Контрольні питання

1. Які умови виконання газом роботи? В якому процесі робота не виконується.

2. Від чого залежить внутрішня енергія ідеального газу? Запишіть формулу.

3. Укажіть відомі вам способи зміни внутрішньої енергії.

4. Що таке „вічний двигун першого роду”?

5. Запишіть рівняння теплового балансу в загальному вигляді.

6. Які системи називають теплоізольованими? Наведіть приклади.

7. Зобразіть графічно оборотний та необоротний процес в координатах PV.

8. Сформулюйте постулати Клаузіуса та Кельвіна.

9. Яка будова теплової машини (двигуна)?

10.Чим визначається максимальний ККД? Чи існує вічний двигун 2 роду?

Література

1.Гончаренко С.У. Фізика. Підручник для 10-х кл.середньої загальноосвітньої школи.

К. : Освіта, 2002. .§§31-41

2.Жданов Л. С. , Жданов Г. Л. Фізика для середніх спеціальних навчальних закладів. Підручник.

М., Наука, 1984.§§ 6.1-6.12

Агрегатні стани речовини План

1. Різновиди упорядкованості.

2. Випаровування і конденсація.

3. Парціальний тиск.

4. Кипіння.

5. Вологість повітря.

6. Точка роси.

7. Вимірювачі вологості.

8. Поверхневий натяг.

9. Змочування і незмочування.

10.Капілярні явища.

11.Тверді тіла.

12.Кристалічна решітка.

13.Анізотропія.

14.Аморфні тіла..

15.Плавлення.

16.Теплофізичні характеристики речовини.

Різновиди упорядкованості (на прикладах води і льоду)

У газі (парі) молекули зовсім невпорядковані (а). У рідині розташування молекул не безладне: в більшості рідин є ближній порядок, а в деяких навіть дальній.

Кожну молекулу води оточують 5-6 сусідів, розташованих в основному у вершинах неправильного п'ятикутника. Поблизу іншої молекули сусіди також утворюють п'ятикутник, але іншої форми (б). Порядок у розташуванні молекул речовини, який зберігається тільки поблизу даної молекули ближній порядок.

У твердих тілах (у монокристалах) упорядкованість у межах всієї речовини, тобто дальній порядок (в).

Випаровування рідин і конденсація пари

Випаровування- пароутворення з вільної по­верхні рідини, конденсація - зворотний процес. ("Конденсувати" 0- згущати, ущільнювати, отже утворення інею, снігу теж конденсація.) Якщо випаровування переважає над конденсацією, пара ненасичена. При взаємному зрівноваженні цих процесів пара насичена. При даній температурі: р_{нас пари=}р_макс

чим >Т, тим >р_{нас пари}

Парціальний тиск

При випаровуванні рідини у безповітряний простір над нею р_пари можна вимірювати манометром. Тиск пари, що знаходиться в повітрі, не вимірюється. Барометр вимірює сумарний тиск суміші азоту, кисню і водяної пари, тиск якої

частина загального тиску (парціальний тиск, від "раrt" частина).

Кипіння

Це пароутворення з усієї рідини. У цьому процесі беруть участь газові бульбашки, що є в рідині. Кипіння кожної рідини при незмінному тиску відбувається при цілком певній незмінній температурі. Доки не википить вся рідина, ця температура не зміниться.

Чим >р над рідиною, тим >Т_кип. (Застосування автоклави: медицина, громадське харчування, будівельна індустрія).

Механізм кипіння

Вологість повітря

Абсолютна вологість — це парціальний тиск пари у повітрі або гус­тина цієї пари. Відносна вологість:

Точка роси

Це температура, при якій водяна пара, що міститься в повітрі, стає

насиченою.

(Холодні предмети "запітнівають": вікна в кухні, трава на галявині).

Вимірювачі вологостіі:психрометр, гігрометри :металевий і волосяний

Поверхневий натяг

На молекули рідини у поверхневому шарі діють їх сусіди результуючими силами , які тягнуть молекули всередину рідини. У результаті рідина на межі з повітрям приймає форму з мінімальною поверхнею.

Виникнення поверхневого натягу рідини

Нитяна петля після занурення у мильний розчин натягується по колу, охоплюючому круг мильної плівки.

Вздовж кола 1 розташовано більше молекул рідини, ніж вздовж 2, і сумарна сила їх взаємодії (сила натягу ) більша:

σ — коефіцієнт поверхневого натягу, що характеризує зв'язки між її молекулами залежить від температури і є табличною величиною.

Наприклад: σ_ртуті=0,47 ;

Змочування

Молекула О межує і з твердим тілом, і з повітрям. Результуюча сила, що діє на молекулу, залежить від властивостей рідини, тіла і повітря, а також від фор­ми рідини у точці О, від кута між поверхнею твердого тіла і дотичною до рідини в точці О. Цей кут V називають крайовим.

Якщо θ < 90°, рідина змочує тверде тіло,

якщо θ > 90°, рідина незмочуюча.

Капілярні явища

Змочуюча скляні стінки капіляра рідина підіймається в капілярі на висоту Н і підіймається біля зовнішніх стінок, утворюючи увігнутий меніск (грец. півмісяць). Незмочуюча рідина опускається в капіляр і відходить від зовнішніх стінок, меніск при цьому опуклий. З умови:

F_{пов нат}= F_тяж. висота підіймання рідини в капілярі.

де r- радіус капіляра, - густина рідини.

Капілярність дуже важлива в живому світі (рух вологи в грунті, рух живильних соків у рослинах) і в техніці (підіймання спирту або гасу в ґноті, фарбування тканин і шкіри).

Тверді тіла.

Істинно тверді тіла - кристали. У межах всього тіла дальній порядок зберігається тільки в монокристалах (умовна модель монокристала - кубики, складені в один великий куб (а). У природі монокристали зустрічаються рідко, частіше зустрічаються полікристали. Вони складаються з великого числа маленьких монокристалів (кристалітів, зерен), розташованих один відносно одного неупорядковано (модель полікристала - куб, що розсипався (б).

Кристалічна решітка. Елементарна комірка.

Умовне зображення дальнього порядку в монокристалі - решітка, у вузлах якої атоми, зображувані як матеріальні точки. Найменше утворення, багаторазовим повторенням якого можна одержати монокристал- елементарна комірка. Є 7 основних типів комірок: кубічна (залізо, алюміній, кам'яна сіль), гексагональна (цинк, графіт), тетрагональна, ромбічна і ін.

Анізотропія

Це неоднаковість більшості фізичних властивостей речовини (за винятком теплоємності й густини) в різних напрямах.

Якщо провести по дві прямі через центри найближчих атомів у різних напрямах (1, 2, 3, 4), то відстані між кожною парою прямих (а отже й між відповідними атомними площинами) виявляться різними: сіі і й?₂ максимальні, й?₄ мінімальна. Отже, міцність монокристала була б мінімальною при дії на нього в напрямах 1 і 2.

Полікристали, на відміну від монокристалів, ізотропні (кожен кристаліт анізотропний, але розташовуються

Виникнення анізотропії кристаліти невпорядковано).

Рідкі кристали

Це рідини з дальнім порядком.Їїх більше 3000, багато які з них біологічного походження (мозок людини має складну рідкокристалічну структуру; дезоксирибонуклеїнова кислота - рідкий кристал з величезних молекул). На відміну від твердих кристалів, у рідких кристалах дальній порядок спостерігається тільки в одному напрямі.

Розрізняють:

смектичні кристали, молекули яких паралельні одна одній і розташовані шарами (як у розчині мила у воді);

нематичні кристали, менш упорядковані (їх молекули паралельні, але довільно зсунуті одна відносно одної вздовж своїх осей);

холестеричні (за структурою схожі на нематичні, але їх молекули закручені перпендикулярно своїм довгим осям).

Застосування: цифрова індикація (в тому числі і в годинниках), перетворення інфрачервоного випромінювання у видиме; одержання плоских екранів моніторів; термоіндикація).

Аморфні тіла

Так називають численні речовини (різні смоли, віск, скло, пластмаси), які мають лише ближній порядок. За структурою такі речовини рідини (дуже в'язкі).

Плавлення

При нагріванні кристалічної речовини збільшується амплітуда коливань її молекул, зростає хаотичність їх руху, і при досить високій температурі зникає дальній порядок (речовина плавиться). Хімічно прості кристали плавляться при цілком певній температурі (точка плавлення).

аЬ — нагрівання кристала

Ьс — плавлення

сd — нагрівання рідини (розплаву) dе — кипіння

Аморфні тіла не плавляться, а розм'якшуються (зменшується їх в'язкість)

Графік теплових процесів

Теплофізичні характеристики речовини

1. Питома теплоємність

Чим більшу кількість речовини нагрівають і чим більшої зміни температур Т_кінц- Т_поч = ∆Т треба досягти, тим більше потрібно часу, і тим більший потрібен теплопідвід до речовини:

Для різних речовин однакової m для досягнення однакових ∆T потрібне різне Q:

Коефіцієнт С (від "сарасitу" — ємність) — питома теплоємність.

Ця величина чисельно дорівнює кількості теплоти, яку одержує чи віддає 1 кг речовини при зміні його температури на 1 К.