? Запитання для самоперевірки

1. Чим відрізняються кристалічні тіла від аморфних?

2. Назвіть основні властивості кристалічних тіл.

3. Які основні властивості аморфних тіл?

4. Що називають монокристалом?

5. Які тіла називають полікристалічними?

6. Що таке анізотропія? Ізотропність?

7. Наведіть приклади монокристалічних, полікристалічних і аморфних тіл.

8. Чому протягом усього часу плавлення температура кристалічного тіла не змінюється?

9. Чому аморфні тіла не мають визначеної температури плавлення?

Лабораторна робота №5 Вимірювання відносної вологості повітря

Мета: вивчити методи вимірювання вологості повітря і за допомогою методу психрометра виміряти відносну вологість повітря у фізичному кабінеті

Обладнання: психрометр аспіраційний або побутовий, психрометрична таблиця

Теоретичні відомості

Абсолютна вологість – це кількість водяної пари у повітрі, виражена для зручності в грамах на кубічний метр (г/м³), або це густина ненасиченої пари. Через густину пари можна знаходити й відносну вологість, адже згідно з рівнянням (5.22) тиск пари пропорційний її густині, або відносна вологість дорівнює: %,

де – відповідно густина ненасиченої пари (абсолютна вологість); – густина насиченої водяної пари.

Досить точно відносну вологість повітря вимірюють за допомогою психрометра (див. мал. 5.35).

Хід роботи

1. Ознайомитися з будовою психрометра, за допомогою якого вимірюватиметься відносна вологість повітря.

2. Скласти план досліду.

3. Зняти покази «вологого» і сухого термометрів і за психрометричною таблицею знайти відносну вологість повітря у приміщенні фізичного кабінету.

4. Повторіть дослід.

5. Обчисліть абсолютну і відносну похибки вимірювань. Запишіть здобуті результати з урахуванням похибки вимірювання.

6. Обчисліть кількість водяної пари в кімнаті, зробивши додаткові вимірювання.

7. Порівняйте здобуті результати і зробіть висновок.

§ 37. Приклади розв’язування задач

В особливу групу можна виокремити задачі на визначення вологості. Їх розв’язування у більшості випадків можна звести до розв’язування задач про ідеальний газ. Треба пам’ятати, що відносну вологість φ можна визначати як через густину пари, так і через тиски. , де ρ і – відповідно густина і тиск водяної пари при заданій температурі, а і – густина і тиск насиченої пари при тій же температурі.

Якщо, за умовою задачі, пов’язані температура, тиск і густина насиченої пари, то використовують рівняння Клапейрона – Менделєєва, яке, з урахуванням вологості φ, набуває вигляду:

або .

Задача 1. У закритій посудині об’ємом знаходиться повітря за температури з відносною вологістю . Яка маса водяної пари сконденсується під час охолодження посудини до температури ? Тиск насиченої пари при 25 °С , при 10 °С .

Дано: , К, , К, ,	Розв’язування Тиск водяної пари в посудині: ; . Отже, точка роси відповідає температурі вище . Із рівняння Клапейрона – Менделєєва випливає, що і . Аналогічно, . Маса сконденсованої води ,

де газова стала , молярна маса води ;

.

Відповідь: = 1 г.

Задача 2. Під час пропускання через піпетку 4 см³ рідкої оливи здобуто 304 краплі. Діаметр отвору кінця піпетки 1,2 мм, густина оливи 0,9·10³ кг/м³. Знайти коефіцієнт поверхневого натягу оливи.

Дано: , , , .	Розв’язування Під час витікання рідини з піпетки перед відривом краплі утворюється «шийка», по якій і відбувається розрив поверхневої плівки (мал. 5.44). Вважаючи, що діаметр кінця піпетки дорівнює діаметру шийки , а на краплю діють сила тяжіння і сила поверхневого натягу , знаходимо: .

.

Силу тяжіння можна визначити, знаючи об’єм рідини, що витікає, і кількість крапель :

,

де – маса рідини, що витікає; – її густина. Отже,

;

.

Відповідь: = 0,03 Н/м.

Задача 3. Посудину, в якій була суміш води і льоду, винесли взимку з кімнати на вулицю і почали вимірювати температуру суміші. Маса суміші 8 кг. Отримали графік залежності температури від часу (мал. 5.58). Визначити, яка маса води була в посудині спочатку.

Дано: , , , , хв, хв.

Розв’язування З графіка (мал. 5.58) видно, що за перші 40 хв температура суміші в посудині не змінювалась і дорівнювала 0 ºС. Це означає, що протягом цього часу відбувався процес кристалізації й перетворення води в лід. Теплота, яка виділялася під час кристалізації, поглиналася навколишнім середовищем: . Через 40 хв уся вода перетворилася в лід, і температура льоду в посудині почала знижуватися. Ще через 20 хв температура льоду знизилася на .

Кількість теплоти, що виділилася льодом під час його охолодження на :

.

Відповідно за одиницю часу виділилося:

.

Якщо вважати, що швидкість відведення теплоти від системи була однаковою, то за 40 хв від системи відведено: ,

де – кількість теплоти, яка виділилася під час кристалізації води. Отже . Звідки: ;

Відповідь: = 0,8 кг.

Вправа 11

1 (п). 50 г води повністю випарувалося із склянки за 5 діб. Скільки в середньому молекул вилітало з поверхні води за 1 с?

2 (д). У повітрі насичена водяна пара знаходиться при 30 °С. Визначте масу води, що випала у вигляді роси із 1 м³ повітря під час його охолодження до 15 °С.

3 (д). У кімнаті, об’єм якої = 150 м³, підтримується денна температура = 293 К і відносна вологість φ = 60%. Скільки води виділиться на вікнах, якщо вночі температура знизиться до = 281 К?

4 (д). Тонке алюмінієве кільце радіусом 7,8 см і вагою 7·10^-2 Н дотикається до розчину мила (σ = 40·10^-3 Н/м). Яке зусилля потрібне для відривання кільця від розчину?

5 (с). З якою швидкістю мають летіти назустріч одна одній дві однакові льодинки при температурі – 10 °С, щоб під час удару вони перетворилися в пару?

6 (с). Автомобіль витрачає масу = 5,67 кг бензину на шлях = 50 км. Знайти потужність , що розвивається двигуном автомобіля, якщо швидкість руху = 72 км/год і ККД двигуна η = 22%. Питома теплота згоряння бензину = 45 МДж/кг.

7 (с). На електроплитці потужністю P = 500 Вт, що має ККД η = 40%, нагрівся до кипіння об’єм V = 0,8 л води, що взята при температурі t = 15 °С, і 10% її перетворилось у пару. Як довго тривало нагрівання?

8 (с). Крапля води витікає з кінця скляної трубки d = 1·10^-3 м. Знайти кінетичну енергію краплі через 1 с після початку її вільного падіння.

9 (в). По скляному капіляру зі сторонами його перерізу = 1 мм, = 1,5 мм піднімається на висоту = 5 см рідина, коефіцієнт поверхневого натягу якої 0,040 Н/м. Знайти густину рідини.

10 (в). Під час витікання із бюреток однакових об’ємів рідини, густина якої ρ₁ = 1030 кг/м³ і = 0,073 Н/м, та рідини, густина якої ρ₂ = 800 кг/м³ утворилось = 25 крапель першої рідини і = 80 крапель другої. Визначити коефіцієнт поверхневого натягу цієї рідини.

11 (в). З якою швидкістю свинцева куля має вдаритися об перешкоду, щоб розплавитись, якщо до удару температура кулі була 100 °С? Під час удару в тепло перетворюється 60% енергії кулі.

12 (в). Сірник довжиною 4 см плаває на поверхні води, температура якої 18 °С. Якщо з одного боку від сірника обережно налити розчину мила, то сірник почне рухатись. У який бік він рухатиметься? Яке значення сили, яка рухає сірник?



 Найголовніше у розділі 5

Для глибокого розуміння навчального матеріалу цього розділу слід збагнути його логічну структуру. У цьому розділі ви продовжували вивчати властивості матерії (мал. 5.45).

Три основні положення молекулярно-кінетичної теорії (МКТ) речовини сформульовано на підставі результатів спостережень і дослідів. Для кожного із трьох положень слід навести приклади експериментальних підтверджень.

Потрібно розуміти, що між атомами і молекулами одночасно діють сили притягання і сили відштовхування електромагнітної природи.

Для усвідомлення усіх перетворень, що призводять до одержання рівнянь, законів, величин цього розділу важливо розуміти такі абстрактні поняття, як відносна молекулярна маса М _r, молярна маса , кількість речовини ν. Ви їх вивчали у шкільному курсі хімії. Для їх свідомого засвоєння зробимо декілька зауважень. Потреба у введенні цих понять зумовлена складністю математичних викладок, якими користувались учені, теоретично обґрунтовуючи дослідні дані з вивчення газів та інших речовин, що складаються з величезної кількості частинок дуже малих розмірів. Установлюючи відносну молекулярну масу сполук, учені користувались кратною подільністю маси їх молекули на якийсь еталон маси. Із цих міркувань за еталон було взято 1/12 маси ізотопу карбону . Було введено також поняття кількості речовини і молярної маси. Особливо зазначимо, що певну кількість речовини, відносну молекулярну і молярну масу мають всі речовини, а не тільки ідеальний газ.

На основі прийнятих положень МКТ речовини та експериментальних результатів досліджень газів створено МКТ газів. Для побудови цієї теорії використано модель ідеального газу. На основі цієї моделі і законів класичної механіки виведено основне рівняння МКТ газів ( ). Його називають основним, бо з нього виводяться інші газові закони, зокрема рівняння Клапейрона-Менделєєва, результатами якого є газові закони Авогадро, Бойля – Маріотта , Гей-Люссака, Дальтона, Шарля.

Температура є головним поняттям розділу «Молекулярна фізика і термодинаміка» найбільш пов’язаним з іншими поняттями (мал. 5.46).

Головним поняттям температури залишається і під час вивчення властивостей рідин і твердих тіл (мал. 5.47) від температури залежить стан речовини, її властивості в різних агрегатних станах.

За будь-якої температури рідини відбувається випаровування. За певної визначеної для кожної рідини температури пароутворення відбувається в усьому об’ємі рідини і називається кипінням. Зі зниженням температури до точки роси відбувається конденсація, наприклад, водяної пари.

Унаслідок випаровування води утворюється ненасичена і насичена пара, вміст якої у повітрі визначає абсолютна і відносна вологість. Слід пам’ятати, що насиченою може стати і ненасичена пара, відділена від рідини, якщо її ізотермічно стискати або ізохорно охолоджувати. Температуру, за якої ненасичена пара перетворюється в насичену в результаті охолодження, називають точкою роси. Це спостерігається і під час випадання роси поблизу поверхні Землі.

На межі рідини, твердого тіла і газу (пари) спостерігаються явища поверхневого натягу і змочування, які сприяють виявленню капілярних явищ.

Тверді тіла поділяють на кристалічні та аморфні. Вони мають здатність до деформацій, за якими вивчають механічні властивості, а регулювати ці властивості можна за діаграмою розтягу матеріалу.

Тверді тіла внаслідок плавлення перетворюються в рідини, а внаслідок тверднення рідини стають твердими тілами. Кристалічні тіла плавляться і тверднуть за певної температури, аморфні ж, поступово розм’якшуючись під час нагрівання, перетворюються в рідини. Аморфні тіла не мають і цілком визначеної температури тверднення.

Запропонована логічна структура поелементно конкретизована у змісті навчального матеріалу і стає зрозумілою лише в результаті самостійної наполегливої праці.