С помощью конденсационного гигрометра можно определить абсолютную влажность воздуха по точке росы.
Он представляет собой металлическую коробочку. Ее передняя стенка хорошо отполирована и окружена также отполированным кольцом. Между стенкой и кольцом расположена теплоизолирующая прокладка.
К коробочке подсоединена резиновая груша и вставлен термометр.
Если в коробочку налить легко испаряющуюся жидкость (эфир), то продувая воздух через коробочку с помощью груши, можно вызвать сильное испарение эфира и быстрое охлаждение коробочки.
На полированной поверхности появляются капельки росы. По термометру замечают температуру, при которой они появились. Это и есть точка росы, так как появление росы свидетельствует, что пар стал насыщенным.
По таблице плотности насыщенного водяного пара определяют абсолютную влажность воздуха.
Волосной гигрометр
Действие основано на свойстве человеческого волоса удлиняться при увеличении относительной влажности воздуха. Стрелка на шкале показывает относительную влажность воздуха.
Психрометр
Это прибор для определения влажности воздуха.
Состоит из двух термометров. Один показывает температуру воздуха, второй обмотан тканью, конец которой опущен в воду.
Вода с ткани испаряется и термометр охлаждается.
Чем больше относительная влажность, тем интенсивней идет испарение, тем больше разность показаний термометров.
По разности показаний «сухого» и «влажного» термометров по специальным таблицам определяют относительную влажность воздуха.
Нормальная влажность воздуха в жилых помещениях около 60%. Днем с возрастанием температуры, а значит, с ростом давления, влажность убывает. Ночью, наоборот, относительная влажность возрастает.
КИПЕНИЕ ЖИДКОСТИ(уч.10кл.стр.296-299,уч.8кл.стр.44-45)
Физика кипения
Определение кипения
Определение температуры кипения
Зависимость температуры кипения от давления.
(Пример опреснительной установки)
Неизменность температуры кипения
Критическая температура
Понятие перегретой жидкости.
Испарение происходит с поверхности жидкости при любой температуре.
При определенных условиях процесс парообразования может происходить и внутри жидкости.
Кипение – парообразование, происходящее во всем объеме жидкости при определенной температуре.
Кипение – это интенсивный переход жидкости в пар, происходящий с образованием пузырьков пара по всему объему жидкости при определенной температуре.
При этой температуре, называемой температурой кипения, всплывают и лопаются
многочисленные пузырьки пара, вызывающие характерное бурление жидкости.
Температуру, при которой жидкость кипит, называют температурой кипения.
Во время кипения температура жидкости не меняется.
В жидкости всегда присутствуют растворенные газы, которые выделяются на дне и стенках сосуда, а так же на взвешенных в жидкости пылинках. Пары жидкости, которые находятся внутри пузырьков, являются ненасыщенными.
С увеличением температуры давление насыщенных паров возрастает, пузырьки увеличиваются в размерах. Под действием выталкивающей силы они всплывают.
Если верхние слои жидкости имеют более низкую температуру, то в этих слоях происходит конденсация пара в пузырьках. Давление стремительно падает и пузырьки захлопываются с характерным шумом..
При дальнейшем увеличении температуры жидкость внутри пузырьков с их поверхности испаряются молекулы жидкости. Замкнутый объем пузырька оказывается заполненным не только воздухом, но и насыщенным паром.
С повышением температуры давление насыщенного пара растет быстрее, чем давление воздуха, поэтому в достаточно нагретой жидкости давление внутри пузырька можно считать равным давлению насыщенного пара.
Увеличение объема пузырька происходит, когда давление насыщенного пара внутри него превосходит внешнее давление, равно сумме атмосферного и гидростатического давления столба жидкости.
p = pa + ρgh
При дальнейшем нагреве объем пузырька возрастает. Когда сила Архимеда превосходит силу сцепления пузырька со стенкой сосуда и силу тяжести пузырька mg, он отрывается от стенки и всплывает.
При подъеме в жидкости, имеющей постоянную температуру, пузырьки увеличиваются в объеме в соответствии с законом Бойля-Мариотта, так как внешнее давление по мере всплытия уменьшается.
Всплывшие пузырьки начинают лопаться, когда давление насыщенного пара, которым они наполнены, будет превосходить атмосферное давление:
pнп > pa
Температура кипения – температура, при которой давление насыщенного пара жидкости превосходит внешнее давление на жидкость.
Температура кипения зависит от внешнего давления на жидкость.
Температура кипения жидкости остается постоянной в процессе кипения
Это происходит потому, что вся подводимая к жидкости энергия расходуется на превращение ее в пар. (Каждый лопнувший пузырек охлаждает жидкость)
Зависимость давления насыщенного пара от температуры объясняет, почему температура кипения жидкости зависти от давления на ее поверхность. Кипение начинается при температуре, при которой давление насыщенного пара в пузырьках сравнивается с давлением в жидкости.
Чем больше внешнее давление, тем выше температура кипения.
Кипение начинается при температуре, при которой давление насыщенного пара в пузырьках сравнивается с давлением в жидкости. Чем больше внешнее давление, тем выше температура кипения.
У каждой жидкости своя температура кипения, которая зависит от давления насыщенного пара. Чем выше давление насыщенного пара, тем ниже температура кипения.
При увеличении температуры жидкости увеличивается давление насыщенного пара и одновременно растет его плотность. Плотность жидкости, находящейся в равновесии со своим паром, уменьшается вследствие расширения жидкости при нагревании.
Зависимость плотностей жидкости и ее насыщенного пара от температуры при постоянном объеме.
При некоторой температуре, называемой критической, плотности жидкости и пара сравняются.
Критическая температура – это температура, при которой исчезают различия в физических свойствах между жидкостью и ее насыщенным паром.
При критической температуре плотность и давление насыщенного пара становятся максимальными, а плотность жидкости, находящейся в равновесии с паром, - минимальной.
Особое значение критической температуры состоит в том, что при температуре выше критической ни при каких давлениях газ нельзя обратить в жидкость. Газ, имеющий температуру ниже критической, представляет собой ненасыщенный пар.
Понижение температуры кипения при понижении давления используется в опреснительных установках.
Жидкость, не содержащая газа и находящаяся в сосуде, со стенок которого удален газ, не кипит.
Жидкость, нагретая до температуры, превышающей температуру кипения при нормальном давлении, называется перегретой.
ПОВЕРХНОСТНОЕ НАТЯЖЕНИЕ (уч.10кл.стр.299-302)
Особенности взаимодействия молекул поверхностного слоя
Поверхностное натяжение. Определение.
Поверхностная энергия. Определение. Формула
Сила поверхностного натяжения
Единица и обозначение поверхностного натяжения.
На границе с паром жидкость образует свободную поверхность.
Внутри жидкости результирующая сила притяжения, действующая на молекулу со стороны соседних молекул, равна нулю.
Молекулы поверхностного слоя притягиваются только внутрь жидкости. На поверхности остается такое число молекул, при котором площадь поверхности жидкости оказывается минимальной при данном объеме. Поэтому жидкость при отсутствии силы тяжести или когда она уравновешена силой Архимеда (например: капля масла в спирте), принимает сферическую форму при одном и том же объеме.
Тоже можно наблюдать при свободном падении капель жидкости и в состоянии невесомости.
Молекулы поверхностного слоя оказывают молекулярное давление на жидкость, стягивая ее поверхность к минимуму.
Поверхностное натяжение – явление молекулярного давления на жидкость, вызванное притяжением молекул поверхностного слоя к молекулам внутри жидкости.
Это притяжение обуславливает дополнительную потенциальную энергию молекул на поверхности жидкости.
Поверхностная энергия – дополнительная потенциальная энергия молекул поверхностного слоя жидкости.
Энергия поверхностного слоя жидкости пропорциональна его площади:
Eпов = σS
σ – поверхностное натяжение - коэффициент, характеризующий энергию молекул на единице площади поверхности жидкости Н*м.
Сила поверхностного натяжения – сила, направленная по касательной к поверхности жидкости, перпендикулярно участку контура, ограничивающего поверхность, в сторону ее сокращения.
Рассмотрим опыт с мыльной пленкой на прямоугольнике с подвижной перемычкой.
В отсутствии внешней силы вдоль поверхности жидкости действует сила поверхностного натяжения, которая сокращает к минимуму площадь поверхности пленки. Подвижная перемычка смещается влево.
При равномерном растяжении пленки внешней силой F0, она совершает работу:
A = F0Δx
Вдоль поверхности пленки действуют равные силы поверхностного натяжения F1 и F2 (от двух половинок рамки).
F1 = F2 = Fпов/2
При равновесии перемычки:
F0 = F1 + F2 = Fпов
В процессе растяжения поверхности жидкости (в отличии от растяжения резины) среднее расстояние между молекулами не изменяется. Увеличиваясь, поверхность жидкости заполняется молекулами внутренних слоев. Число молекул и соответственно энергия поверхностного слоя жидкости увеличиваются:
ΔEпов = σΔS
В соответствии с законом сохранения энергии (учитывая, что ΔS = 2 l Δx):
2FповΔx = σΔS = σ 2 l Δx
Сила поверхностного натяжения прямо пропорциональна длине l границы поверхностного слоя:
Fпов = σ l
σ - поверхностное натяжение, характеризующее силу поверхностного натяжения, действующую на единицу длины поверхности (Н*м)
Чем меньше поверхностное натяжение, тем легче жидкость проникает в ткань.
(Например, высокая проникающая способность мыльного раствора объясняется его малым поверхностным натяжением)
СМАЧИВАНИЕ И КАППИЛЯРНОСТЬ (уч.10кл.стр.303-306)
Примеры и физика процесса смачивания.
Определение смачивания
Условия смачивания
Мениск
Угол смачивания
Капиллярность
Поведение жидкости в капилляре
Формула высоты подъема жидкости в каппиляре
Сферическая форма капли жидкости при соприкосновении с поверхностью твердого тела не сохраняется. Изменение формы зависит от свойств жидкости и твердого тела.
Если сила притяжения между молекулами жидкости и твердого тела Fж-т больше, чем силы притяжения между молекулами жидкости Fж, то жидкость смачивает поверхность.
Если сила притяжения между молекулами жидкости и твердого тела Fж-т меньше, чем силы притяжения между молекулами жидкости Fж, то жидкость не смачивает поверхность.
Примеры:
вода смачивает стекло Fжт > Fж
вода не смачивает парафин Fжт < Fж
Смачивание – искривление поверхности жидкости у поверхности твердого тела в результате взаимодействия молекул жидкости с молекулами твердого тела.
Смачивание твердых поверхностей жидкостью характеризуется мениском и углом смачивания.
Мениск – форма поверхности жидкости вблизи стенки сосуда.
Мениск зависит от того, смачивает или не смачивает жидкость стенки сосуда.
Угол смачивания θ – угол между плоскостью, касательной к поверхности жидкости, и стенкой.
Для смачивающей жидкости угол смачивания острый θ < 90o
Для несмачивающей жидкости угол смачивания тупой θ < 90o
В широких сосудах силы притяжения между молекулами твердого тела и жидкости удерживают в виде мениска лишь незначительную часть жидкости. Основная поверхность – горизонтальная. В узких сосудах (капиллярах) масса жидкости невелика и наблюдается явление капиллярности.
Капиллярность – явление подъема или опускания жидкости в капиллярах.
Смачивающая жидкость поднимается в каппиляре. Fжт > Fж
Несмачивающая жидкость опускается в капилляре. Fжт < Fж
Подъем жидкости в капилляре происходит пока результирующая сила, действующая на жидкость вверх, не уравновесится силой тяжести столба жидкости высотой h:
Fв = mg
Жидкость, не смачивающая стенки капилляра, опускается в нем на расстояние h.
Согласно третьему закону Ньютона сила Fв, действующая на жидкость, равна силе поверхностного натяжения Fпов, действующей на стенку по линии соприкосновения ее с жидкостью:
Fв = Fпов
Fв = mg (вес столба жидкости в капилляре)
Fпов = σ 2πr
2πr - длина контура окружности капилляра
σ – поверхностное натяжение жидкости (См.выше «Поверхностное натяжение»)
Масса жидкости m = ρV = ρ πr2h
ρ – плотность жидкости
Высота подъема жидкости в капилляре (учитывая что σ 2πr = ρ πr2h g):
h =
Высота подъема жидкости в капилляре зависит от свойств жидкости (ее поверхностного натяжения σ и плотности ρ)
Чем меньше радиус капилляра, тем выше высота подъема жидкости в капилляре.
КРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ И АМОРФНЫЕ ТЕЛА (уч.10кл.стр.312-317)
Деление тел по характеру относительного расположения частиц
Определение кристаллической решетки
Определение монокристалла и поликристалла. Примеры
Типы кристаллических решеток
Полиморфизм
Анизотропия
Изотропия
Физические свойства веществ различной кристаллической структуры
Определение аморфных тел. Примеры
Композиты
По характеру взаимного расположения частиц твердые тела делятся на три вида:
- кристаллические
- аморфные
- композиты
Принадлежность к тому или иному виду определяется химическим составом.
Кристаллы – это твердые тела, атомы или молекулы которых занимают определенные, упорядоченные положения в пространстве.
Кристаллическая решетка – пространственная структура с регулярным, периодически повторяющимся расположением частиц.
Положения равновесия, относительно которых происходят тепловые колебания частиц, являются узлами кристаллической решетки.
Различаются четыре типа кристаллической решетки:
1) Ионные кристаллы – большинство неорганических соединений, например соли, окиси металлов;
2) Атомные кристаллы – кристаллические решетки полупроводников, многие органические твердые тела;
3) Молекулярные кристаллы – бром, метан, нафталин, парафин, многие твердые органические соединения;
4) Металлические кристаллы – металлы.
Монокристалл – твердое тело, частицы которого образуют единую кристаллическую решетку.
Поликристалл – твердое тело, состоящее из беспорядочно ориентированных монокристаллов.
Полиморфизм – существование различных кристаллических структур у одного и того же вещества.
Пример – алмаз, графит, фурелен – три разновидности углерода.
Кристаллы по разному проводят теплоту и ток в различных направлениях. От направления зависят и оптические свойства кристаллов.
Физические свойства кристаллических тел неодинаковы в различных направлениях.
Это свойство кристаллов называется анизотропностью или анизотропией..
(греческое «анизос» – неравный, «тропос» – направление)
Анизотропия – зависимость физических свойств от направления внутри кристалла.
Изотропия – независимость физических свойств вещества от направления.
Анизотропия объясняется неодинаковой плотностью расположения частиц в кристаллической решетке в разных направлениях. Практически все кристаллические тела анизотропны.
Анизотропия механических, тепловых, электрических и оптических свойств кристаллов объясняется тем, что при упорядоченном расположении атомов, молекул или ионов силы взаимодействия между ними и межатомные расстояния оказываются неодинаковыми по различным направлениям.
Каждый маленький монокристалл поликристаллического тела анизотропен, но поликристаллическое тело изотропно.
Не все твердые тела – кристаллы.
Аморфные тела - твердые тела, для которых характерно неупорядоченное расположение частиц в пространстве.
Аморфные тела не имеют определенной формы в своей структуре строения атома или молекулы, не имеют кристаллической решетки, обладают свойством изотропии.
Все аморфные тела изотропны.
В отличие от жидкостей подвижность частиц в аморфных телах мала. Перескоки из одного положения в другое редки. С ростом температуры перескоки частиц учащаются.
В отличие от кристаллических тел определенной температуры плавления у аморфных тел нет.
Аморфные тела при низких температурах по своим свойствам напоминают твердые тела.
При кратковременных внешних воздействиях аморфные тела ведут себя как твердые, при продолжительном воздействии – текут.
Они занимают промежуточное положение между жидкостями и твердыми телами.
Атомы и молекулы аморфных тел, как и в жидкости, имеют определенное время «оседлой» жизни – время колебаний около положения равновесия, но по сравнению с жидкостью это время велико.
Аморфные тела являются изотропными – у них нет строгого порядка в расположении атомов. Их, физические свойства одинаковы по всем направлениям.
Примерами аморфных тел могут служить куски затвердевшей смолы, янтарь, стекло, резина, пластмассы.
Одно и тоже вещество может находится как в кристаллической, так и в аморфной формах. Например, SiO2 – кристаллическая форма – кварц, аморфная - кремнезем.
В композитах атомы располагаются трехмерно упорядоченно в определенной области пространства, но этот порядок не повторяется с регулярной периодичностью.
Композиты – (дерево, бетон, кость, фибергласс) состоят из различных, связанных друг с другом материалов.
ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ЭНЕРГИИ ПРИ ИЗМЕНЕНИЯХ АГРЕГАТНОГО СОСТОЯНИЯ ВЕЩЕСТВА(уч.10кл.стр.218-224, 309-312,уч.8кл.стр.48-50)
Виды агрегатного состояния вещества
Агрегатные переходы
Твердое тело. Определение и свойства
Жидкое тело. Определение и свойства
Газообразное тело. Определение и свойства. Кинетическая энергия молекул (уч.10кл.стр.223)
Плазма. Определение и свойства (уч.10кл.стр.224)
(ДОБАВИТЬ ПРО ЭНЕРГИЮ)
Физика процесса кристаллизации (уч.10кл.стр.309)
Определение процесса кристаллизации
Условия процесса кристаллизации
Физика процесса плавления
Определение плавления
Удельная теплота плавления. Обозначение. Формула. Единицы измерения
Удельная теплота кристаллизации. Обозначение. Формула. Единицы измерения
Удельная теплота парообразования и конденсации.(уч.8кл.стр.48-50)
Виды и характеристики агрегатных состояний вещества см.выше.
Рассмотрим фазовый переход жидкость-твердое тело
При охлаждении из-за уменьшения кинетической энергии молекулы начинают задерживаться около положений устойчивого равновесия.
Переход вещества из жидкого состояния в твердое называют отвердеванием или кристаллизацией.
Температуру, при которой вещество отвердевает (кристаллизуется), называют температурой отвердевания или кристаллизации.
Кристаллизация (затвердевание) – фазовый переход вещества из жидкого состояния в кристаллическое (твердое)
Кристаллизация возникает при охлаждении жидкости. Сжатия жидкости при кристаллизации не происходит, так как молекулы в жидкости упакованы так же плотно, как и в твердом теле.
При кристаллизации жидкости происходит резкий, скачкообразный переход от неупорядоченного расположения частиц к упорядоченному.
При отвердевании средняя кинетическая энергия и скорость молекул в охлажденном расплавленном веществе уменьшаются. Силы притяжения могут удерживать медленно движущиеся молекулы друг относительно друга. Вследствие этого расположение частиц становится упорядоченным – образуется кристалл.
Выделяющаяся при кристаллизации энергия расходуется на поддержание постоянной температуры (участок EF на графике) Внутренняя энергия вещества при этом уменьшается.
Кристаллизация облегчается, если в жидкости присутствуют какие-либо частички, например пылинки. Они становятся центрами кристаллизации.
Переход вещества из твердого состояния в жидкое называют плавлением.
Температура, при которой вещество плавится, называют температурой плавления.
Плавление – фазовый переход вещества из кристаллического (твердого) состояния в жидкое.
Плавление – процесс обратный кристаллизации.
При повышении температуры твердого тела возрастает кинетическая энергия колебания его молекул и амплитуда их колебаний. При определенной температуре, называемой температурой плавления, кинетическая энергия частиц становится достаточной для их перескакивания в соседнее положение. Твердое тело переходит в жидкое состояние.
Плавление твердого тела происходит при той же температуре, при которой это же вещество отвердевает.
При плавлении кристаллическая решетка разрушается.
Подводимое количество тепла идет на разрушение кристаллической решетки, т.е. на увеличение потенциальной энергии молекул.
Средняя кинетическая энергия молекул при плавлении не изменяется.
Количество теплоты, требуемое для расплавления тела, пропорционально его массе:
Qпл = λm
λ – удельная теплота плавления
Удельная теплота плавления λ – количество теплоты, необходимое для плавления 1 кг вещества при температуре плавления (и нормальном атмосферном давлении)
Единица измерения – Дж/кг
При температуре плавление внутренняя энергия вещества в жидком состоянии больше внутренней энергии такой же массы вещества в твердом состоянии.
При отвердевании(кристаллизации) кристаллического вещества выделяется точно такое же количество теплоты, которое поглощается при его плавлении.
Qкр = - λm
Поэтому λ называется еще удельной теплотой кристаллизации.
В течении всего времени плавления и отвердевания температура не меняется.
Лишь после полного плавления льда или полного превращения воды в лед температура начинает меняться.
Дата добавления: 2015-11-14; просмотров: 118 | Нарушение авторских прав
| <== предыдущая страница | | | следующая страница ==> |
| Относительная влажность воздуха | | | Удельная теплота парообразования |