- •Свириденко о.Ф Конспект лекцій з фізики
- •Основи молекулярної фізики
- •Частина і. Основи молекулярно-кінетичної теорії
- •Тема 1. Основні положення і поняття мкт будови речовини
- •Приклади розв’язування задач
- •Питання для самоперевірки
- •Тема 2. Властивості ідеального газу
- •3. Мікропараметри газу
- •2. Наслідки ор мкт іг
- •7. Види термодинамічних процесів
- •Приклади розв’язування задач
- •8. Методика розв’язування графічних задач на ізопроцеси
- •Питання для самоперевірки
- •Тема 3. Властивості пари
- •1. Властивості випаровування
- •2. Випаровування рідини у герметично закритій посудині
- •3. Властивості насиченої пари
- •Приклади розв’язування задач
- •Питання для самоперевірки
- •Тема 4. Властивості рідин
- •1. Характеристика рідкого стану речовини
- •2. Поверхневий шар рідини
- •3. Спостереження явища поверхневого натягу
- •3. Поняття про в’язкість середовища
- •Приклади розв’язування задач
- •Питання для самоперевірки
- •Тема 5. Властивості Твердого стану речовини
- •2. Ізотропія та анізотропія
- •3. Механічні властивості.
- •2. Класифікація твердих тіл і їх властивості
- •4. Типи кристалів
- •Характеристика різних типів кристалів за типами їх решіток
- •1. Види деформації
- •Пружні – зникають після зняття навантаження, внаслідок чого форма і розміри тіл повністю відновлюються.
- •2. Кількісна характеристика деформації
- •3. Закон пружних деформацій (закон Гука)
- •7. Плавлення і кристалізація
- •9. Теплове розширення тіл
- •Приклади розв’язування задач
- •Питання для самоперевірки
- •Тема 1. Внутрішня енергія і способи її зміни
- •Термодинаміка (тд) вивчає теплові явища і процеси, не враховуючи молекулярну будову речовини.
- •Приклади розв’язування задач
- •ПЩо таке внутрішня енергія?Що називають тепловим двигуном?итання для самоперевірки
- •Тема 2. Закони термодинаміки
- •1. І закон термодинаміки (і зтд) – це закон збереження і перетворення енергії при теплових процесах.
- •3. Застосування і зтд до ізопроцесів
- •Приклади розв’язування задач
- •Питання для самоперевірки
- •Тема 3. Теплові машини (двигуни)
- •3. Цикл Карно
- •4. Способи підвищення ккд тм
- •5. Застосування тм
- •6. Проблеми екології довкілля, пов’язані з використанням тм
- •7. Шляхи зниження шкідливого впливу роботи тм
- •Принцип дії холодильної машини
- •Приклади розв’язування задач
- •ПЩо таке внутрішня енергія?Що називають тепловим двигуном?итання для самоперевірки
- •Рекомендовані джерела інформації
Деформація деталей машин часто є сукупністю кількох постійних деформацій.
Наприклад: при затягуванні гайки за допомогою ключа стержень гвинта зазнає кручення, розтягу, а інколи і згину.
Експерименти з невеликими пружними деформаціями свідчать, що механічна напруга в пружно деформованому тілі прямо пропорційна відносній деформації:
ε = E σ (48)
Цю залежність вперше встановив Р.Гук і тому формула (48) носить назву закону Гука. Тут Е – модуль пружності (модуль Юнга), який залежить від роду речовини і зовнішніх умов.
(49)
Для лінійних пружних деформацій (односторонній розтяг, стиск), враховуючи (46) для Е матимемо:
(50)
тобто Е чисельно дорівнює напрузі, яка видовжує тіло у 2 рази (коли ∆l = l0). [E] = Па.
За законом Гука: сила пружності (яка за ІІІ законом Ньютона дорівнює деформуючій силі з протилежним знаком) прямо пропорційна абсолютному видовженню:
Fпр = k ∆ l , (51)
де k – коефіцієнт жорстокості, що визначає залежність Fпр від роду матеріалу, зовнішніх умов, геометричних розмірів.
Тоді, враховуючи (21), (23), (24), одержимо . Звідки
(52)
*4. Діаграма розтягу – графік залежності напруги σ від відносного видовження ε.
Рис. 33
ОА – область пружних деформацій;
АВ – область пружних деформацій з відносно малими (≤0,1%), непомітними залишковими деформаціями;
ВС – область пластичних деформацій;
СД – область текучості (значної пластичності, що зумовлена
розмноженням дефектів всередині тіла, тобто довжина досліджуваного зразка, значно змінюється);
ДЕ – область повільнішого зростання довжини зразка.
ЕК – утворення шийки – виникнення звуження внаслідок значного збільшення, незважаючи на зменшення деформуючої сили (розривання тіла).
Межа пропорційності σп – максимальна напруга, при якій ще справджується закон Гука.
Межа пружності σпр – максимальна напруга, при якій ще не виникають помітні (не перевищують 0,1%) залишкові деформації.
Межа текучості σт – напруга, при якій починає розвиватись текучість матеріалу.
Межа міцності σм – максимальна напруга, яку витримує матеріал без руйнування.
Зникнення напруги у будь-якій точці на ділянці ВЕ призводить до скорочення зразка по штриховій лінії, яка паралельна ОА, так що зразок має залишкову деформацію εз.
Число, яке показує, у скільки разів межа міцності σм перевищує допустиму напругу σп, називають запасом міцності або коефіцієнтом безпеки
(53)
На практиці σп обирають так, що вона становила лише певну частку σм. Для сталих навантажень n може бути меншим, ніж для змінних. Загалом .
Для підвищення міцності металів їх піддають термічній обробці і обробці тиском, вводять зміцнюючі домішки (легування).
Робота, яка виконується силою пружності Апр, дорівнює енергії пружно деформованого тіла
(54)
7. Плавлення і кристалізація
Плавлення – процес переходу речовини з твердого стану в газоподібний.
Кристалізація (тверднення) – зворотній процес переходу речовини з рідкого стану у твердий.
Властивості плавлення і кристалізації
Властиві тільки кристалічним тілам.
Відбуваються при однаковій температурі, яка не змінюється, поки разом існують тверда і рідка фаза речовини. Ця температура називається температурою плавлення tпл.
У процесі плавлення і кристалізації речовини завжди існує різка межа між твердою і рідкою фазами.
У процесі плавлення об’єм значної більшості речовин збільшується, а в процесі кристалізації – зменшується, а їх густина при цьому змінюється навпаки. Це має велике значення у ливарній справі.
Якщо V речовини при плавленні зростає, збільшення зовнішнього тиску веде до підвищення tпл, якщо V↓, – tпл↓. Але лише велике підвищення тиску помітно змінює tпл.
Сублімація – випаровування твердих тіл. Зворотній процес переходу речовини з газового стану у твердий, минаючи рідкий стан, називається десублімацією.
Теплота плавлення Qпл – кількість теплоти, яка необхідна для перетворення твердого тіла на рідину при сталій температурі tпл
, (55)
де (56)
– питома теплота плавлення – характеризує залежність зміни внутрішньої енергії речовини в процесі її плавлення або кристалізації від роду речовини та зовнішніх умов, і вимірюється кількістю теплоти, яку необхідно затрати для плавлення одиниці маси цієї речовини при температурі плавлення.
[λ] = Дж/кг.
*8. Діаграма станів і фазових переходів речовини – залежність стану і фазових перетворень речовини від зовнішніх умов, яка виражається залежністю тиску від температури, і дозволяє визначити, в якому стані буде знаходитись речовина.
Кожна точка на діаграмі відповідає рівноважному стану речовини (тобто: в ньому речовина може перебувати як завгодно довго). При незмінних зовнішніх умовах (р і Т), які відповідають точкам на лініях ВС, КС, АС дві фази можуть перебувати у стані динамічної рівноваги (при якій з однієї фазу в іншу переходить однакова кількість молекул). Ця рівновага може зберігатися як завгодно довго, якщо енергію не підводять до речовини і не відбирають від неї.
Рис. 33
КС – залежність тиску насиченої пари взятої речовини від температури і відповідає рівновазі рідкої і газової фаз;
АС – залежність від температури тиску насиченої пари, що перебуває над поверхнею твердого тіла і відповідає рівновазі твердої і газової фаз;
ВС – залежність температури плавлення від тиску і відповідає рівновазі рідкої і твердої фаз.
ВС, КС, АС – лінії фазових переходів:
через ВС відбувається плавлення або кристалізація;
через К – випаровування або конденсація;
через АС – сублімація або десублімація.