Випаровування рідин. Насичена і ненасичена пара. Тиск насиченої пари

Випаровування – пароутворення, яке відбувається з поверхні рідини і при будь-якій температурі.

Швидкість випаровування залежить від температури, площі поверхні, руху повітряних шарів, роду рідини та тиску.

Процес перетворення пари на рідину називається конденсацією.

В закритій посудині між рідиною і ії парою встановлюється динамічна рівновага: кількість молекул, які вилітають з рідини за одиницю часу дорівнює кількості молекул, які повернулися до неї за то самий час.

Пара, що перебуває в динамічній рівновазі зі своєю рідиною, називається насиченою.

Пара, що не перебуває в динамічній рівновазі зі своєю рідиною, називається ненасиченою.

Тиск насиченої пари — тиск пари, яка перебуває в рівновазі з рідиною або твердим тілом при даній температурі. Тиск насиченої пари будь-якої хімічної сполуки залежить тільки від температури. При даній температурі тиск насиченої пари і її температурний коефіцієнт — характерні і дуже важливі властивості речовин, які необхідні для багатьох практичних розрахунків.

 

18. Вологість повітря. Ії вимірювання

Вологість повітря характеризує наявність водяної пари в атмосфера Землі.

Абсолютна вологість – це кількість водяної пари, що міститься в одному м³ повітря (ρ_a) (кг/м³)

Відносна вологість показує, на скільки водяна пара, яка знаходиться у повітрі близька до стану насичення.

Відносною вологістю повітря називають величину, яка вимірюється відношенням абсолютної вологості повітря до кількості пари, необхідної для насичення 1 м³ повітря при тій самій температурі.

Відносна вологість повітря залежить не тільки від абсолютної, а й від температури.

Зі зниженням температури вологість повітря зростає.

Температура, за якої ϕ становить 100% (водяна пара стає насиченою) називається точкою роси.

Відносна вологість вимірюється за допомогою психрометра, конденсаційного гігрометра та волосяного гігрометра.

 

19.Залежність температури кипіння рідини від тиску

Кипіння – пароутворення, яке відбувається по всьому об’єму рідини при температурі кипіння даної рідини.

Умова кипіння: тиск насиченої пари в середині бульбашки дорівнює тиску над поверхнею рідини.

 

Як показує досвід, кипіння рідини при заданому зовнішньому тиску починається при цілком певній і не змінюється в процесі кипіння температурі і може відбуватися тільки при підводі енергії ззовні в результаті теплообміну (рис. 1):

Q = Lm,

где L — питома теплота пароутворення при температурі кипіння.

Механізм кипіння: у рідині завжди є розчинений газ, ступінь розчинення якого знижується з ростом температури. Крім того, на стінках посудини є адсорбований газ. При нагріванні рідини знизу (мал. 2) газ починає виділятися у вигляді бульбашок у стінок посудини. У ці бульбашки відбувається випаровування рідини. Тому в них, крім повітря, знаходиться насичений пар, тиск якого із зростанням температури швидко збільшується, і бульбашки ростуть в обсязі, а отже, збільшуються діючі на них сили Архімеда. Коли виштовхуюча сила стане більше сили тяжіння бульбашки, він починає спливати. Але поки рідина не буде рівномірно прогріта, у міру спливання обсяг бульбашки зменшується (тиск насиченої пари зменшується з пониженням температури) і, не досягнувши вільної поверхні, бульбашки зникають (захлопуються) (рис. 2, а), ось чому ми чуємо характерний шум перед закипанням. Коли температура рідини вирівняється, обсяг бульбашки при підйомі буде зростати, так як тиск насиченої пари не змінюється, а зовнішній тиск на пухирець, що представляє собою суму гідростатичного тиску рідини, що знаходиться над бульбашкою, і атмосферного, зменшується. Пухирець досягає вільної поверхні рідини, лопається, і насичений пар виходить назовні (рис. 2, б) – рідина закипає. Тиск насиченої пари при цьому в бульбашках практично дорівнює зовнішньому тиску.

Температура, при якій тиск насиченої пари рідини дорівнює зовнішньому тиску на її вільну поверхню, називається температурою кипіння рідини.

Так як тиск насиченої пари збільшується з ростом температури, а при кипінні воно має дорівнювати зовнішньому, то при збільшенні зовнішнього тиску температура кипіння збільшується.

Температура кипіння залежить також від наявності домішок, зазвичай збільшуючись з ростом концентрації домішок.

Якщо попередньо звільнити рідина від розчиненого в ній газу, то її можна перегріти, тобто нагріти вище температури кипіння. Це нестійкий стан рідини. Досить невеликих струсів і рідина закипає, а її температура відразу знижується до температури кипіння.

 

 

20.Поверхневий натяг. Капілярні явища. Явища змочування і капілярості у природі та техніці

Рідина має квазікристалеву структуру: існує ближній порядок у розташуванні атомів і молекул і не існує дальнього.

 

Сила поверхневого натягу – це сила, яка діє вздовж поверхні рідини, перпендикулярно до лінії, що обмежує поверхню і спрямована вбік ії скорочення.

L - довжина лінії, яка обмежує поверхню рідини.

Фізичний зміст коеф. Поверх. Натягу характеризує залежність роботи молекулярних сил при зміні площі вільної поверхні рідини від рідини та зовнішніх умов.

Якщо сили зчеплення частинок рідини й твердого тіла більші за сили зчеплення частинок рідини, рідина називається змочуючою.

Якщо сили зчеплення частинок рідини й твердого тіла менші за сили зчеплення частинок рідини, рідина називається незмочуючою це тіло.

Явище змочування і незмочування рідиною стінок твердих тіл (сосудів) приводе до викривлення вільної поверхні рідини – утворення мініска.

R – радіус кривизни вільної поверхні рідини.

р_a - лапласовий тиск =

Капілярами називають сосуди, діаметр яких можна порівняти з діаметром волосини

Змочування або незмочування рідиною стінок посудини впливає на форму вільної поверхні рідини у посудині, а також призводить до підняття або опускання рідини в них відносно рівня рідини у посудині, в яку занурено капіляр. Ці явища називаються капілярними.

 

Капілярні явища мають велике значення в природі і техніці. Завдяки цим явищам відбувається проникнення вологи з ґрунту в стебла і листя рослин. Саме в капілярах відбуваються основні процеси, пов’язані з диханням і живленням організмів. У тілі дорослої людини приблизно 160·10⁹ капілярів, загальна довжина яких сягає 60 – 80 тис. км.

 

У будівництві враховують можливість підняття вологи по капілярних порах будівельних матеріалів. Для захисту фундаменту і стін від дії ґрунтових вод та вологи застосовують гідроізоляційні матеріали: толь, смоли тощо.

Завдяки капілярному підняттю вдається фарбувати тканини. Часто капілярні явища використовують і в побуті. Застосування рушників, серветок, гігроскопічної вати, марлі, промокального паперу можливе завдяки наявності в них капілярів.

Явище змочування отримало велике практичне значення. Його використовують у процесах паяння, склеювання, змащення тертьових поверхонь, фарбування тіл і т.п

явище змочування використовують й в конструюванні космічних апаратів. У стані невагомості змочуюча рідина розпливається по бокових стінках посудини, а незмочуюча збирається в посудині у вигляді великої краплини. Тому матеріал стінок й форму ємностей для палива треба вибирати так, аби паливо втримувалось біля отворів, крізь які воно перекачується до двигунів

 

21. Кристалічні та аморфні тіла. Рідкі кристали

Тверді тіла поділяються на 2 групи: кристали, аморфні.

Кристали – тверді тіла, частинки яких розташовані в певному порядку і утворюють внутрішню структуру, що періодично повторюється, яка називається кристалічною решіткою.

Особливість кристалів: наявність певної температури плавлення. Розрізняють полікристали та монокристали.

Монокристали мають структуру, що строго періодично повторюється по всьому об’єму і мають геометрично правильну зовнішню форму.

Полікристали – сукупність множини хаотично розташованих зросшихся кристалів.

Всі монокристали анізотропні.

Анізотропія – залежність властивостей від напрямку вибраного в кристалі.

Полікристали – ізотропні, тобто їх фізичні властивості однакові по всіх напрямках.

Аморфні тіла не мають строгого порядку у розташуванні частинок, не мають кристалічної решітки (смола, янтар, скло тощо).

Особливості аморфних: немає певної температури плавлення, плавляться в цілому інтервалі температур.

 

 

Рідкий кристал - це специфічний агрегатний стан речовини, в якому проявляються одночасно властивості кристала і рідини Рідкий кристал має властивості і рідини, і кристала: Подібно до звичайної рідини, рідкий кристал - приймає форму судини, в яку він поміщений Він має властивість, характерну для кристалів - упорядкування в просторі молекул, але не має кристалічних граток

 

Різновиди: Нематичні, Смектичні, Холестеричні

 

 

22 вопрос Деформації. Види деформації. Сили пружності. Закон Гука

Пружна деформація – деформація, при якій після припинення дії сили розміри і форма тіла відновлюються.

Якщо на тіло діє сила і під дією цієї сили тіло деформується, то цю силу часто називають силою тиску.

 

Види деформацій:

Лінійна:

Розтяг (троси піднімальних кранів, канатних доріг, буксирні троси)

Стиск (колони, стіни, фундаменти будинків).

Зcув (з’єднані металеві конструкції, процес розрізування ножицями паперу).

кручення (загвинчування гайок, робота валів машин, свердління металів і т.п.).

Згин (формально деформація розтягу і стиску, різна в різних частинах тіла. Під час таких деформацій можлива наявність нейтрального шару – це шар, що не піддається ні розтягу, ні стискові, при згину.)

 

Абсолютне видовження тіла - це величина, яка дорівнює абсолютному значенню різниці між кінцевою () та початковою () довжиною тіла.

 

Вимірюється абсолютне видовження в сі у метрах (м)

 

Відносне видовження (позначається латинською літерою «епсілон» ) – це фізична величина, яка показу, яку частину складає абсолютне видовження тіла від початкової довжини цього ж тіла, коли на нього не діяла деформуюча сила.

Законгука
механічна напруга при невеликих деформаціях розтягу чи стиску прямо пропорційна відносному видовженню.

 

Е – коефіцієнт пропорційності, який залежить від матеріалу тіла та його фізичного стану і називається модулем юнга.

 

Вопрос 23 внутрішня енергія способи її зміни. Кількість теплоти та робота. Перший закон термодинаміки.

Внутрішня енергія — це сума кінетичної енергії хаотичного руху молекул і потенціальної енергії взаємодії молекул одна з одною. Внутрішня енергія — функція стану u = f(t).

У термодинаміці розглядають зміну внутрішньої енергії при переході з одного стану в інший. Величини, що визначають стан газу: р, т, v.

Найпростіше можна обчислити внутрішню енергію ідеального одноатомного газу, бо його молекули здійснюють лише поступальний рух. Зміна внутрішньої енергії даної маси ідеального газу відбувається лише за зміни його температури:

Теплопередача – зміна внутрішньої енергії речовини, зумовлена різницею температур. Здійснюється за рахунок взаємних перетворень рухів на мікроскопічному рівні.

Існує три способи теплопередачі:

Теплопровідність;

Конвекція;

Випромінювання.

кількість теплоти (q) — міра внутрішньої енергії, переданої в процесі теплообміну від одного макроскопіч­ного тіла до іншого без виконання роботи.

одиниця кількості теплоти – джоуль, [q]= 1 дж.

рівняння теплового балансу описує теплообмін у замкненій системі:

Питома теплоємність (с) – фізична величина, яка показує, яку кількість теплоти треба надати тілу масою 1 кг для того щоб нагріти його на 1 к (або 1 ос).

Кількість теплоти, яка поглинається під час плавлення, або виділяється під час кристалізації твердого тіла, визначається за формулою:

q=ƛm
де ƛ– питома теплота плавлення

Кількість теплоти, необхідна для випаровування або виділяється при конденсації, визначається за формулою:

Де r – питома теплота пароутворення.

Кількість теплоти, яка виділяється під час згорання палива, визначається за формулою:

Де q – питома теплота згорання палива.

2) другий спосіб зміни внутрішньої енергії тіла – виконання механічної роботи.

кількість теплоти отриманої у результаті виконання механічної роботи дорівнює зміні механічної енергії системи: q=∆e+a.

Перший закон термодинаміки

зміна внутрішньої енергії закритої системи, яка відбувається в рівноважному процесі переходу системи із стану 1 в стан 2, дорівнює сумі роботи, зробленої над системою зовнішніми силами, і кількості теплоти, наданої системі: δu = a' + q. Робота здійснена системою над зовнішніми тілами в процесі 1->2 (назвемо її просто а) a=-a', тоді закон приймає вигляд:

Застосування першого закону термодинаміки до ізопроцесів:

- для ізобарного процесу: q=∆u+a або q=∆u+р∆v

Оскільки , то .

- для ізотермічного процесу: ∆u=0, q=a;

- для ізохорного процесу: a=0, q=∆u;

- для адіабатного процесу: q=0, ∆u= - a.

Адіабатичний (адіабатний) процес — термодинамічний процес, при якому система не дістає ззовні і не віддає теплоти (q = 0). Адіабатичний процес можна здійснити в системі, оточеній теплоізоляційною оболонкою. Але, якщо процес відбувається дуже швидко - теплообміном з навколишнім середовищем можна нехтувати, то його можна вважати адіабатичним і тоді, коли немає теплової ізоляції.

 

Вопрос 24 принцип дії теплових двигунів.ккд теплового двигуна. Проблеми навколишнього середовища.

Теплови́й двигу́н — машина для перетворення теплової енергії в механічну роботу.

Кожен тепловий двигун складається з нагрівника, робочого тіла і холодильника.нагрівник має температуру т1 і передає робочому тілу кількість теплоти q1. Робоче тіло виконує механічну роботу а і віддає охолоджувачеві, що має температуру т2, кількість теплоти q2. Далі робоче тіло повертається до початкового стану.

Коефіцієнт корисної дії двигуна:

Як ми можемо побачити з формули коефіцієнта корисної дії то для його збільшення протрібно збільшувати температуру нагрівника і зменшувати температуру холодильника. А за реальних умов, це є неможливим в достатній кількості для великого збільшення ккд. Взагалі ккд теплових двигунів є маленьким, до 35%.

Види теплових двигунів

Можуть бути різні механізми перетворення теплової енергії у енергію механічну. Виділяють поршневі, турбінні двигуни. У поршневому двигуні відбувається розширення газу, що тисне на поршень, змушуючи його переміщатися. У турбодвигуні розширення газу діє на лопатки колеса турбіни, спричиняючи його обертання. Прикладами поршневих двигунів є парові машини і двигуни внутрішнього згорання (карбюраторні і дизельні). Турбіни двигунів бувають газові (наприклад, в авіаційних турбореактивних двигунах) і парові.

 

Захист навколишнього середовища

Людство не може відмовитися від використання машин у своїй діяльності. Тому боротьба зі шкідливими наслідками роботи теплових двигунів ведеться за декількома напрямками.

Перший напрямок: удосконалення теплових двигунів, підвищення їх ккд дозволяє одержувати ту саму механічну енергію при спалюванні меншої кількості палива.

Другий напрямок: використання енергозберігаючих технологій — при цьому споживання енергії на виробництво тієї самої продукції (наприклад, одного автомобіля) значно зменшується.

Третій напрямок: пошук і використання джерел енергії, у яких не спалюють паливо. Це, наприклад, атомні електростанції, проектовані термоядерні електростанції, використання енергії сонця, вітру, морських припливів тощо.

Необхідність значно знизити викид забруднюючих речовин призвела до використання нових видів палива, зокрема до будівництва атомних електростанцій (аес). Але на атомних електростанціях виникають інші проблеми: поховання небезпечних радіоактивних відходів, а також проблема безпеки.

 

вопрос 25 електризація тіл електричний заряд його дискретність закон збереження електричного заряду. Закон кулона

Е л е к т р и з а ц і я. Наелектризувати - це значить відокремити від тіла від’ємний заряд від зв’язаного з ним позитивного. Наелектризувати можна: тертям, дотиком та через вплив електричного поля.
При електризації відбувається перехід електронів, що входять до складу атома з одного тіла на інше. Тіло, в якому виявляється надлишок електронів заряджається негативно, при недостачі електронів тіло має позитивний заряд.

е л е к т р и ч н и й з а р я д.
- кількісно характеризує електричну взаємодію,
- позначається q (q)
- вимірюється в кулонах 1кл = 1 а/с
- прилади для спостереження та вимірювання заряду - це електроскоп та електрометр
- існує два види зарядів позитивні та негативні; однойменні заряди відштовхуються, різнойменні – притягуються.
- мінімальний від’ємний заряд має електрон, q = - 1,6·10-19 кл, маса електрона = 9,1·10-31кг
- мінімальний додатній заряд має протон q = + 1,6·10-19 кл, маса протона = 1, 67·10-27кг.
- в ізольованій системі заряд зберігається q1 + q2 + q3 + … = const –це закон збереження електричних зарядів.
- величина заряду інваріантна (постійна), не залежить від швидкості руху заряду.
- електричний заряд адітивний, тобто заряд системи дорівнює сумі зарядів тіл, які входять до цієї системи. Q =q1 + q2 + q3

 

З а к о н к у л о н а.
Два нерухомі точкові заряди взаємодіють в вакуумі з силою, прямо пропорційною добуткові цих зарядів та обернено пропорційною квадрату відстані між ними.
F = k q1q2 / r2 k =9·109 н м2/кл2

 

 

Вопрос 26 електричне поленапруженість електричного поля. Лінії напруженості.

Електричні заряди створюють навколо себе електричне поле. Поле - одна з форм існування матерії. Поле можна досліджувати, описати його силові, енергетичні й ін. Властивості. Поле, створюване нерухливими електричними зарядами, називається електростатичним. Для дослідження електростатичного поля використовують пробний точковий позитивний заряд - такий заряд, який не спотворює досліджуване поле (не викликає перерозподіл зарядів).

Якщо в поле, створюване зарядом q, помістити пробний заряд q1 на нього буде діяти сила f1, причому величина цієї сили залежить від величини заряду, що міститься в даній точці полю. Якщо в тугіше точку помістити заряд q2, то сила кулона

f2 ~ q2 і т.д.

Однак, відношення сили кулона до величини пробного заряду, є величина постійна для даної точки простору

 

І характеризує електричне поле в тій точці, де перебуває пробний заряд. Ця величина називається напруженістю і є силовою характеристикою електростатичного поля.

Напруженість поля є векторна величина, чисельно рівна силі, що діє на одиничний позитивний точковий заряд, поміщений у дану точку поля

Напрямок вектора напруженості збігається з напрямком дії сили.

Визначимо напруженість поля, створюваного точковим зарядом q на деякій відстані r від нього у вакуум

 

 

Силові лінії точкових зарядів являють собою прямі лінії, що проходять через ці заряди. Силовими лініями поля взаємодіючих тіл називаються криві, дотичні до яких у кожній точці збігаються з напрямом вектора напруженості.

Вважається, що силові лінії починаються на позитивно заряджених тілах і закінчуються на негативно заряджених.

Лінії напруженості не перетинаються, адже в кожній точці поля вектор е має лише один напрям. З того, як густо розміщені силові лінії в полі, можна судити про напруженість поля.

Отже, силові лінії дають наочну картину розподілу електричного поля у просторі: густота силових ліній і їх напрям характеризують значення і напрям вектора напруженості електричного поля в кожній його точці. Силові лінії електричного поля ніде не перетинаються, вони можуть тільки сходитись до заряду або розходитись від нього.

На мал. 4 подано приклади ліній напруженості позитивно і негативно заряджених кульок, двох різнойменно заряджених кульок, двох однойменно заряджених кульок, двох пластин, заряди яких однакові за модулем і протилежні за знаком.

 

 

 

Електричне поле, в якому напрям і значення напруженості в усіх точках однакові, називається однорідним. В однорідному полі силові лінії паралельні одна одній, мають однаковий напрям, однакову густоту. Прикладом однорідного поля може слугувати поле між двома паралельними металевими пластинами з рівними за значенням і протилежними за знаком зарядами.

Електричне поле не має меж, воно існує в усіх точках простору. Якщо й кажуть про певну межу, то мають на увазі певну точку поля, вякій прилади вже не можуть виявити це поле.

Наоснові закону кулона і принципу суперпозиції полів можна визначити напруженість поля практично будь-якої сукупності заряджених тіл.

 

E=сonst

 

Вопрос 27 Провідник в електричному полі. Електростатичний захист.

Провідники − це речовини, які добре проводять електричний струм. Характерною особливістю провідників є наявність в них значної кількості вільних носіїв заряду: у металах − це електрони, в електролітах − іони. Якщо в провіднику створити електричне поле, то на кожний із носіїв заряду буде діяти сила , яка призведе до направленого руху носіїв.

Вперше електричне поле всередині зарядженої сфери дослідив М. Фарадей з допомогою електроскопа. Ці вимірювання підтвердили відсутність поля всередині порожнини. Це явище використовують для електростатичного захисту чутливих приладів. Фарадей також показав можливість повної передачі зарядів від одного провідного тіла до іншого. Для цього в одному з тіл роблять порожнину, куди поміщують заряджене тіло. З часом за рахунок електростатичної індукції заряди повністю переходять до тіла з порожниною і розподіляються на його поверхні. Цей процес можна повторювати багато разів, а значить надати порожнистому тілу, теоретично, який завгодно заряд. Цей спосіб накопичення зарядів покладено в основу роботи електростатичного генератора.

У 1931 р. Ван де Грааф виготовив перший електростатичний генератор (рис. 3.1). Високовольтний електрод 1 закріплено на ізоляційній підставці 3. Всередині системи рухається діелектрична стрічка 2, що заряджається від електродів 4. З допомогою стрічки заряд переноситься всередину сфери.

Перші зразки таких генераторів дозволяли одержувати потенціали до 1 МВ, сучасні − до 20 МВ. Їх застосовують для одержання сильних електричних полів для прискорення заряджених частинок.

Всі внутрішні області провідника, внесеного до електричного поля, залишаються електронейтральними. Якщо видалити деякий об'єм, виділений всередині провідника, і утворити порожнину, то електричне поле усередині порожнини дорівнюватиме нулю. На цьому заснована електростатичний захист – чутливі до електричного поля прилади для виключення впливу поля поміщають в металеві ящики (мал. 2).

	Електростатичний захист. Поле в металевій порожнині дорівнює нулю
Вопрос 28 Діелектрик в електричному полі. Діелектрична проникність.

У діелектриках немає «вільних» електронів, тому вони не проводять струм.
Є два основні типи діелектриків.
1) Полярні діелектрики складаються з полярних молекул, диполів, тобто «здвоєних електричних полюсів», які за відсутності зовнішнього поля розташовані хаотично. Приклади: дистильована вода, кам’яна сіль.
2) Неполярні діелектрики складаються з нейтральних молекул.

Зовнішнє поле чинить орієнтуючу дію на диполі в полярному діелектрику.
Під дією зовнішнього поля позитивні заряди в молекулі речовини зсуваються в один бік, електрони — в інший. Деформуюча дія поля перетворює молекули неполярного діелектрика на диполі.
Процеси реагування діелектриків на зовнішнє електричне поле називаються поляризацією діелектрика. Усередині діелектрика, вміщеного в електричне поле напруженістю , виявляється електричне поле. Його напруженість , де — напруженість поляризаційних зарядів; .
Фізична величина, що характеризує ослаблення поля в діелектрику порівняно із зовнішнім полем, називаєтьсядіелектричноюпроникністю , ; , лише для вакууму та повітря .