Дифракционная решетка разлагает падающий на нее пучок света в спектр, что используется в спектральных приборах.

 

 

Билет №18

1. Парообразование и конденсация, критическое состояние вещества, сжижение газа.
2. Дисперсия света, спектральный анализ.
3. Задача на электромагнитную индукцию.

 

Ответы:

1. Испарение — парообразование, происходящее при любой температуре со свободной поверхности жидкости. Неравномерное распределение кинетической энергии молекул при тепловом движении приводит к тому, что при любой температуре кинетическая энергия некоторых молекул жидкости или твердого тела может превышать потенциальную энергию их связи с другими молекулами. Большей кинетической энергией обладают молекулы, имеющие большую скорость, а температура тела зависит от скорости движения его молекул, следовательно, испарение сопровождается охлаждением жидкости. Скорость испарения зависит от площади открытой поверхности, температуры, концентрации молекул вблизи жидкости.

Конденсация — процесс перехода вещества из газообразного состояния в жидкое. Испарение жидкости в закрытом сосуде при неизменной температуре приводит к постепенному увеличению концентрации молекул испаряющегося вещества в газообразном состоянии. Через некоторое время после начала испарения концентрация вещества в газообразном состоянии достигнет такого значения, при котором число молекул, возвращающихся в жидкость, становится равным числу молекул, покидающих жидкость за то же время. Устанавливается динамическое равновесие между процессами испарения и конденсации вещества. Вещество в газообразном состоянии, находящееся в динамическом равновесии с жидкостью, называют насыщенным паром. (Паром называют совокупность молекул, покинувших жидкость в процессе испарения.) Пар, находящийся при давлении ниже насыщенного, называют ненасыщенным.

Вследствие постоянного испарения воды с поверхностей водоемов, почвы и растительного покрова, а также дыхания человека и животных в атмосфере всегда содержится водяной пар. Поэтому атмосферное давление представляет собой сумму давления сухого воздуха и находящегося в нем водяного пара. Давление водяного пара будет максимальным при насыщении воздуха паром, Насыщенный пар в отличие от ненасыщенного не подчиняется законам идеального газа. Так, давление насыщенного пара не зависит от объема, но зависит от температуры. На основе экспериментального изучения зависимости давления насыщенного пара от температуры составлены таблицы, по которым можно определить его давление при различных температурах.

СЖИЖЕНИЕ ГАЗОВ,

Переход газов в жидкое состояние называется сжижением газов. Долгое время некоторые газы, в частности кислород и азот, не удавалось перевести в жидкое состояние. Предполагалось, что жидкий кислород и жидкий азот вообще существовать не могут. Причину неудачи сжижения этих газов впервые объяснил Д. И.Менделеев: газ может быть превращен в жидкое состояние, если его температура ниже критической, а давление выше критического; следовательно, температуру газов перед сжижением необходимо предварительно понижать до значения Ткр.

Сжижение газов, имеющих достаточно высокую (выше 220 К) критическую температуру, обычно производят, сжимая газ, а затем охлаждая его до температуры ниже температуры кипения. Таким образом получают углекислоту (Ткр = 304,25 К), хлор (Ткр = 417,15К), аммиак (Ткр = 405,55 К) и т.д. Для получения жидкого кислорода (Ткр= 154,45 К), азота (Ткр= 126,05 К),водорода (Ткр = 33,25 К.) и особенно гелия (Ткр = 5,25К) используются специальные установки — детандеры.

Детандер представляет собой устройство, в котором температура, необходимая для сжижения газов, достигается тем, что охлаждаемый газ совершает работу не только против сил молекулярного взаимодействия, но и против внешних сил. Наиболее совершенный турбодетандер реактивного типа был разработан академиком П.Л.Капицей (1938). В этом устройстве предварительно сжатый газ, вращая турбину и при этом, расширяясь, совершает работу, но преодолению внешних сил, сильно охлаждается и конденсируется. Детандеры нашли широкое промышленное применение.