունենում թաց (լիոֆիլ) մակերեսի վրա, իսկ բութը՝ ոչ թրջվող (լիոֆոբ) մակերեսի վրա։

Ահա թե ինչպես է սնդիկը վարվում ապակու վրա, ջուրը՝ պարաֆինի կամ «յուղոտ» մակերեսի վրա։ Եթե, ընդհակառակը, հեղուկի մոլեկուլները միմյանց ավելի թույլ են ձգում, քան պինդ մարմնի մոլեկուլները, հեղուկը «սեղմվում» է մակերեսին և տարածվում դրա վրա։ Դա տեղի է ունենում ցինկի ափսեի վրա սնդիկի կաթիլով կամ մաքուր ապակու վրա ջրի կաթիլով: Առաջին դեպքում ասում են, որ հեղուկը չի թրջում մակերեսը (շփման անկյունը 90°-ից մեծ է), իսկ երկրորդ դեպքում այն ​​թրջում է (շփման անկյունը 90°-ից փոքր է)։

Այն ջրից վանող քսանյութ է, որն օգնում է շատ կենդանիների խուսափել չափից ավելի թրջվելուց: Օրինակ՝ ծովային կենդանիների և թռչունների՝ մորթյա փոկերի, փոկերի, պինգվինների, փետուրների ուսումնասիրությունները ցույց են տվել, որ նրանց փետուր մազերը և փետուրները ունեն հիդրոֆոբ հատկություններ, մինչդեռ կենդանիների պաշտպանիչ մազերը և թռչունների եզրագծային փետուրների վերին մասը լավ թրջված են։ ջրով։ Արդյունքում կենդանու մարմնի եւ ջրի միջեւ օդային շերտ է ստեղծվում, որը զգալի դեր է խաղում ջերմակարգավորման եւ ջերմամեկուսացման գործում։

Բայց յուղումը ամեն ինչ չէ: Մակերեւույթի կառուցվածքը նույնպես էական դեր է խաղում թրջման երեւույթի մեջ։ Կոշտ, խորդուբորդ կամ ծակոտկեն տեղանքը կարող է բարելավել խոնավացումը: Հիշեք, օրինակ, սպունգները և սրբիչները, որոնք հիանալի կերպով կլանում են ջուրը: Բայց եթե մակերեսը ի սկզբանե «վախենում է» ջրից, ապա զարգացած ռելիեֆը միայն կբարդացնի իրավիճակը. ջրի կաթիլները կհավաքվեն եզրերի վրա և գլորվելու:

70. Մազանոթային երեւույթներ.

Մազանոթային երեւույթները կոչվում են հեղուկի բարձրացում կամ անկում փոքր տրամագծով խողովակներում՝ մազանոթներում։ Մազանոթների միջով բարձրանում են թրջող հեղուկները, իջնում ​​են չթրջվող հեղուկները։

Նկ. 3.5.6-ը ցույց է տալիս r որոշ շառավղով մազանոթ խողովակ, որն իջել է իր ստորին ծայրով խտության ρ թրջող հեղուկի մեջ: Մազանոթի վերին ծայրը բաց է։ Մազանոթում հեղուկի բարձրացումը շարունակվում է այնքան ժամանակ, մինչև մազանոթի հեղուկի սյունակի վրա ազդող ծանրության ուժը մոդուլով հավասարվի մակերևութային լարվածության ուժերի Fn-ին, որը գործում է հեղուկի և մազանոթի մակերևույթի շփման սահմանի երկայնքով. Ft = Fn, որտեղ Ft = մգ = ρhπr2g, Fn = σ2πr cos θ.

Սա ենթադրում է.

Նկար 3.5.6.

Թրջող հեղուկի բարձրացում մազանոթում:

Լրիվ թրջվելով θ = 0, cos θ = 1. Այս դեպքում

Լրիվ չթրջվելու դեպքում θ = 180°, cos θ = –1 և, հետևաբար, h< 0. Уровень несмачивающей жидкости в капилляре опускается ниже уровня жидкости в сосуде, в которую опущен капилляр.

Ջուրը գրեթե ամբողջությամբ թրջվում է մաքուր մակերեսապակի. Ընդհակառակը, սնդիկը ամբողջությամբ չի թրջում ապակու մակերեսը։ Հետեւաբար, ապակու մազանոթում սնդիկի մակարդակը ընկնում է նավի մակարդակից ցածր:

71. Բյուրեղային մարմինները և դրանց հատկությունները.

Ի տարբերություն հեղուկների՝ պինդ մարմինը պահպանում է ոչ միայն իր ծավալը, այլև ձևը և ունի զգալի ուժ։

Հանդիպվող տարբեր պինդ մարմինները կարելի է բաժանել երկու խմբի, որոնք զգալիորեն տարբերվում են իրենց հատկություններով` բյուրեղային և ամորֆ:

Բյուրեղային մարմինների հիմնական հատկությունները

1. Բյուրեղային մարմիններն ունեն հալման որոշակի կետ, որը չի փոխվում մշտական ​​ճնշման ժամանակ հալվելու ժամանակ (նկ. 1, կոր 1):

2. Բյուրեղային մարմինները բնութագրվում են տարածական բյուրեղյա ցանցի առկայությամբ, որը մոլեկուլների, ատոմների կամ իոնների կարգավորված դասավորություն է, որը կրկնվում է մարմնի ողջ ծավալով (հեռահար կարգ): Ցանկացած բյուրեղյա վանդակի համար բնորոշ է նրա կառուցվածքի այնպիսի տարրի առկայությունը, որի բազմակի կրկնությամբ տիեզերքում կարելի է ստանալ ամբողջ բյուրեղը։ Սա մեկ բյուրեղ է: Բազմաբյուրեղը բաղկացած է շատ փոքր, միմյանց աճեցված միաբյուրեղներից, որոնք պատահականորեն կողմնորոշված ​​են տարածության մեջ: