VI. Sert cisimlerin hareketi Kuvvet momenti Ağır bir volanı elle döndürmeye çalışın. İğneyi çekin. Elinizi eksene çok yakın tutarsanız, sizin için zor olacaktır. Elinizi potaya götürün, işler kolaylaşacaktır.Ne değişti? Sonuçta, her iki durumda da kuvvet

Termal hareket nasıl görünür Moleküller arasındaki etkileşim, moleküllerin "yaşamında" daha büyük veya daha az önemli olabilir.Maddenin üç hali - gaz, sıvı ve katı - etkileşimin onlarda oynadığı rol açısından birbirinden farklıdır.

ELEKTRİĞİ HAREKETE DÖNÜŞTÜRÜN Faraday, Oersted'in deneylerinde sorunu anlamanın anahtarı gibi görünen küçük bir ayrıntıyı fark etti ve elektrik akımının manyetizmasının pusula iğnesini her zaman bir yönde saptırdığını tahmin etti. Örneğin, eğer

Düzgün hızlandırılmış hareketle, türetmeden verdiğimiz aşağıdaki denklemler geçerlidir:

Anladığınız gibi soldaki vektör formülü ve sağdaki iki skaler formül eşittir. Cebir açısından, skaler formüller, düzgün hızlandırılmış hareketle, yer değiştirme izdüşümlerinin ikinci dereceden bir yasaya göre zamana bağlı olduğu anlamına gelir. Bunu anlık hız projeksiyonlarının doğasıyla karşılaştırın (bkz. § 12-h).

 sx = x – xo  u   sy = y – yo  olduğunu bilerek (bkz. § 12-e), sağ üst sütundaki iki skaler formülden koordinatlar için denklemler elde ederiz:

Cismin düzgün ivmeli hareketi sırasında ivme sabit olduğundan, koordinat eksenleri her zaman ivme vektörü bir eksene, örneğin Y eksenine paralel olacak şekilde düzenlenebilir.Sonuç olarak, X ekseni boyunca hareket denklemi fark edilir şekilde basitleştirilmelidir:

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

Lütfen soldaki denklemin düzgün doğrusal hareket denklemiyle örtüştüğüne dikkat edin (bakınız § 12-g). Bu, düzgün hızlandırılmış hareketin bir eksen boyunca düzgün hareket ve diğeri boyunca düzgün hızlandırılmış hareketten "bileşebileceği" anlamına gelir. Bu, bir yatta gülle deneyimiyle doğrulanmıştır (bakınız § 12-b).

Görev. Kız kollarını açarak topu attı. 80 cm'ye yükseldi ve kısa süre sonra 180 cm uçarak kızın ayaklarının dibine düştü. Top hangi hızla atılmıştır ve top yere çarptığında hangi hıza sahiptir?

Anlık hızın Y eksenine izdüşümü için denklemin her iki tarafının karesini alalım: υy  =  υoy + ay t  (bkz. § 12-i). Eşitliği elde ederiz:

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

Sadece iki sağ terim için  2 ay  çarpanını parantezlerin dışına çıkaralım:

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

Parantez içinde yer değiştirme projeksiyonunu hesaplamak için bir formül elde ettiğimize dikkat edin:  sy = υoy t + ½ ay t². sy ile değiştirerek şunu elde ederiz:

Çözüm. Bir çizim yapalım: Y eksenini yukarı çevirin ve başlangıç ​​noktasını kızın ayaklarının dibine yerleştirin. Hız izdüşümünün karesi için elde ettiğimiz formülü önce topun yükselişinin en üst noktasına uygulayalım:

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

Ardından, yukarıdan aşağıya doğru hareketin başlangıcında:

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

Cevap: Top 4 m/s hızla yukarı doğru fırlatılmıştır ve iniş anında Y eksenine doğru 6 m/s hıza sahiptir.

Not. Anlık hız izdüşümünün karesi formülünün X ekseni için analoji yoluyla doğru olacağını anladığınızı umuyoruz:

Hareket tek boyutluysa, yani yalnızca bir eksende gerçekleşiyorsa, çerçevedeki iki formülden birini kullanabilirsiniz.

Sabit ivmeli doğrusal hareket, hız modülü zamanla artarsa ​​düzgün ivmeli, azalırsa düzgün yavaşlar olarak adlandırılır.

Hızlandırılmış harekete bir örnek, alçak bir evin balkonundan bir saksının düşmesi olabilir. Düşüşün başında potun hızı sıfırdır, ancak birkaç saniye içinde onlarca m/s'ye çıkmayı başarır. Yavaş harekete bir örnek, dikey olarak yukarı doğru atılan bir taşın, başlangıçta hızı yüksek olan ancak daha sonra yörüngenin tepesinde kademeli olarak sıfıra düşen hareketidir. Hava direncinin kuvvetini ihmal edersek, o zaman her iki durumda da ivme aynı olacak ve her zaman dikey olarak aşağı doğru yönlendirilmiş, g harfi ile gösterilen ve yaklaşık 9,8 m/s2 olan yerçekimi ivmesine eşit olacaktır.

Serbest düşüş ivmesi, g, Dünya'nın yerçekimi nedeniyle oluşur. Bu kuvvet dünyaya doğru hareket eden tüm cisimleri hızlandırır ve ondan uzaklaşanları yavaşlatır.

burada v, cismin t zamanındaki hızıdır, dolayısıyla basit dönüşümlerden sonra şunu elde ederiz: için denklem sabit ivme ile hareket ederken hız: v = v0 + at

8. Sabit ivmeli hareket denklemleri.

Sabit ivmeli doğrusal hareketteki hızın denklemini bulmak için, cismin t=0 anında v0 başlangıç ​​hızına sahip olduğunu varsayıyoruz. İvme a sabit olduğundan, aşağıdaki denklem herhangi bir t zamanı için doğrudur:

burada v, vücudun t zamanındaki hızıdır, buradan basit dönüşümlerden sonra sabit ivmeyle hareket ederken hız denklemini elde ederiz: v = v0 + at

Sabit ivmeli doğrusal hareket sırasında katedilen yol için bir denklem türetmek için önce hızın zamana karşı grafiğini çizeriz (5.1). a>0 için, bu bağımlılığın grafiği Şekil 5'te solda gösterilmiştir (mavi çizgi). §3'te belirlediğimiz gibi, t ​​zamanında yapılan yer değiştirme, t=0 ve t arasındaki hız-zaman eğrisi altındaki alan hesaplanarak belirlenebilir. Bizim durumumuzda, t=0 ve t olmak üzere iki dikey doğru ile sınırlanan eğrinin altındaki şekil, alanı S, bildiğiniz gibi, OA tabanlarının uzunluklarının toplamının yarısının çarpımına eşit olan bir yamuk OABC'dir. ve CB ve OC yüksekliği:

Şekil 5'te görüldüğü gibi, OA = v0, CB= v0 + at ve OC = t. Bu değerleri (5.2) ile değiştirerek, başlangıç ​​hızı v0'da sabit ivme a ile doğrusal hareket sırasında t zamanında tamamlanan yer değiştirme S için aşağıdaki denklemi elde ederiz:

Formül (5.3)'ün yalnızca türetildiği a>0 ivmeli hareket için değil, aynı zamanda a'nın olduğu durumlarda da geçerli olduğunu göstermek kolaydır.<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. Vücutların serbest düşüşü. Sabit serbest düşüş ivmeli hareket.

Vücutların serbest düşüşü, hava direncinin yokluğunda (boşlukta) vücutların Dünya'ya düşmesi olarak adlandırılır.

Cisimlerin Dünya'ya düştüğü ivmeye serbest düşüş ivmesi denir. Yerçekimi ivmesi vektörü sembolle gösterilir, dikey olarak aşağı doğru yönlendirilir. Dünyanın farklı noktalarında, coğrafi enlem ve deniz seviyesinden yüksekliğe bağlı olarak, g'nin sayısal değeri kutuplarda yaklaşık 9,83 m/s2'den ekvatorda 9,78 m/s2'ye kadar değişen eşitsiz çıkıyor. Moskova enleminde g = 9,81523 m/s2. Genellikle, hesaplamalarda yüksek doğruluk istenmiyorsa, g'nin Dünya yüzeyindeki sayısal değeri 9,8 m/s2 hatta 10 m/s2 olarak alınır.

Serbest düşüşün basit bir örneği, bir cismin belirli bir h yüksekliğinden başlangıç ​​hızı olmadan düşmesidir. Serbest düşüş, sabit ivmeli doğrusal bir harekettir.

İdeal serbest düşüş, yalnızca hava direnci kuvvetinin olmadığı ve kütle, yoğunluk ve şekil ne olursa olsun, tüm cisimlerin eşit hızla düştüğü, yani herhangi bir anda cisimlerin aynı anlık hızlara ve ivmelere sahip olduğu bir boşlukta mümkündür.

Düzgün ivmeli hareket için tüm formüller, cisimlerin serbest düşüşü için geçerlidir.

Herhangi bir zamanda bir cismin serbest düşme hızının değeri:

vücut hareketi:

Bu durumda, a ivmesi yerine, düzgün ivmeli hareket için formüllere serbest düşüşün ivmesi g = 9,8 m/s2 eklenir.

10. Vücutların hareketi. RİJİT BİR CİSİMİN SÖKME HAREKETİ

Katı bir cismin öteleme hareketi öyle bir harekettir ki, cisme her zaman bağlı olan herhangi bir düz çizgi kendisine paralel hareket eder. Bunun için gövdeye bağlı paralel olmayan iki çizginin kendilerine paralel hareket etmesi yeterlidir. Öteleme hareketinde, vücudun tüm noktaları aynı paralel yörüngeleri tanımlar ve herhangi bir zamanda aynı hızlara ve ivmelere sahiptir. Böylece, bir cismin öteleme hareketi, O noktalarından birinin hareketi ile belirlenir.

Genel durumda, öteleme hareketi üç boyutlu uzayda meydana gelir, ancak ana özelliği - herhangi bir parçanın kendisine paralelliğinin korunması - yürürlükte kalır.

Örneğin asansör kabini kademeli olarak hareket eder. Ayrıca ilk yaklaşımda dönme dolabın kabini ileri hareket gerçekleştirmektedir. Bununla birlikte, kesinlikle, dönme dolap kabininin hareketi ilerici olarak kabul edilemez. Eğer cisim ileri doğru hareket ediyorsa, o zaman onun hareketini tarif etmek için keyfi noktasının hareketini tarif etmek yeterlidir (örneğin, cismin kütle merkezinin hareketi).

Kapalı bir mekanik sistemi oluşturan cisimler birbirleriyle yalnızca yerçekimi ve esneklik kuvvetleri aracılığıyla etkileşime giriyorsa, bu kuvvetlerin işi cisimlerin potansiyel enerjisindeki ters işaretle alınan değişime eşittir: A \ u003d - (E p2 - E p1).

Kinetik enerji teoremine göre bu iş cisimlerin kinetik enerjilerindeki değişime eşittir.

Buradan

Veya E k 1 + E p 1 = E k 2 + E p 2 .

Kapalı bir sistemi oluşturan ve yerçekimi kuvvetleri ve elastik kuvvetler vasıtasıyla birbirleriyle etkileşen cisimlerin kinetik ve potansiyel enerjilerinin toplamı değişmeden kalır.

Bu ifade, mekanik süreçlerde enerjinin korunumu yasasını ifade eder. Newton yasalarının bir sonucudur. E = E k + E p toplamına toplam mekanik enerji denir. Mekanik enerjinin korunumu yasası, yalnızca kapalı bir sistemdeki cisimler birbirleriyle korunumlu kuvvetler, yani potansiyel enerji kavramının uygulanabileceği kuvvetler ile etkileşime girdiğinde gerçekleşir.

Kapalı bir cisimler sisteminin mekanik enerjisi, bu cisimler arasında yalnızca korunumlu kuvvetler hareket ediyorsa değişmez. Muhafazakar kuvvetler, herhangi bir kapalı yörünge boyunca işi sıfıra eşit olan kuvvetlerdir. Yerçekimi muhafazakar kuvvetlerden biridir.

Gerçek koşullarda, neredeyse her zaman hareket eden cisimler, yerçekimi kuvvetleri, elastik kuvvetler ve diğer korunumlu kuvvetler ile birlikte ortamın sürtünme kuvvetlerinden veya direnç kuvvetlerinden etkilenir.

Sürtünme kuvveti korunumlu değildir. Sürtünme kuvvetinin yaptığı iş yolun uzunluğuna bağlıdır.

Kapalı bir sistemi oluşturan cisimler arasında sürtünme kuvvetleri etki ediyorsa, mekanik enerji korunmaz. Mekanik enerjinin bir kısmı cisimlerin iç enerjisine dönüştürülür (ısıtma).

Herhangi bir fiziksel etkileşimde enerji ortaya çıkmaz ve kaybolmaz. Sadece bir formdan diğerine değişir.

Enerjinin korunumu ve dönüşümü yasasının sonuçlarından biri, enerji tüketmeden sonsuza kadar iş yapabilen bir "sürekli hareket makinesi" (perpetuum mobile) yaratmanın imkansız olduğu iddiasıdır.

Tarih, önemli sayıda "sürekli hareket" projesi tutar. Bazılarında "mucit"in hataları bariz, bazılarında ise bu hatalar cihazın karmaşık tasarımıyla maskeleniyor ve bu makinenin neden çalışmayacağını anlamak çok zor olabiliyor. Zamanımızda bir "sürekli hareket makinesi" yaratmaya yönelik sonuçsuz girişimler devam ediyor. Enerjinin korunumu ve dönüşümü yasası, enerji harcamadan çalışmayı "yasakladığından", tüm bu girişimler başarısızlığa mahkumdur.

31. Moleküler kinetik teorinin temel hükümleri ve bunların doğrulanması.

Tüm cisimler, boşluklarla ayrılmış, rastgele hareket eden ve birbirleriyle etkileşime giren moleküller, atomlar ve temel parçacıklardan oluşur.

Kinematik ve dinamikler, bir cismin hareketini tanımlamamıza ve bu harekete neden olan kuvveti belirlememize yardımcı olur. Ancak, mekanik birçok soruya cevap veremez. Örneğin, vücutlar neyden yapılmıştır? Neden birçok madde ısıtıldığında sıvı hale gelir ve sonra buharlaşır? Ve genel olarak sıcaklık ve ısı nedir?

Antik Yunan filozofu Demokritos, 25 asır önce bu tür soruları cevaplamaya çalıştı. Herhangi bir deney yapmadan, cisimlerin bize sadece katı göründüğü, aslında boşlukla ayrılmış en küçük parçacıklardan oluştuğu sonucuna vardı. Bu parçacıkları parçalamanın imkansız olduğunu düşünen Demokritos, onlara Yunanca'da bölünmez anlamına gelen atomlar adını verdi. Ayrıca atomların farklı olabileceğini ve sürekli hareket halinde olduklarını öne sürdü, ancak bunu görmüyoruz çünkü. onlar çok küçük.

Moleküler kinetik teorinin gelişimine büyük katkı M.V. Lomonosov. Lomonosov, ısının bir cisimdeki atomların hareketini yansıttığını öne süren ilk kişiydi. Ayrıca, molekülleri sırasıyla aynı ve farklı atomlardan oluşan basit ve karmaşık maddeler kavramını tanıttı.

Moleküler fizik veya moleküler kinetik teori, maddenin yapısı hakkındaki belirli fikirlere dayanmaktadır.

Böylece, maddenin yapısının atomistik teorisine göre, bir maddenin tüm kimyasal özelliklerini koruyan en küçük parçacığı bir moleküldür. Binlerce atomdan oluşan büyük moleküllerin bile boyutları ışık mikroskobuyla görülemeyecek kadar küçüktür. Çok sayıda deney ve teorik hesaplama, atomların boyutunun yaklaşık 10-10 m olduğunu göstermektedir Bir molekülün boyutu, kaç atomdan oluştuğuna ve bunların birbirine göre nasıl yerleştirildiğine bağlıdır.

Moleküler kinetik teori, atomların ve moleküllerin kimyasal maddelerin en küçük parçacıkları olarak var olduğu fikrine dayanan maddenin yapısı ve özelliklerinin incelenmesidir.

Moleküler kinetik teori üç ana hükme dayanmaktadır:

1. Tüm maddeler - sıvı, katı ve gaz - en küçük parçacıklardan - kendileri de atomlardan ("temel moleküller") oluşan moleküllerden oluşur. Kimyasal bir maddenin molekülleri basit veya karmaşık olabilir, yani. bir veya daha fazla atomdan oluşur. Moleküller ve atomlar elektriksel olarak nötr parçacıklardır. Belirli koşullar altında, moleküller ve atomlar ek bir elektrik yükü kazanabilir ve pozitif veya negatif iyonlara dönüşebilir.

2. Atomlar ve moleküller sürekli kaotik hareket halindedir.

3. Parçacıklar, doğada elektriksel olan kuvvetlerle birbirleriyle etkileşime girer. Parçacıklar arasındaki yerçekimi etkileşimi ihmal edilebilir düzeydedir.

Moleküler kinetik teorisinin atomların ve moleküllerin rastgele hareketi hakkındaki fikirlerinin en çarpıcı deneysel doğrulaması, Brownian hareketidir. Bu, bir sıvı veya gaz içinde asılı duran en küçük mikroskobik parçacıkların termal hareketidir. 1827'de İngiliz botanikçi R. Brown tarafından keşfedildi. Brownian parçacıkları, moleküllerin rastgele çarpışmalarının etkisi altında hareket eder. Moleküllerin kaotik termal hareketi nedeniyle, bu etkiler asla birbirini dengelemez. Sonuç olarak, bir Brown parçacığının hızı büyüklük ve yön bakımından rastgele değişir ve yörüngesi karmaşık bir zikzak eğrisidir.

Bir maddenin moleküllerinin sürekli kaotik hareketi, kolayca gözlemlenebilen başka bir fenomen olan difüzyonda da kendini gösterir. Difüzyon, iki veya daha fazla bitişik maddenin birbirine nüfuz etmesi olgusudur. İşlem bir gazda en hızlı şekilde ilerler.

Moleküllerin rasgele rasgele hareketine termal hareket denir. Termal hareketin kinetik enerjisi artan sıcaklıkla artar.

Bir mol, 0,012 kg karbon 12C'deki atom sayısı kadar parçacık (molekül) içeren bir madde miktarıdır. Bir karbon molekülü bir atomdan oluşur.

32. Moleküllerin kütlesi, moleküllerin bağıl moleküler kütlesi. 33. Moleküllerin molar kütlesi. 34. Madde miktarı. 35. Avogadro sabiti.

Moleküler kinetik teoride, bir maddenin miktarının tanecik sayısıyla orantılı olduğu kabul edilir. Bir maddenin miktar birimine mol (mol) denir.

Bir mol, 0,012 kg (12 g) karbon 12C'deki atom sayısı kadar parçacık (molekül) içeren bir madde miktarıdır. Bir karbon molekülü bir atomdan oluşur.

Bir maddenin bir molü, Avogadro sabitine eşit sayıda molekül veya atom içerir.

Böylece, herhangi bir maddenin bir molü aynı sayıda parçacık (molekül) içerir. Bu sayıya Avogadro sabiti N A: N A \u003d 6.02 10 23 mol -1 denir.

Avogadro sabiti, moleküler kinetik teorisindeki en önemli sabitlerden biridir.

ν maddesinin miktarı, maddenin partiküllerinin (moleküllerinin) N sayısının Avogadro sabiti N A'ya oranı olarak tanımlanır:

Molar kütle, M, belirli bir madde örneğinin kütlesinin m'nin, içinde bulunan maddenin n miktarına oranıdır:

bir mol miktarında alınan maddenin kütlesine sayısal olarak eşittir. SI sistemindeki molar kütle kg/mol olarak ifade edilir.

Bu nedenle, bir maddenin bağıl moleküler veya atomik kütlesi, molekülünün ve atomunun kütlesinin, bir karbon atomunun kütlesinin 1/12'sine oranıdır.

36. Brown hareketi.

Birçok doğal fenomen, mikropartiküllerin, moleküllerin ve madde atomlarının kaotik hareketine tanıklık eder. Maddenin sıcaklığı ne kadar yüksek olursa, bu hareket o kadar yoğun olur. Bu nedenle, vücudun ısısı, onu oluşturan moleküllerin ve atomların rastgele hareketinin bir yansımasıdır.

Bir maddenin tüm atomlarının ve moleküllerinin sürekli ve rastgele hareket halinde olduğunun kanıtı difüzyon olabilir - bir maddenin parçacıklarının diğerine nüfuz etmesi.

Böylece, hava hareketi olmasa bile koku hızla odaya yayılır. Bir damla mürekkep hızla tüm su bardağını eşit şekilde siyaha çevirir.

Sıkıca birbirine bastırılırsa ve uzun süre bırakılırsa katılarda da difüzyon tespit edilebilir. Difüzyon fenomeni, bir maddenin mikropartiküllerinin kendiliğinden her yöne hareket edebildiğini gösterir. Bir maddenin mikropartiküllerinin, moleküllerinin ve atomlarının bu tür hareketlerine termal hareketleri denir.

BROWN HAREKETİ - çevresel moleküllerin etkilerinin etkisi altında meydana gelen, bir sıvı veya gazda asılı duran en küçük parçacıkların rastgele hareketi; 1827'de R. Brown tarafından keşfedildi

Gözlemler, Brownian hareketinin asla durmadığını gösteriyor. Bir damla suda (eğer kurumasına izin vermezseniz) tanelerin hareketi günlerce, aylarca, yıllarca gözlemlenebilir. Yaz kış, gece gündüz durmaz.

Brownian hareketinin nedeni, katının taneciklerinin bulunduğu sıvının moleküllerinin sürekli, hiç bitmeyen hareketidir. Tabii ki, bu taneler moleküllerin kendisinden kat kat daha büyüktür ve tanelerin hareketini mikroskop altında gördüğümüzde, moleküllerin hareketini gördüğümüzü düşünmemeliyiz. Moleküller sıradan bir mikroskopla görülemezler, ancak onların varlıklarını ve hareketlerini, katı bir cismin taneciklerini iterek ve hareket ettirerek oluşturdukları darbelerle yargılayabiliriz.

Brown hareketinin keşfi, maddenin yapısının incelenmesi için büyük önem taşıyordu. Vücutların gerçekten ayrı parçacıklardan - moleküllerden oluştuğunu ve moleküllerin sürekli rastgele hareket halinde olduğunu gösterdi.

Brownian hareketinin bir açıklaması, ancak 19. yüzyılın son çeyreğinde, birçok bilim adamının bir Brownian parçacığının hareketinin, ortamın (sıvı veya gaz) termal moleküllerin rastgele etkilerinden kaynaklandığının açık hale gelmesiyle verildi. hareket. Ortalama olarak, ortamın molekülleri Brown parçacığına her yönden eşit kuvvetle etki eder, ancak bu etkiler hiçbir zaman birbirini tam olarak dengelemez ve sonuç olarak Brown parçacığının hızı büyüklük ve yön olarak rastgele değişir. Bu nedenle, bir Brown parçacığı zikzak bir yol boyunca hareket eder. Bu durumda, bir Brown parçacığının boyutu ve kütlesi ne kadar küçükse, hareketi o kadar belirgin hale gelir.

Böylece, Brown hareketinin analizi, maddenin yapısının modern moleküler kinetik teorisinin temellerini attı.

37. Moleküllerin etkileşim kuvvetleri. 38. Gaz halindeki maddelerin yapısı. 39. Sıvı maddelerin yapısı. 40. Katıların yapısı.

Moleküller arasındaki mesafe ve aralarında etki eden kuvvetler gaz, sıvı ve katı cisimlerin özelliklerini belirler.

Sıvının bir kaptan diğerine dökülebileceğine ve gazın kendisine sağlanan tüm hacmi hızla doldurmasına alışkınız. Su sadece nehir yatağı boyunca akabilir ve üzerindeki hava sınır tanımaz.

Moleküller arası çekici kuvvetler, moleküllerin birbirinden uzaklaştıkça büyüklükleri çok hızlı azalan tüm moleküller arasında hareket eder ve bu nedenle, moleküllerin birkaç çapına eşit bir mesafede hiç etkileşime girmezler.

Böylece, neredeyse birbirine yakın yerleştirilmiş bir sıvının molekülleri arasında, çekici kuvvetler etki ederek bu moleküllerin farklı yönlerde dağılmasını önler. Aksine, gaz molekülleri arasındaki önemsiz çekim kuvvetleri onları bir arada tutamaz ve bu nedenle gazlar genişleyerek kendilerine sağlanan tüm hacmi doldurabilir. Moleküller arası çekim kuvvetlerinin varlığı, iki kurşun çubuğu birbirine bastırmak için basit bir deney düzenleyerek doğrulanabilir. Temas yüzeyleri yeterince pürüzsüzse, çubuklar birbirine yapışacak ve onları ayırmak zor olacaktır.

Bununla birlikte, moleküller arası çekim kuvvetleri tek başına gaz, sıvı ve katı maddelerin özellikleri arasındaki tüm farklılıkları açıklayamaz. Örneğin, bir sıvının veya bir katının hacmini küçültmek neden çok zorken, bir balonu sıkıştırmak nispeten kolaydır? Bu, moleküller arasında sadece çekici kuvvetlerin değil, aynı zamanda komşu moleküllerin atomlarının elektron kabukları üst üste binmeye başladığında hareket eden moleküller arası itici kuvvetlerin de olmasıyla açıklanır. Bir molekülün zaten başka bir molekül tarafından işgal edilmiş bir hacme nüfuz etmesini engelleyen bu itici kuvvetlerdir.

Sıvı veya katı bir cisme dış kuvvetler etki etmediğinde, molekülleri arasındaki mesafe, bileşke çekim ve itme kuvvetlerinin sıfıra eşit olacağı şekildedir. Vücudun hacmini azaltmaya çalışırsanız, moleküller arasındaki mesafe azalır ve sıkıştırılmış gövdenin yanından, artan itme kuvvetlerinin bileşkesi hareket etmeye başlar. Tersine, bir cisim gerildiğinde ortaya çıkan elastik kuvvetler, çekim kuvvetlerinde nispi bir artışla ilişkilidir, çünkü Moleküller birbirinden uzaklaştıkça itici kuvvetler çekici kuvvetlerden çok daha hızlı azalır.

Gaz molekülleri, boyutlarından onlarca kat daha büyük mesafelerde bulunur, bunun sonucunda bu moleküller birbirleriyle etkileşime girmez ve bu nedenle gazları sıkıştırmak, sıvılara ve katılara göre çok daha kolaydır. Gazların belirli bir yapıları yoktur ve hareket eden ve çarpışan moleküller topluluğudur.

Bir sıvı, neredeyse birbirine çok yakın olan moleküllerin bir koleksiyonudur. Termal hareket, bir sıvı molekülün zaman zaman komşularını değiştirmesine, bir yerden diğerine atlamasına izin verir. Bu, sıvıların akışkanlığını açıklar.

Katıların atomları ve molekülleri, komşularını değiştirme yeteneğine sahip değildir ve termal hareketleri, komşu atomların veya moleküllerin konumuna göre yalnızca küçük dalgalanmalardır. Atomlar arasındaki etkileşim, bir katının bir kristal haline gelmesine ve içindeki atomların kristal kafesin düğümlerinde konumlarını işgal etmesine yol açabilir. Katıların molekülleri komşularına göre hareket etmediğinden, bu cisimler şekillerini korurlar.

41. Moleküler kinetik teoride ideal gaz.

İdeal bir gaz, moleküller arasındaki etkileşimin ihmal edildiği bir seyreltilmiş gaz modelidir. Moleküller arasındaki etkileşim kuvvetleri oldukça karmaşıktır. Çok küçük mesafelerde, moleküller birbirine yakın uçtuğunda, aralarında büyük itici kuvvetler hareket eder. Moleküller arasındaki büyük veya orta mesafelerde, nispeten zayıf çekim kuvvetleri etki eder. Moleküller arasındaki mesafeler, yeterince seyreltilmiş bir gazda gözlemlenen ortalama olarak büyükse, etkileşim, yakına uçtuklarında moleküllerin nispeten nadir çarpışmaları şeklinde kendini gösterir. İdeal bir gazda, moleküllerin etkileşimi genellikle ihmal edilir.

42. Moleküler kinetik teoride gaz basıncı.

İdeal bir gaz, moleküller arasındaki etkileşimin ihmal edildiği bir seyreltilmiş gaz modelidir.

İdeal bir gazın basıncı, moleküllerin derişimlerinin ve ortalama kinetik enerjilerinin çarpımı ile orantılıdır.

Her yanımız gaz. Dünyanın herhangi bir yerinde, su altında bile, alt katmanları üst katmanların yerçekimi etkisi altında sıkıştırılan atmosferin bir bölümünü taşıyoruz. Bu nedenle, atmosferik basıncı ölçerek, üstümüzde neler olup bittiğine karar verebilir ve hava durumunu tahmin edebiliriz.

43. İdeal bir gazın moleküllerinin hızının karesinin ortalama değeri.

44. Gazın moleküler kinetik teorisinin temel denkleminin türetilmesi. 45. Gaz moleküllerinin basıncı ve ortalama kinetik enerjisi ile ilgili bir formülün türetilmesi.

Yüzeyin belirli bir bölümü üzerindeki basınç p, bu yüzeye dik etki eden F kuvvetinin, verilen bölümün S alanına oranıdır.

Basınç için SI birimi Pascal'dır (Pa). 1 Pa \u003d 1 N / m2.

Kütlesi m0 olan bir molekülün geri sıçradığı yüzeye etki ettiği F kuvvetini bulalım. Molekülün hızının bileşeni olan Dt süresi boyunca yüzeyden yansıdığında bu yüzeye dik olan vy tersi yönde (-vy) değişir. Bu nedenle, yüzeyden yansıtıldığında, molekül momentum kazanır, 2m0vy ve dolayısıyla, Newton'un üçüncü yasasına göre, 2m0vy =FDt, buradan:

Formül (22.2), Dt aralığı sırasında bir gaz molekülünün damar duvarına baskı yaptığı kuvveti hesaplamayı mümkün kılar. Gaz basıncının ortalama kuvvetini, örneğin bir saniyede belirlemek için, bir S yüzey alanından saniyede kaç molekülün yansıdığını bulmak ve buna doğru hareket eden moleküllerin ortalama hızını vy bilmek gerekir. yüzey.

Gazın birim hacmi başına n molekül olsun. Tüm gaz moleküllerinin aynı v hızında hareket ettiğini varsayarak görevimizi basitleştirelim. Bu durumda, tüm moleküllerin 1/3'ü Öküz ekseni boyunca hareket eder ve aynı sayı Oy ve Oz eksenleri boyunca hareket eder (bkz. Şekil 22c). Oy ekseni boyunca hareket eden moleküllerin yarısının C duvarına doğru, geri kalanının ise ters yönde hareket etmesine izin verin. O zaman, açıkça, C duvarına doğru koşan birim hacim başına molekül sayısı n/6 olacaktır.

Şimdi S yüzey alanına (Şekil 22c'de gölgeli) bir saniyede çarpan moleküllerin sayısını bulalım. Açıkçası, 1 saniye içinde, ona doğru hareket eden ve v'den daha büyük olmayan bir mesafede bulunan moleküllerin duvara ulaşmak için zamanları olacaktır. Bu nedenle, Şekil 1'de vurgulanan dikdörtgen paralelyüzdeki tüm moleküllerin 1 / 6'sı yüzeyin bu alanına çarpacaktır. Uzunluğu v'ye ve uç yüzlerin alanı S'ye eşit olan 22c. Bu paralelyüzün hacmi Sv olduğundan, 1 s'de duvar yüzey alanına çarpan moleküllerin toplam sayısı N eşit olacaktır. ile:

(22.2) ve (22.3)'ü kullanarak, 1 s'de gaz moleküllerine S alanlı duvar yüzeyinin bir bölümünü veren dürtüyü hesaplamak mümkündür. Bu dürtü, sayısal olarak gaz basınç kuvveti F'ye eşit olacaktır:

buradan, (22.1)'i kullanarak, gaz basıncı ve moleküllerinin öteleme hareketinin ortalama kinetik enerjisi ile ilgili aşağıdaki ifadeyi elde ederiz:

Е СР, ideal gaz moleküllerinin ortalama kinetik enerjisidir. Formül (22.4), gazların moleküler kinetik teorisinin temel denklemi olarak adlandırılır.

46. ​​​​Termal denge. 47. Sıcaklık. Sıcaklık değişimi. 48. Sıcaklığı ölçmek için aletler.

Vücutlar arasındaki termal denge ancak sıcaklıkları aynı olduğunda mümkündür.

Elimizle herhangi bir cisme dokunarak onun sıcak mı soğuk mu olduğunu kolaylıkla anlayabiliriz. Eğer cismin sıcaklığı elin sıcaklığından düşükse cisim soğuk, tersi ise sıcak görünür. Yumruğunuza soğuk bir madeni para sıkarsanız, elin sıcaklığı madeni parayı ısıtmaya başlar ve bir süre sonra sıcaklığı elin sıcaklığına eşit olur veya dedikleri gibi termal denge gelir. Bu nedenle sıcaklık, aynı sıcaklığa sahip iki veya daha fazla cisimden oluşan bir sistemin termal denge durumunu karakterize eder.

Bir gazın hacmi ve basıncı ile birlikte sıcaklık makroskobik parametrelerdir. Termometreler sıcaklığı ölçmek için kullanılır. Bazılarında, ısıtma sırasında bir sıvının hacmindeki bir değişiklik kaydedilir, bazılarında ise elektrik direncindeki bir değişiklik vb. En yaygın olanı, adını İsveçli fizikçi A. Celsius'tan alan Celsius sıcaklık ölçeğidir. Bir sıvı termometre için Santigrat sıcaklık ölçeğini elde etmek için önce eriyen buza daldırılır ve kolonun ucunun konumu not edilir ve ardından kaynayan suya. Kolonun bu iki konumu arasındaki bölüm, buzun erime sıcaklığının sıfır santigrat dereceye (o C) ve kaynayan suyun sıcaklığının 100 o C olduğu varsayılarak 100 eşit parçaya bölünür.

49. Termal dengede gaz moleküllerinin ortalama kinetik enerjisi.

Moleküler kinetik teorinin (22.4) temel denklemi, gaz basıncını, moleküllerin konsantrasyonunu ve ortalama kinetik enerjilerini birbirine bağlar. Bununla birlikte, moleküllerin ortalama kinetik enerjisi, kural olarak bilinmemekle birlikte, birçok deneyin sonuçları, artan sıcaklıkla moleküllerin hızının arttığını gösterse de (örneğin, §20'deki Brownian hareketine bakın). Gaz moleküllerinin ortalama kinetik enerjisinin sıcaklığına bağımlılığı, Fransız fizikçi J. Charles tarafından 1787'de keşfedilen yasadan elde edilebilir.

50. Termal denge halindeki gazlar (deneyimi tanımlayın).

51. Mutlak sıcaklık. 52. Mutlak sıcaklık ölçeği. 53. Sıcaklık, moleküllerin ortalama kinetik enerjisinin bir ölçüsüdür.

Gaz moleküllerinin ortalama kinetik enerjisinin sıcaklığına bağımlılığı, Fransız fizikçi J. Charles tarafından 1787'de keşfedilen yasadan elde edilebilir.

Charles yasasına göre, belirli bir gaz kütlesinin hacmi değişmiyorsa, basıncı pt doğrusal olarak sıcaklığa t bağlıdır:

burada t, o C cinsinden ölçülen gaz sıcaklığıdır ve p 0, 0 o C sıcaklıktaki gaz basıncıdır (bkz. Şekil 23b). Böylece, Charles yasasından, sabit bir hacmi kaplayan bir gazın basıncının toplamla orantılı olduğu (t + 273 o C) sonucu çıkar. Öte yandan, (22.4)'ten, eğer moleküllerin konsantrasyonu sabitse, yani; gazın kapladığı hacim değişmezse, gazın basıncı moleküllerin ortalama kinetik enerjileri ile orantılı olmalıdır. Bu, gaz moleküllerinin ortalama kinetik enerjisinin, E SR'nin, değerle (t + 273 o C) basitçe orantılı olduğu anlamına gelir:

burada b, değeri daha sonra belirleyeceğimiz sabit bir katsayıdır. (23.2)'den, moleküllerin ortalama kinetik enerjisinin -273 ° C'de sıfıra eşit olacağı sonucu çıkar. Buna dayanarak, 1848'de İngiliz bilim adamı W. Kelvin, sıfır sıcaklığın karşılık geleceği mutlak bir sıcaklık ölçeği kullanmayı önerdi. -273 ° C'ye ve her bir sıcaklık derecesi bir Santigrat dereceye eşit olacaktır. Mutlak sıcaklık T, Celsius cinsinden ölçülen sıcaklık t ile şu şekilde ilişkilidir:

Mutlak sıcaklığın SI birimi Kelvin'dir (K).

Verilen (23.3), denklem (23.2) şuna dönüştürülür:

hangisini (22.4)'e koyarsak, aşağıdakini elde ederiz:

(23.5)'teki kesirden kurtulmak için 2b/3'ü k ile değiştiririz ve (23.4) ve (23.5) yerine çok önemli iki denklem elde ederiz:

burada k, L. Boltzmann'ın adını taşıyan Boltzmann sabitidir. Deneyler, k=1.38.10 -23 J/K olduğunu göstermiştir. Bu nedenle, bir gazın basıncı ve moleküllerinin ortalama kinetik enerjisi, mutlak sıcaklığı ile orantılıdır.

54. Gaz basıncının moleküllerinin konsantrasyonuna ve sıcaklığa bağlılığı.

Çoğu durumda, bir gaz bir durumdan diğerine geçtiğinde, tüm parametreleri değişir - sıcaklık, hacim ve basınç. Bu, gazın içten yanmalı bir motorun silindirindeki pistonun altında sıkıştırılmasıyla gerçekleşir, bunun sonucunda gazın sıcaklığı ve basıncı artar ve hacmi azalır. Bununla birlikte, bazı durumlarda, gaz parametrelerinden birindeki değişiklikler nispeten küçüktür veya hiç yoktur. Üç parametreden birinin - sıcaklık, basınç veya hacim - değişmeden kaldığı bu tür süreçlere izoprosesler ve bunları tanımlayan yasalara gaz yasaları denir.

55. Gaz moleküllerinin hızının ölçülmesi. 56. Stern'ün deneyimi.

Öncelikle moleküllerin hızından ne kastedildiğini açıklayalım. Sık çarpışmalar nedeniyle, her bir molekülün hızının her zaman değiştiğini hatırlayın: molekül ya hızlı ya da yavaş hareket eder ve bir süre (örneğin, bir saniye) molekülün hızı birçok farklı değer alır. Öte yandan, söz konusu gaz hacmini oluşturan çok sayıda molekülün her an içinde çok farklı hızlara sahip moleküller bulunur. Açıkçası, gazın durumunu karakterize etmek için belirli bir ortalama hızdan bahsetmek gerekir. Bunun, yeterince uzun bir süre boyunca moleküllerden birinin ortalama hızı olduğunu veya belirli bir hacimdeki tüm gaz moleküllerinin zamanın herhangi bir noktasındaki ortalama hızı olduğunu varsayabiliriz.

Moleküllerin hareket hızını belirlemenin çeşitli yolları vardır. En basitlerinden biri, 1920'de Stern'in deneyinde gerçekleştirilen yöntemdir.

Pirinç. 390. A camının altındaki boşluk hidrojenle dolduğunda; daha sonra huninin ucundan, gözenekli bir kap B ile kapatılır, kabarcıklar çıkar

Bunu anlamak için aşağıdaki benzetmeyi düşünün. Hareket halindeki bir hedefe ateş ederken, onu vurmak için hedefin önündeki bir noktaya nişan almalısınız. Hedefe nişan alırsanız, mermiler hedefin arkasına isabet eder. Etki yerinin hedeften bu sapması, hedef ne kadar hızlı hareket ederse ve mermilerin hızı o kadar düşük olur.

Otto Stern'in (1888–1969) deneyi, gaz moleküllerinin hız dağılımının deneysel olarak doğrulanmasına ve görselleştirilmesine ayrılmıştı. Bu, deneysel düzenek üzerinde kelimenin tam anlamıyla bu dağılımın bir grafiğini “çizmeyi” mümkün kılan bir başka güzel deneyim. Stern'in kurulumu, eksenleri çakışan iki dönen içi boş silindirden oluşuyordu (sağdaki şekle bakın; büyük silindir tam olarak çizilmemiştir). İç silindirde, bir akımın geçtiği, ısınmasına, kısmi erimesine ve ardından gümüş atomlarının yüzeyinden buharlaşmasına neden olan bir gümüş iplik 1, ekseni boyunca düz bir şekilde gerildi. Sonuç olarak, başlangıçta bir vakuma sahip olan iç silindir, yavaş yavaş düşük konsantrasyonlu gaz halindeki gümüşle dolduruldu. İç silindirde şekilde görüldüğü gibi ince bir yarık 2 yapılmış, böylece silindire ulaşan gümüş atomlarının çoğu üzerine yerleşmiştir. Atomların küçük bir kısmı boşluktan geçti ve içinde vakumun korunduğu dış silindire düştü. Burada bu atomlar artık diğer atomlarla çarpışmazlar ve bu nedenle radyal yönde sabit bir hızla hareket ederek bu hızla ters orantılı bir süre sonra dış silindire ulaşırlar:

burada iç ve dış silindirlerin yarıçapları ve parçacık hızının radyal bileşenidir. Sonuç olarak, zamanla, dış silindir 3 üzerinde bir gümüş püskürtme tabakası belirdi. Hareketsiz silindirlerde bu katman, iç silindirdeki yarığın tam karşısına yerleştirilmiş bir şerit şeklindeydi. Ancak silindirler aynı açısal hızla dönüyorsa, o zaman molekül dış silindire ulaştığında, silindir zaten bir mesafe kaymıştır.

yarığın tam karşısındaki noktayla (yani, sabit silindirlerde parçacıkların yerleştiği nokta) karşılaştırılır.

57. İdeal bir gazın hal denkleminin türetilmesi (Mendeleev-Claiperon denklemi)

Gazlar genellikle kimyasal reaksiyonlarda reaktanlar ve ürünlerdir. Normal şartlarda birbirleriyle reaksiyona girmelerini sağlamak her zaman mümkün değildir. Bu nedenle, normalin dışındaki koşullar altında gazların mol sayısını nasıl belirleyeceğinizi öğrenmeniz gerekir.

Bunu yapmak için ideal gaz durum denklemini kullanın (buna Clapeyron-Mendeleev denklemi de denir): PV = nRT

burada n, gazın mol sayısıdır;

P, gaz basıncıdır (örneğin, atm cinsinden;

V, gazın hacmidir (litre olarak);

T, gaz sıcaklığıdır (kelvin olarak);

R, gaz sabitidir (0,0821 L atm/mol K).

Denklemin türetilmesini buldum ama çok karmaşık. Hala aramamız gerekiyor.

58. İzotermal süreç.

İzotermal bir süreç, sıcaklığının sabit kaldığı bir gazın durumundaki bir değişikliktir. Böyle bir sürece bir örnek, araba lastiklerinin hava ile şişirilmesidir. Bununla birlikte, havanın pompaya girmeden önceki durumu ile lastik ve çevredeki havanın sıcaklığı eşitlendikten sonra lastikteki durumu karşılaştırırsak, böyle bir işlem izotermal olarak kabul edilebilir. Sabit bir sıcaklığa sahip büyük bir gaz, sıvı veya katı kütlesi ile çevrili küçük bir gaz hacmi ile meydana gelen herhangi bir yavaş süreç izotermal olarak kabul edilebilir.

İzotermal bir işlemde, belirli bir gaz kütlesinin basıncı ile hacminin çarpımı sabit bir değerdir. Boyle-Mariotte yasası olarak adlandırılan bu yasa, İngiliz bilim adamı R. Boyle ve Fransız fizikçi E. Mariotte tarafından bulunmuş ve şu şekilde yazılmıştır:

Örnekler bulun!

59. İzobarik süreç.

Bir izobarik süreç, sabit basınçta meydana gelen bir gazın durumundaki bir değişikliktir.

İzobarik bir işlemde, belirli bir gaz kütlesinin hacminin sıcaklığına oranı sabittir. Fransız bilim adamı J. Gay-Lussac'ın onuruna Gay-Lussac yasası olarak adlandırılan bu sonuç şu şekilde yazılabilir:

İzobarik sürece bir örnek, fırına yerleştirildiğinde hamurun içerdiği küçük hava ve karbondioksit kabarcıklarının genişlemesidir. Fırının içindeki ve dışındaki hava basıncı aynıdır ve içerideki sıcaklık dışarıdakinden yaklaşık %50 daha yüksektir. Gay-Lussac yasasına göre hamurdaki gaz kabarcıklarının hacmi de %50 oranında büyüyerek pastanın havadar olmasını sağlar.

60. İzokorik süreç.

Bir gazın hacminin değişmeden halinin değiştiği sürece izokorik denir. Mendeleev-Clapeyron denkleminden, sabit bir hacim kaplayan bir gaz için, basıncının sıcaklığa oranının da sabit olması gerektiği sonucu çıkar:

Örnekler bulun!

61. Buharlaşma ve yoğunlaşma.

Buhar, sıvıyı terk etmeye yetecek kinetik enerjiye sahip moleküllerden oluşan bir gazdır.

Su ve buharının birbirine geçebileceği gerçeğine alışkınız. Kaldırımdaki su birikintileri yağmurdan sonra kurur ve sabahları havadaki su buharı genellikle küçük sis damlacıklarına dönüşür. Tüm sıvılar buhara dönüşme - gaz haline geçme yeteneğine sahiptir. Sıvıyı buhara dönüştürme işlemine buharlaşma denir. Bir sıvının buharından oluşmasına yoğuşma denir.

Moleküler kinetik teori, buharlaşma sürecini aşağıdaki gibi açıklar. Bir sıvının molekülleri arasında, birbirlerinden uzaklaşmalarına izin vermeyen çekici bir kuvvetin hareket ettiği ve sıvı moleküllerinin ortalama kinetik enerjisinin kohezyonun üstesinden gelmek için yeterli olmadığı bilinmektedir (bkz. § 21). arasındaki kuvvetler. Bununla birlikte, zamanın herhangi bir anında, bir sıvının farklı moleküllerinin farklı kinetik enerjileri vardır ve bazı moleküllerin enerjisi, ortalama değerinden birkaç kat daha yüksek olabilir. Bu yüksek enerjili moleküller çok daha yüksek bir hareket hızına sahiptir ve bu nedenle komşu moleküllerin çekici kuvvetlerinin üstesinden gelebilir ve sıvıdan uçarak yüzeyinin üzerinde buhar oluşturabilir (bkz. Şekil 26a).

Sıvıyı terk eden buharı oluşturan moleküller, termal hareket sırasında gaz moleküllerinin yaptığı gibi birbirleriyle çarpışarak rastgele hareket eder. Bu durumda, bazı buhar moleküllerinin kaotik hareketi onları sıvının yüzeyinden o kadar uzağa götürebilir ki asla oraya geri dönmezler. Buna elbette ve rüzgarın da katkısı var. Aksine, diğer moleküllerin rastgele hareketi onları sıvıya geri getirebilir, bu da buhar yoğunlaşma sürecini açıklar.

Yalnızca ortalamanın çok üzerinde kinetik enerjiye sahip moleküller sıvıdan uçabilir, bu da buharlaşma sırasında kalan sıvı moleküllerin ortalama enerjisinin azaldığı anlamına gelir. Ve bir gazınki gibi (bkz. 23.6) bir sıvının moleküllerinin ortalama kinetik enerjisi sıcaklıkla orantılı olduğundan, buharlaşma sırasında sıvının sıcaklığı düşer. Bu nedenle, hemen buharlaşmaya ve soğumaya başlayan ince bir sıvı tabakasıyla kaplı sudan çıkar çıkmaz soğuruz.

62. Doymuş buhar. Doymuş buhar basıncı.

Belirli bir hacimde sıvı bulunan bir kap bir kapakla kapatılırsa ne olur (Şekil 26b)? Her saniye en hızlı moleküller sıvının yüzeyini terk edecek, kütlesi azalacak ve buhar moleküllerinin konsantrasyonu artacaktır. Aynı zamanda, buhar moleküllerinin bir kısmı buhardan sıvıya geri dönecek ve buhar konsantrasyonu ne kadar yüksek olursa, bu yoğunlaşma süreci o kadar yoğun olacaktır. Son olarak, sıvı üzerindeki buhar konsantrasyonu o kadar yüksek olacaktır ki, birim zamanda sıvıya dönen molekül sayısı sıvıdan ayrılan molekül sayısına eşit olacaktır. Bu duruma dinamik denge denir ve karşılık gelen buhara doymuş buhar denir. Sıvı üzerindeki buhar moleküllerinin konsantrasyonu, doymuş buhardaki konsantrasyonlarından daha büyük olamaz. Buhar moleküllerinin konsantrasyonu doymuş olandan daha azsa, böyle bir buhara doymamış denir.

Hareket eden buhar molekülleri, bir gazda olduğu gibi değeri, bu moleküllerin konsantrasyonunun ve sıcaklığın çarpımı ile orantılı olan basınç oluşturur. Bu nedenle, belirli bir sıcaklıkta, buhar konsantrasyonu ne kadar yüksek olursa, uyguladığı basınç da o kadar büyük olur. Doymuş buhar basıncı sıvının cinsine ve sıcaklığa bağlıdır. Bir sıvının moleküllerini parçalamak ne kadar zorsa, doymuş buharının basıncı o kadar düşük olacaktır. Böylece, 20 ° C sıcaklıkta doymuş su buharının basıncı yaklaşık 2 kPa'dır ve 20 ° C'de doymuş cıva buharının basıncı sadece 0,2 Pa'dır.

İnsan, hayvan ve bitkilerin yaşamı, yer ve mevsime bağlı olarak büyük ölçüde değişen atmosferdeki su buharı (nem) konsantrasyonuna bağlıdır. Kural olarak, etrafımızdaki su buharı doymamıştır. Bağıl nem, aynı sıcaklıktaki su buharı basıncının doymuş buhar basıncına oranıdır ve yüzde olarak ifade edilir. Hava nemini ölçmek için kullanılan cihazlardan biri, biri nemli bir beze sarılmış iki özdeş termometreden oluşan bir psikrometredir.

63. Doymuş buhar basıncının sıcaklığa bağımlılığı.

Buhar, buharlaştırılmış sıvı moleküllerinden oluşan bir gazdır ve bu nedenle, buhar basıncı, p, içindeki moleküllerin konsantrasyonu, n ve mutlak sıcaklık, T ile ilgili denklem (23.7) onun için geçerlidir:

(27.1)'den, izokorik süreçlerdeki ideal gazlarda olduğu gibi, doymuş buhar basıncının artan sıcaklıkla doğrusal olarak artması gerektiği sonucu çıkar (bkz. §25). Ancak ölçümler, doymuş buhar basıncının sıcaklıkla ideal bir gazın basıncından çok daha hızlı arttığını göstermiştir (bkz. Şekil 27a). Bunun nedeni, artan sıcaklıkla ve dolayısıyla ortalama kinetik enerjiyle, giderek daha fazla sıvı molekülünün onu terk etmesi ve üzerindeki buharın n konsantrasyonunu artırmasıdır. Dan beri (27.1)'e göre, basınç n ile orantılıdır, bu durumda buhar konsantrasyonundaki bu artış, doymuş buhar basıncının ideal bir gaza kıyasla sıcaklıkla daha hızlı artmasını açıklar. Sıcaklıkla doymuş buhar basıncındaki artış, iyi bilinen gerçeği açıklar - ısıtıldığında sıvılar daha hızlı buharlaşır. Sıcaklıktaki artış sıvının tamamen buharlaşmasına yol açar açmaz, buharın doymamış hale geleceğini unutmayın.

Baloncukların her birindeki sıvı ısıtıldığında buharlaşma süreci hızlanır ve doymuş buhar basıncı artar. Baloncuklar genişler ve Arşimet'in kaldırma kuvvetinin etkisi altında alttan ayrılır, yüzer ve yüzeyde patlar. Bu durumda baloncukları dolduran buhar atmosfere taşınır.

Atmosfer basıncı ne kadar düşük olursa, bu sıvının kaynadığı sıcaklık o kadar düşük olur (bkz. Şekil 27c). Yani, hava basıncının yarı normal olduğu Elbrus Dağı'nın tepesinde, sıradan su 100 o C'de değil, 82 o C'de kaynar. yüksek basınçta ısıtılır. Bu, örneğin, su içeren yiyeceklerin kaynatılmadan 100 ° C'den daha yüksek bir sıcaklıkta pişirilebildiği düdüklü tencerelerin çalışmasının temelidir.

64. Kaynama.

Kaynama, bir sıvının hacmi boyunca ve yüzeyinde meydana gelen yoğun bir buharlaşma işlemidir. Bir sıvı, doymuş buhar basıncı sıvının içindeki basınca yaklaştığında kaynamaya başlar.

Kaynama, ısıtıldığında bir sıvının yüzeyinde patlayan ve patlayan çok sayıda buhar kabarcığı oluşumudur. Aslında, bu kabarcıklar sıvıda her zaman bulunur, ancak boyutları büyür ve ancak kaynadığında fark edilir hale gelirler. Sıvıların her zaman mikro-kabarcık içermesinin bir nedeni şudur: Sıvı bir kaba döküldüğünde oradan havayı uzaklaştırır ama bunu tam olarak yapamaz ve kabın iç yüzeyindeki mikro çatlaklarda ve düzensizliklerde küçük kabarcıkları kalır. Ek olarak, sıvılar genellikle en küçük toz parçacıklarına yapışan mikro buhar ve hava kabarcıkları içerir.

Baloncukların her birindeki sıvı ısıtıldığında buharlaşma süreci hızlanır ve doymuş buhar basıncı artar. Baloncuklar genişler ve Arşimet'in kaldırma kuvvetinin etkisi altında alttan ayrılır, yüzer ve yüzeyde patlar. Bu durumda baloncukları dolduran buhar atmosfere taşınır. Bu nedenle kaynama, sıvının tüm hacminde meydana gelen buharlaşma olarak adlandırılır. Kaynama, gaz kabarcıklarının genişleme fırsatı bulduğu sıcaklıkta başlar ve bu, doymuş buhar basıncı atmosfer basıncını aşarsa gerçekleşir. Dolayısıyla kaynama noktası, belirli bir sıvının doymuş buhar basıncının atmosfer basıncına eşit olduğu sıcaklıktır. Bir sıvı kaynadığı sürece sıcaklığı sabit kalır.

Arşimet kaldırma kuvvetinin katılımı olmadan kaynama işlemi imkansızdır. Bu nedenle, uzay istasyonlarında ağırlıksız koşullar altında kaynama olmaz ve ısıtma suyu yalnızca buhar kabarcıklarının boyutunda bir artışa ve bunların su ile bir kap içinde büyük bir buhar kabarcığı halinde birleşmesine yol açar.

65. Kritik sıcaklık.

Kritik sıcaklık diye bir şey de vardır, eğer gaz kritik sıcaklığın üzerinde bir sıcaklıktaysa (her gaz için ayrı ayrı, örneğin yaklaşık 304 K karbondioksit için), o zaman artık bir sıvıya dönüştürülemez, hangi baskı uygulanırsa uygulansın. Bu fenomen, kuvvetin kritik sıcaklığında yüzey gerilimi sıvılar sıfır

Tablo 23. Bazı maddelerin kritik sıcaklığı ve kritik basıncı

Kritik bir sıcaklığın varlığı neyi gösterir? Daha da yüksek sıcaklıklarda ne olur?

Deneyimler, kritik sıcaklıktan daha yüksek sıcaklıklarda bir maddenin yalnızca gaz halinde var olabileceğini göstermektedir.

Kritik bir sıcaklığın varlığı ilk olarak 1860 yılında Dmitri İvanoviç Mendeleev tarafından işaret edildi.

Kritik sıcaklığın keşfinden sonra, oksijen veya hidrojen gibi gazları sıvıya dönüştürmenin neden uzun süre mümkün olmadığı anlaşıldı. Kritik sıcaklıkları çok düşüktür (Tablo 23). Bu gazları sıvı hale getirmek için kritik bir sıcaklığın altına soğutulmaları gerekir. Bu olmadan, onları sıvılaştırmaya yönelik tüm girişimler başarısızlığa mahkumdur.

66. Kısmi basınç. bağıl nem. 67. Havanın bağıl nemini ölçmek için aletler.

İnsan, hayvan ve bitkilerin yaşamı, yer ve mevsime bağlı olarak büyük ölçüde değişen atmosferdeki su buharı (nem) konsantrasyonuna bağlıdır. Kural olarak, etrafımızdaki su buharı doymamıştır. Bağıl nem, aynı sıcaklıktaki su buharı basıncının doymuş buhar basıncına oranıdır ve yüzde olarak ifade edilir. Hava nemini ölçen cihazlardan biri, biri nemli bir beze sarılı iki özdeş termometreden oluşan bir psikrometredir.Hava nemi %100'ün altına düştüğünde, kumaştan çıkan su buharlaşır ve termometre B soğuk, A'dan daha düşük bir sıcaklık gösteriyor. Ve hava nemi ne kadar düşükse, A ve B termometrelerinin okumaları arasındaki fark (Dt) o kadar büyük olur. Özel bir psikrometrik tablo kullanılarak, bu sıcaklık farkı, ortamın nemini belirlemek için kullanılabilir. hava.

Kısmi basınç, gaz karışımının bir parçası olan belirli bir gazın, karışımın sıcaklığında karışımın tüm hacmini tek başına kaplaması durumunda, bu gazın onu içeren kabın duvarlarına uygulayacağı basınçtır.

Kısmi basınç doğrudan ölçülmez, ancak karışımın toplam basıncından ve bileşiminden tahmin edilir.

Suda veya vücut dokularında çözünmüş gazlar da basınç uygular çünkü çözünmüş gaz molekülleri rastgele hareket eder ve kinetik enerjiye sahiptir. Bir sıvı içinde çözünmüş bir gaz, hücre zarı gibi bir yüzeye çarparsa, bir gaz karışımındaki gazla aynı şekilde bir kısmi basınç uygular.

P. D. doğrudan ölçülemez; karışımın toplam basıncına ve bileşimine göre hesaplanır.

Bir Sıvıda Çözünmüş Bir Gazın Kısmi Basıncının Değerini Belirleyen Faktörler. Bir çözeltideki bir gazın kısmi basıncı, yalnızca konsantrasyonuyla değil, aynı zamanda çözünürlük katsayısıyla da belirlenir, yani. karbondioksit gibi bazı molekül türleri su moleküllerine fiziksel veya kimyasal olarak bağlanırken diğerleri itilir. Bu ilişki Henry yasası olarak adlandırılır ve aşağıdaki formülle ifade edilir: Kısmi basınç = Çözünmüş gaz konsantrasyonu / Çözünürlük katsayısı.

68. Yüzey gerilimi.

Sıvıların en ilginç özelliği serbest bir yüzeyin bulunmasıdır. Sıvı, gazların aksine içine döküldüğü kabın tüm hacmini doldurmaz. Sıvı ile sıvının geri kalan kütlesine göre özel koşullarda olan gaz (veya buhar) arasında bir arayüz oluşur. Bir sıvının sınır tabakasındaki moleküller, derinliğindeki moleküllerin aksine, aynı sıvının diğer molekülleri tarafından her taraftan kuşatılmış değildir. Komşu moleküllerden sıvı içindeki moleküllerden birine etki eden moleküller arası etkileşim kuvvetleri, ortalama olarak karşılıklı olarak dengelenir. Sınır tabakasındaki herhangi bir molekül, sıvı içindeki moleküller tarafından çekilir (gaz (veya buhar) moleküllerinden sıvının belirli bir molekülüne etki eden kuvvetler ihmal edilebilir). Sonuç olarak, sıvının derinliklerine yönlendirilmiş bir miktar bileşke kuvvet ortaya çıkar. Yüzey molekülleri, moleküller arası çekim kuvvetleri tarafından sıvıya çekilir. Ancak sınır tabakasındakiler de dahil olmak üzere tüm moleküller denge halinde olmalıdır. Bu denge, yüzey tabakasının molekülleri ile sıvı içindeki en yakın komşuları arasındaki mesafenin bir miktar azalması nedeniyle sağlanır. Olarak Şekil l'de görülebilir. 3.1.2, moleküller arasındaki mesafe azaldığında itici kuvvetler ortaya çıkar. Sıvı içindeki moleküller arasındaki ortalama mesafe r0'a eşitse, yüzey tabakasının molekülleri biraz daha yoğun bir şekilde paketlenir ve bu nedenle iç moleküllere kıyasla ek bir potansiyel enerji rezervine sahiptirler (bkz. Şekil 3.1.2). . Son derece düşük sıkıştırılabilirlik nedeniyle, daha yoğun bir şekilde paketlenmiş yüzey tabakasının varlığının sıvının hacminde gözle görülür bir değişikliğe yol açmadığı akılda tutulmalıdır. Molekül yüzeyden sıvıya geçerse, moleküller arası etkileşim kuvvetleri pozitif iş yapacaktır. Aksine, belirli sayıda molekülü sıvının derinliğinden yüzeye çekmek (yani sıvının yüzey alanını artırmak) için, dış kuvvetlerin pozitif bir iş yapması gerekir ΔAext, değişimle orantılı ΔS yüzey alanı: ΔAext = σΔS.

σ katsayısı, yüzey gerilimi katsayısı olarak adlandırılır (σ > 0). Böylece, yüzey gerilimi katsayısı, bir sıvının yüzey alanını sabit bir sıcaklıkta bir birim artırmak için gereken işe eşittir.

SI'da, yüzey gerilimi katsayısı joule/m2 (J/m2) veya newton/metre (1 N/m = 1 J/m2) cinsinden ölçülür.

Bir sistemin denge durumlarının potansiyel enerjisinin minimum değerine karşılık geldiği mekanikten bilinmektedir. Bundan, sıvının serbest yüzeyinin alanını azaltma eğiliminde olduğu sonucu çıkar. Bu nedenle serbest bir sıvı damlası küresel bir şekil alır. Akışkan, kuvvetlerin yüzeyine teğet olarak etki ediyormuş gibi davranır ve bu yüzeyi azaltır (büzülür). Bu kuvvetlere yüzey gerilimi kuvvetleri denir.

Yüzey gerilimi kuvvetlerinin varlığı, sıvı yüzeyinin elastik gerilmiş bir film gibi görünmesini sağlar, tek fark, filmdeki elastik kuvvetlerin yüzey alanına (yani, filmin nasıl deforme olduğuna) bağlı olması ve yüzey gerilimi kuvvetlerinin gerilebilir. sıvıların yüzey alanına bağlı değildir.

Sabunlu su gibi bazı sıvılar ince film oluşturma özelliğine sahiptir. İyi bilinen tüm sabun köpüğü doğru küresel şekle sahiptir - bu aynı zamanda yüzey gerilimi kuvvetlerinin etkisini de gösterir. Sabun çözeltisine, bir tarafı hareketli olan bir tel çerçeve indirilirse, tamamı bir sıvı filmi ile kaplanacaktır.

69. Islatma.

Herkes bilir ki, bir damla sıvıyı düz bir yüzeye koyarsanız ya üzerine yayılır ya da yuvarlak bir şekil alır. Ayrıca, sabit bir damlanın boyutu ve dışbükeyliği (sözde temas açısının değeri), verilen yüzeyi ne kadar iyi ıslattığı ile belirlenir. Islanma olayı şu şekilde açıklanabilir. Bir sıvının molekülleri birbirlerine, katı bir cismin moleküllerinden daha güçlü bir şekilde çekilirse, sıvı bir damlacık halinde toplanma eğilimi gösterir.

Islatılmış (liyofilik) bir yüzeyde akut bir temas açısı oluşurken, ıslanmayan (liyofobik) bir yüzeyde geniş bir temas açısı oluşur.

Cıva cam üzerinde, su parafin üzerinde veya "yağlı" bir yüzey üzerinde bu şekilde davranır. Aksine, bir sıvının molekülleri birbirlerine katı bir cismin moleküllerinden daha zayıf çekilirse, sıvı yüzeye "bastırılır" ve üzerine yayılır. Bu, çinko levha üzerine bir damla cıva veya temiz cam üzerine bir damla su ile olur. Birinci durumda sıvının yüzeyi ıslatmadığı (temas açısı 90°'den büyük), ikinci durumda ise ıslattığı (temas açısı 90°'den küçük olduğu) söylenir.

Birçok hayvanın aşırı ıslanmadan kaçmasına yardımcı olan su itici bir yağlayıcıdır. Örneğin, deniz hayvanları ve kuşları - kürklü foklar, foklar, penguenler, salyangozlar - üzerinde yapılan araştırmalar, tüylü tüylerinin ve tüylerinin hidrofobik özelliklere sahip olduğunu, hayvanların koruyucu tüylerinin ve kuşların kontur tüylerinin üst kısmının iyi ıslandığını göstermiştir. su ile. Sonuç olarak, hayvanın vücudu ile su arasında termoregülasyon ve ısı yalıtımında önemli rol oynayan bir hava tabakası oluşur.

Ancak yağlama her şey değildir. Yüzeyin yapısı da ıslanma olayında önemli bir rol oynar. Engebeli, engebeli veya gözenekli arazi ıslanmayı artırabilir. Örneğin, suyu mükemmel şekilde emen süngerleri ve havluları hatırlayın. Ancak yüzey başlangıçta sudan "korkuyorsa", o zaman geliştirilen rahatlama yalnızca durumu daha da kötüleştirecektir: su damlacıkları çıkıntılarda toplanacak ve yuvarlanacaktır.

70. Kılcal fenomen.

Kılcal fenomenlere, küçük çaplı tüplerde - kılcal damarlarda sıvının yükselmesi veya düşmesi denir. Islatıcı sıvılar kılcal damarlardan yükselir, ıslatmayan sıvılar aşağı iner.

Şek. 3.5.6, alt ucundan ρ yoğunluğundaki ıslatıcı bir sıvıya indirilmiş, r yarıçaplı bir kılcal boruyu göstermektedir. Kapilerin üst ucu açıktır. Kılcal borudaki sıvının yükselmesi, kılcal borudaki sıvı kolonuna etki eden yerçekimi kuvveti, sıvı ile kılcal yüzey arasındaki temas sınırı boyunca etki eden yüzey gerilimi kuvvetlerinin ortaya çıkan Fn'sine modül olarak eşit oluncaya kadar devam eder: Ft = Fn, burada Ft = mg = ρhπr2g, Fн = σ2πr cos θ.

Bu şu anlama gelir:

Şekil 3.5.6.

Kapilerde ıslatıcı sıvının yükselmesi.

Tam ıslatma ile θ = 0, cos θ = 1. Bu durumda

Tam ıslatmama ile, θ = 180°, cos θ = –1 ve dolayısıyla h< 0. Уровень несмачивающей жидкости в капилляре опускается ниже уровня жидкости в сосуде, в которую опущен капилляр.

Su neredeyse tamamen ıslanır temiz yüzey bardak. Tersine, cıva cam yüzeyi tamamen ıslatmaz. Bu nedenle, cam kılcaldaki cıva seviyesi, kaptaki seviyenin altına düşer.

71. Kristal cisimler ve özellikleri.

Sıvıların aksine, katı bir cisim sadece hacmini değil, şeklini de korur ve önemli bir güce sahiptir.

Karşılaşılan çeşitli katılar, özelliklerinde önemli ölçüde farklılık gösteren iki gruba ayrılabilir: kristal ve amorf.

Kristal cisimlerin temel özellikleri

1. Kristal cisimler, sabit basınçta erime sırasında değişmeyen belirli bir erime noktasına sahiptir (Şekil 1, eğri 1).

2. Kristal cisimler, vücudun tüm hacmi boyunca tekrar eden (uzun menzilli düzen) moleküllerin, atomların veya iyonların düzenli bir düzenlemesi olan uzamsal bir kristal kafesin varlığı ile karakterize edilir. Herhangi bir kristal kafes için, yapısındaki böyle bir elementin varlığı karakteristiktir ve uzayda tüm kristalin elde edilebileceği tekrar tekrar tekrarlanır. Bu tek bir kristaldir. Bir polikristal, uzayda rastgele yönlenmiş çok sayıda çok küçük, iç içe geçmiş tek kristalden oluşur.