Студопедия
Случайная страница | ТОМ-1 | ТОМ-2 | ТОМ-3
АрхитектураБиологияГеографияДругоеИностранные языки
ИнформатикаИсторияКультураЛитератураМатематика
МедицинаМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогика
ПолитикаПравоПрограммированиеПсихологияРелигия
СоциологияСпортСтроительствоФизикаФилософия
ФинансыХимияЭкологияЭкономикаЭлектроника

Жидкости и твердые тела

Простые механизмы и выигрыш в работе | Опыт Торричелли | Гидростатический парадокс. Опыт Паскаля. | Воздушный шар | МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА | ОПЫТНОЕ ОБОСНОВАНИЕ ОСНОВНЫХ ПОЛОЖЕНИЙ МОЛЕКУЛЯРНО-КИНЕТИЧЕСКОЙ ТЕОРИИ | МАССА И РАЗМЕР МОЛЕКУЛ | ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ МОЛЕКУЛ | Применение первого закона термодинамики к изопроцессам | Второй закон термодинамики |


Читайте также:
  1. NB! Питьевой режим: 2 литра жидкости в сутки (см. список разрешенных напитков).
  2. В неоднородном магнитном поле на единицу объема жидкости действует
  3. Время пребывания жидкости
  4. ГЛАЗ и связанные с ним структуры. Оболочки глазного яблока, их отделы и производные, функц.аппараты, циркуляция внутриглазной жидкости, возрастные изменения.
  5. Датчики давления буровой жидкости
  6. Датчики расхода буровой жидкости
  7. Датчики температуры буровой жидкости

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ (уч.10кл.стр.307-308, 321-322)

Фазовый переход из газообразного в жидкое состояние возможен, если средняя потенциальная энергия притяжения молекул превышает их среднюю кинетическую энергию.

Для этого температура газообразного состояния (пара) должна быть ниже некоторой критической температуры.

 

Критическая температура – максимальная температура, при которой пар можно превратить в жидкость.

 

Конденсация – явление перехода пара из газообразного состояния в жидкое.

 

Испарение – парообразование со свободной поверхности жидкости.

 

При испарении жидкость охлаждается, поэтому для поддержания постоянной температуры к ней нужно подводить количество теплоты, пропорциональное массе испаряющихся молекул

Qп = r m

r – удельная теплота парообразования Дж/кг

 

Единица количества теплоты Дж (Джоуль)

 

Количество теплоты, получаемое жидкостью при конденсации, равно количеству теплоты теряемому при ее испарении..

 

В термодинамическом равновесии число молекул пара, конденсирующихся за определенное время, равно числу молекул, испаряющихся с поверхности жидкости за это же время.

 

Насыщенный пар – пар, находящийся в термодинамическом равновесии со своей жидкостью.

 

Давление насыщенного пара при данной температуре – максимальное давление, которое может иметь пар над жидкостью при этой температуре.

 

Давление насыщенного пара возрастает при увеличении температуры жидкости.

 

Относительная влажность воздуха – процентное отношение концентрации водяного пара в воздухе к концентрации насыщенного пара при той же температуре.

 

Кипение – парообразование, происходящее Вов сем объеме жидкости при определенной температуре.

 

Температура кипения – температура, при которой давление насыщенного пара жидкости внутри пузырька начинает превосходить внешнее давление на жидкость.

 

Температура кипения жидкости зависит от внешнего давления и остается постоянной в процессе кипения.

 

Поверхностное натяжение – явление молекулярного давления на жидкость, вызванное притяжением молекул поверхностного слоя в к молекулам внутри жидкости.

 

Поверхностная энергия – дополнительная энергия молекул поверхностного слоя жидкости.

 

Сила поверхностного натяжения – сила, направленная по касательной к поверхности жидкости, перпендикулярно участку контура, ограничивающего поверхность, в сторону ее сокращения

Fпов = σ l

l – длина участка поверхностного слоя

σ – поверхностное натяжение Н/м

 

Единица поверхностного натяжения – Н/м

 

Смачивание – искривление поверхности жидкости у поверхности твердого тела в результате взаимодействия молекул жидкости с молекулами твердого тела.

 

Жидкость смачивает поверхность, если силы притяжения между молекулами жидкости меньше сил притяжения между молекулами жидкости и твердого тела.

 

Мениск – форма поверхности жидкости вблизи стенок сосуда.

 

Угол смачивания – угол между плоскостью, касательной к поверхности жидкости и стенкой сосуда.

 

Капиллярность – явление подъема или опускания жидкости в узких сосудах (капиллярах)

 

Высота подъема жидкости в капилляре обратно пропорциональна его радиусу

h =

σ – поверхностное натяжение Н/м

ρ – плотность жидкости

r – радиус капилляра

 

 

Плавление – фазовый переход из кристаллического (твердого) состояния в жидкое.

 

Плавление происходит при определенной температуре.

 

Количество теплоты, необходимое для плавления тела

Q = λm

λ – удельная теплота плавления Дж/кг

 

Кристаллизация – (затвердевание) фазовый переход вещества из жидкого состояния в кристаллическое (твердое)

 

Кристаллизация происходит в результате охлаждения жидкости при определенной температуре.

 

При кристаллизации жидкости происходит скачкообразный переход от неупорядоченного расположения частиц (в жидкости) к упорядоченному (в твердом теле)

 

При кристаллизации жидкости выделяется теплота

Q = - λm

λ – удельная теплота кристаллизации(плавления) Дж/кг

 

По структуре относительного расположения частиц твердые тела делятся на:

- кристаллические

- аморфные

- композиты

 

В кристаллическом состоянии существует периодичность в расположении атомов (дальний порядок)

 

Кристаллическая решетка – пространственная структура в регулярным периодически повторяющимся расположением частиц.

 

Узел кристаллической решетки – положение равновесия, относительно которого происходят тепловые колебания частиц.

 

Полиморфизм – существование различных кристаллических структур одного и того же вещества.

 

Кристаллическое тело может быть монокристаллом и поликристаллом.

 

Монокристалл – твердое тело, частицы которого образуют единую кристаллическую решетку.

 

Анизотропия – зависимость физических свойств вещества от направления.

 

Монокристаллы – анизотропны.

 

Поликристалл – твердое тело, состоящее из беспорядочно ориентированных монокристаллов.

 

Изотропия – независимость физических свойств вещества от направления.

 

Поликристаллы – изотропны.

 

Аморфные тела – твердые тела, для которых характерно неупорядоченное расположение частиц в пространстве.

 

Композиты – твердые тела, в которых атомы располагаются упорядоченно в определенной области пространства, но этот порядок не повторяется с регулярной периодичностью.

 

Деформация – изменение формы и размера твердого тела под действием внешних сил.

 

Различают два вида деформации:

- упругая

- пластическая

 

Упругая деформация – деформация, исчезающая после прекращения действия внешней силы.

 

Пластическая деформация – деформация, сохраняющаяся после прекращения действия внешней силы.

 

Механическое напряжение – физическая величина, равная отношению силы упругости к площади поперечного сечения тела.

σ =

Единица измерения – Па (Паскаль)

 

Закон Гука:

при упругой деформации тела напряжение пропорционально относительному удлинению тела:

σ = Ee

e = - относительное удлинение

Е – модуль Юнга (Па)

 

Предел упругости – максимальное напряжение в материале, при котором деформация еще является упругой.

 

Предел прочности – максимально напряжение, возникающее в теле до его разрушения.

ИСПАРЕНИЕ И КОНДЕНСАЦИЯ(уч.10кл.стр.286-289,290-291)

Условия перехода из газообразной фазы в жидкую через потенциальную и кинетическую энергию молекул

Физический смысл перехода. Формула через энергию и температуру

Определение пара

Определение критической температуры

Зависимость критической температуры от потенциальной энергии молекул газа

Влияние давления на переход газ-жидкость

Сжижение пара при изотермическом сжатии (на примере поршня)

Определение конденсации

Определение испарения

Определение насыщенного пара

График изотермы сжижения пара и физический смысл ее участков

 

Физика процесса испарения (уч.10кл.стр.290)

Понятие удельной теплоты испарения. Определение. Формула

Физика процесса конденсации.

Количество теплоты получаемое при конденсации

 

Процесс перехода вещества из жидкого состояния в газообразное состояние называется парообразованием, обратный процесс превращения вещества из газообразного состояния в жидкое называют конденсацией.

 

Испаряются и твердые тела, но очень медленно. Например, нафталин.

 

 

Существуют два вида парообразования - испарение и кипение.

 

Рассмотрим сначала испарение жидкости.

Явление превращения жидкости в пар называется парообразованием.

Парообразование, происходящее с поверхности жидкости, называется испарением.

Испарением называют процесс парообразования, происходящий с открытой поверхности жидкости при любой температуре.

 

С точки зрения молекулярно-кинетической теории эти процессы объясняются следующим образом. Молекулы жидкости, участвуя в тепловом движении, непрерывно сталкиваются между собой. Это приводит к тому, что некоторые из них приобретают кинетическую энергию, достаточную для преодоления молекулярного притяжения. Такие молекулы, находясь у поверхности жидкости, вылетают из неё, образуя над жидкостью пар (газ).

Испарение происходит тем быстрее, чем выше ее температура.

Скорость испарения зависит от площади поверхности жидкости

 

Одновременно с переходом молекул из жидкости в пар происходит и обратный процесс.

Эти два процесса вылета молекул жидкости и их обратное возвращение в жидкость происходят одновременно.

Если число вылетающих молекул больше числа возвращающихся, то происходит уменьшение массы жидкости - жидкость испаряется, если же наоборот, то количество жидкости увеличивается - наблюдается конденсация пара.

Возможен случай, когда массы жидкости и пара, нахо­дящегося над ней, не меняются. Это возможно, когда число молекул, по­кидающих жидкость, равно числу молекул, возвращающихся в неё.

Такое состояние называется динамическим равновесием, а пар, находящийся в динамическом равновесии со своей жидкостью, называют насыщенным.

Если же между паром и жидкостью нет динамического равновесия, то он называется ненасыщенным.

 

Пар, находящийся в динамическом равновесии со своей жидкостью, называется насыщенным паром.

Пар, не находящийся в динамическом равновесии со своей жидкостью, называется ненасыщенным паром.

 

Насыщенный пар при данной температуре имеет определённую плотность, называемую равновесной.

Это обусловливает неиз­менность равновесной плотности, а следова­тельно, и давления насы­щенного пара от его объ­ёма при неизменной тем­пературе, поскольку уменьшение или увели­чение объёма этого пара приводит к конденсации пара или к испарению жидкости соответственно.

 

Изотерма насыщенного пара при некоторой температуре в координатной плоскости Р, V представляет собой прямую, параллельную оси V.

 

При динамическом равновесии масса жидкости в закрытом сосуде не изменяется, хотя жидкость продолжает испаряться.

 

При ветре, который уносит молекулы жидкости, испарение происходит быстрее, так как меньше молекул возвращается обратно в жидкость.

 

С повышением температуры термодина­мической системы жидкость - насыщенный пар число молекул, поки­дающих жидкость за некоторое время, превышает количество молекул, возвращающихся из пара в жидкость. Это продолжается до тех пор, пока возрастание плотности пара не приводит к установлению динамического равновесия при более высокой температуре. При этом увеличивается и давление насыщенных паров. Таким образом, давление насыщенных паров зависит только от температуры.

Столь быстрое возрастание давления насыщенного пара обусловлено тем, что с повышением температуры происходит рост не только кинетической энергии поступательного движения молекул, но и их концентрации, т.е. числа молекул в единице объема

 

При испарении жидкость покидают наиболее быстрые молекулы, вследствие чего средняя кинетическая энергия поступательного движения оставшихся молекул уменьшается, а следовательно, и температура жидко­сти понижается. Поэтому, чтобы температура испаряющейся жидкости оставалась постоянной, к ней надо непрерывно подводить опре­делённое количество теплоты.

 

Количество теплоты, которое необходимо сообщить единице массы жидкости, для превращения её в пар при неизменной температуре называется удельной теплотой парообразования.

Удельная теплота парообразования зависит от температуры жидкости, уменьшаясь с её повышением.

При конденсации количество теплоты, затраченное на испарение жидкости, выделяется.

 

Конденсация – процесс превращения из газообразного состояния в жидкое.

 

Рассмотрим условия фазового перехода газ – жидкость.

 

У идеального газа средняя потенциальная энергия взаимодействия частиц много меньше средней кинетической энергии.

│Ep│<< kT

(Модуль использован потому, что для сил притяжения потенциальная энергия отрицательна)

 

Для образования жидкости из газа средняя потенциальная энергия притяжения молекул должна превышать их среднюю кинетическую энергию

│Ep│≥ kT

 

Физический смысл этого неравенства в том, что переход из газообразного в жидкое состояние возможен лишь при температуре, меньше некоторой критической температуры:

T < Tкр =

 

Критическая температура – максимальная температура, при которой пар превращается в жидкость.

 

Пар – газообразное состояние вещества при температуре ниже критической.

 

Газ при T>Tкр нельзя перевести в жидкое состояние.

 

Критическая температура зависит от потенциальной энергии взаимодействия молекул и потому различна для разных газов

 

С ростом внешнего давления при сжатии газа уменьшается среднее расстояние между частицами, возрастает сила притяжения между ними и соответственно средняя потенциальная энергия взаимодействия.

 

Рассмотрим сжижение пара при изотермическом сжатии при T<Tкр

 

Конденсация – переход пара из газообразного состояния в жидкое

 

Масса жидкости при конденсации при данном объеме постоянна благодаря равновесию двух встречных процессов: конденсации пара и испарению молекул жидкости.

 

Испарение – парообразование со свободной поверхности жидкости

 

Интенсивность процесса испарения увеличивается с возрастанием температуры жидкости. Поэтому динамическое равновесие между испарением и конденсацией при повышении температуры устанавливается при больших концентрациях молекул газа.

 

Насыщенный пар – пар, находящийся в термодинамическом равновесии со своей жидкостью.

Термодинамическое равновесие – число молекул пара, конденсирующихся за определенный промежуток времени, равно числу молекул жидкости, испаряющихся за это же время.

 

 

Концентрация частиц n постоянна, так как при уменьшении объема V в равной степени уменьшается полное количество частиц N из-за конденсации молекул пара.

Поэтому давление насыщенного пара p = nkT, когда в цилиндре сосуществуют пар и жидкость, остается постоянным (при изотермическом сжатии T = const)

 

После полной конденсации пара возможно незначительное сжатие жидкости. При этом давление резко возрастает из-за малой сжимаемости жидкости.

 

Изотерма при температуре выше критической T>Tкр совпадает с изотермой идеального газа.

 

Давление идеального газа при постоянной концентрации молекул возрастает прямо пропорционально абсолютной температуре.

Так как в насыщенном паре при возрастании температуры концентрация молекул увеличивается, давление насыщенного пара с повышением температуры возрастает быстрее, чем давление идеального газа с постоянной концентрацией молекул.

То есть давление насыщенного пара растет не только вследствие повышения температуры жидкости, но и вследствие увеличения концентрации молекул пара.

 

Главное различие в поведении идеального газа и насыщенного пара состоит в том, что при изменении температуры пара в закрытом сосуде (или при изменении объема при постоянной температуре) меняется масса пара.

 


Дата добавления: 2015-11-14; просмотров: 104 | Нарушение авторских прав


<== предыдущая страница | следующая страница ==>
Паровая или газовая турбина| Энергетические процессы испарения и конденсации

mybiblioteka.su - 2015-2024 год. (0.024 сек.)