Условия плавания тел.

На твердое тело, погруженное в жидкость, действуют архимедова сила FA и сила тяжести mg. В зависимости от соотношения сил mg и FA тело может тонуть, плавать и всплывать. Если mg > FA, тело тонет; если mg = FA, то тело плавает внутри жидкости или на ее поверхности; если mg < FA, то тело всплывает до тех пор, пока архимедова сила и сила тяжести не сравняются по модулю. Тело плавает на поверхности, если ρж = ρт; тело тонет, если ρт > ρж; тело всплывает, если ρт < ρж.

Явления переноса: во всех явлениях происходит перенос молекулами газа своих физических характеристик: массы при диффузии, энергии при теплообмене, импульса при вязкости.

Т. к. молекулы газа движутся хаотически, то газ непрерывно перемешивается. С этим связан ряд явлений:

1) Если первоначально в различных местах объема газа плотность была различна, то с течением времени она выровняется. Это – диффузия.

2) В объеме газа, части которого имели первоначально различную температуру, со временем станут одной температуры. Это – теплопроводность газа.

3)При течении газа вдоль твердой горизонтальной поверхности происходит трение слоев газа с поверхностью. Это – вязкость.

Уравнение переноса: (Nφ)=-1/3*(nφ)/ x*vλ S t

Где Nφ – переносимая физическая характеристика; λ - ср.дл.своб.проб.молекулы;

v – ср.скор.движ.молекулы; *(nφ)/ x – градиент изменения физической характеристики;

S – площадь переноса, t – время переноса; «-» - перенос физ.характеристики происходит в направлении, противоположном градиенту.

Средняя кинетическая энергия молекул газа (в расчете на одну молекулу) определяется выражением

Д. крупных частиц, взвешенных в жидкости (например, частиц суспензии), осуществляется благодаря их броуновскому движению. В жидкостях, в соответствии с характером теплового движения молекул, Д. осуществляется перескоками молекул из одного временного положения равновесия в другое. Каждый скачок происходит при сообщении молекуле энергии, достаточной для разрыва её связей с соседними молекулами и перехода в окружение др. молекул (в новое энергетически выгодное положение). В среднем скачок не превышает межмолекулярного расстояния. Диффузионное движение частиц в жидкости можно рассматривать как движение с трением, к нему применимо второе соотношение Эйнштейна: D ~ ukT. Здесь k — Больцмана постоянная, u — подвижность диффундирующих частиц, т. е. коэффициент пропорциональности между скоростью частицы с и движущей силой F при стационарном движении с трением (с = uF). Коэффициент Д. в жидкости увеличивается с температурой, что обусловлено «разрыхлением» структуры жидкости при нагреве и соответствующим увеличением числа перескоков в единицу времени.

В твёрдом теле могут действовать несколько механизмов Д.: обмен местами атомов с вакансиями (незанятыми узлами кристаллической решётки), перемещение атомов по междоузлиям, одновременное циклическое перемещение нескольких атомов, прямой обмен местами двух соседних атомов и т.д. Первый механизм преобладает, например, при образовании твёрдых растворов замещения, второй — твёрдых растворов внедрения. Коэффициент Д. в твёрдых телах крайне чувствителен к дефектам кристаллической решётки, возникшим при нагреве, напряжениях, деформациях и др. воздействиях. Увеличение числа дефектов (главном образом вакансий) облегчает перемещение атомов в твёрдом теле и приводит к росту коэффициента Д. Для коэффициента Д. в твёрдых телах характерна резкая (экспоненциальная) зависимость от температуры.

Диффузия газа.

Закон Фика: M= - D ρ/ x* S t

Масса газа дельта М, переносимая путем диффузии через площадь дельта S перпендикулярно направлению ОХ, в котором убывает плотность, пропорциональна площади площадки дельта S, времени переноса и градиенту плотности.

Коэффициент диффузии — количество вещества (в массовых единицах), проходящего в единицу времени через участок единичной площади (например, 1 м2) при градиенте концентрации, равном единице (соответствующем изменению 1 моль/л → 0 моль/л на единицу длины). D=1/3*vλ (v – средняя скорость движения молекул, λ – средняя длина свободного пробега молекул) [м²/с].

Теплопроводность — это перенос теплоты структурными частицами вещества (молекулами, атомами, электронами) в процессе их теплового движения. Такой теплообмен может происходить в любых телах с неоднородным распределением температур, но механизм переноса теплоты будет зависеть от агрегатного состояния вещества.

Явление теплопроводности заключается в том, что кинетическая энергия атомов и молекул, которая определяет температуру тела, передаётся другому телу при их взаимодействии или передается из более нагретых областей тела к менее нагретым областям. Иногда теплопроводностью называется также количественная оценка способности конкретного вещества проводить тепло.

Закон Фурье:

Q= - χ* T/ x* S t

Количество теплоты дельта Q, переносимое сквозь площадь дельта S перпендикулярно направлению ОХ, в котором убывает температура, пропорциональна площади площадки, времени переноса и градиенту температуры.

Коэффициент теплопроводности:

χ=1/3vλρ*iR/2

Вязкость (внутреннее трение) — одно из трёх явлений переноса, свойство текучих тел (жидкостей и газов) оказывать сопротивление перемещению одной их части относительно другой.

Закон Ньютона:

F= - η * W/ x* S

Сила внутреннего трения, возникающая в плоскости соприкосновения двух скользящих относительно друг друга слоев газа, пропорциональна площади их соприкосновение и градиенту скорости.

Коэффициент вязкости газа:

η = 1/3vλρ

Масса и размеры молекул:

Атомная единица массы (а.е.м.) - 1,6.10-27кг - единица массы, равная 1/12 массы изотопа углерода с массовым числом 12.

где m0 - масса молекулы (атома);

m0С - масса атома углерода (изотоп 12С).

относительная атомная масса

Относительная молекулярная масса сложного вещества определяется как сумма относительных атомных масс всех атомов, входящих в состав данного вещества.

Оценим размеры молекулы, считая, что молекулы шарики.

следовательно, используя понятия плотности и молярной массы получим:

51) Все заряженные элементарные частицы имеют одинаковый по величине электрический заряд, равный заряду электрона и называемый элементарный электрический заряд.

Его свойства:1) Эл.заряд существует в двух видах – «+» и «-». При этом, разноименные заряды притягиваются, а разноименные отталкиваются; 2) Закон сохранения электрического заряда: в изолированной системе алгебраическая сумма электрических зарядов остается постоянной. q [Кл].

Закон Кулона: сила взаимодействия двух точечных зарядов прямопропорциональна их величине, обратнопропорциональна квадрату радиуса между ними. F=q₁q₂/4πε₀r²

52) Электрическое поле – вид материи, посредством которого взаимодействуют электрические заряды. Характер взаимодействия в гравитационном и электрическом полях аналогичен.

Напряженность поля в данной точке равна отношению силы, действующей на точечный «+» заряд, помещенный в эту точку, к величине этого заряда, а по направлению совпадает с силой E=F/q.

E=1/4πε₀*q/r

Электрическое поле изображают с помощью силовых линий напряженности – линия, в каждой точке которой касательная совпадает с вектором напряженности поля.

Поток напряженности эл.поля сквозь некоторую поверхность – число силовых линий, пронизывающих эту поверхность N=ES.

Теорема Остроградского-Гаусса:

N=1/ε0*Σ_i=1ⁿq_n поток напряженности, пронизывающий замкнутую поверхность, окружающую эл.заряды, пропорционален алгебраической сумме окруженных зарядов.

Электрическое поле Земли, естественное электрическое поле Земли как планеты, которое наблюдается в твёрдом теле Земли, в морях, в атмосфере и магнитосфере. Существование электрического поля в атмосфере Земли связано в основном с процессами ионизации воздуха и пространственным разделением возникающих при ионизации положительных и отрицательных электрических зарядов. Ионизация воздуха происходит под действием космических лучей ультрафиолетового излучения Солнца; излучения радиоактивных веществ, имеющихся на поверхности Земли и в воздухе; электрических разрядов в атмосфере и т. д. Относительно атмосферы поверхность Земли заряжена отрицательно. Электрические поля в ионосфере обусловлены процессами, протекающими как в верхних слоях атмосферы, так и в магнитосфере. Приливные движения воздушный масс, ветры, турбулентность — всё это является источником генерации электрического поля в ионосфере, солнечный ветер. При обтекании магнитосферы солнечным ветром возникает эдс, эдс вызывает электрические токи, замыкающиеся обратными токами, текущими поперёк хвоста магнитосферы. Последние порождаются положительными пространственными зарядами на утренней стороне хвоста магнитосферы и отрицательными — на его вечерней стороне. Величина напряженности электрического поля поперёк хвоста магнитосферы 1 мв/м. Разность потенциалов поперёк полярной шапки составляет 20—100 кв. С дрейфом частиц связано существование магнитосферного кольцевого тока вокруг Земли. В периоды магнитных бурь и полярных сияний электрические поля и токи в магнитосфере и ионосфере испытывают значительные изменения. Переменное магнитное поле Земли, источники которого локализованы в ионосфере и магнитосфере, индуцирует электрическое поле в земной коре. Напряжённость электрического поля в приповерхностном слое коры от нескольких единиц до нескольких сотен мв/км, а во время магнитных бурь усиливается до единиц и даже десятков в/км.

---

Дата добавления: 2015-07-18