Билет #20

1. Процесс перехода вещества из жидкого или твердого состояния в газообразное, происходящий путем вылета молекул из этого вещества, называют парообразованием. Совокупность молекул, вылетевших из вещества, называют паром этого вещества. При определенных условиях наблюдают и обратный процесс — переход газообразного вещества в жидкое состояние. Этот процесс называют конденсацией. Парообразование, происходящее с открытой поверхности вещества при любой температуре, называют испарением. Испарение кристаллических веществ называют сублимацией или возгонкой.

Экспериментально установлены следующие закономерности испарения: а) при одинаковых условиях различные вещества испаряются с различной скоростью (скорость испарения определяется числом молекул, переходящих в пар с 1 м² поверхности вещества за 1 с); б) чем больше площадь испаряющей - поверхности, тем быстрее происходит испарение; в) скорость испарения зависит от плотности паров над открытой поверхностью жидкости (или кристалла); испарение усиливается при движении окружающего воздуха; г) чем выше температура тела, тем быстрее происходит испарение; д) при испарении температура тела понижается; е) испарение продолжается до тех пор, пока все вещество не испарится.

М олекулярно-кинетическая теория объясняет явление испарения так. Молекулы (или атомы), находящиеся на поверхности жидкости (или кристалла), удерживаются силами притяжения со стороны других молекул (или атомов) вещества. Молекула или атом могут вылететь за пределы вещества лишь тогда, когда их кинетическая энергия превышает значение той работы, которую необходимо совершить, чтобы преодолеть силы молекулярного притяжения (работу выхода). Поэтому покинуть вещество могут только быстрые молекулы, обладающие необходимой кинетической энергией. Температура тела определяется средней кинетической энергией составляющих его молекул, поэтому, если быстрые молекулы покинут тело, его температура понизится. Разная скорость испарения из разных веществ объясняется тем, что для каждого вещества существует своя работа выхода молекул. При нагревании вещества испарение возрастает, потому что увеличивается кинетическая энергия молекул.

Если некоторое количество жидкости находится при постоянной температуре в закрытом сосуде, то часть жидкости превращается в пар, а в дальнейшем количество жидкости остается неизменным. Объясняется это тем, что одновременно с процессом парообразования происходит и обратный процесс — конденсация. Сначала число молекул, вылетающих из жидкости за 1 с, больше числа молекул, возвращающихся в жидкость за это же время, поэтому плотность пара над поверхностью жидкости в сосуде возрастает. Это приводит к увеличению числа молекул, возвращающихся обратно в жидкость. Через некоторое время из жидкости начинает вылетать столько же молекул, сколько возвращается в нее. Между паром и жидкостью устанавливается динамическое равновесие, при котором плотность пара над жидкостью становится постоянной. Пар, находящийся в состоянии динамического равновесия со своей жидкостью, называют насыщенным. Давление р_н насыщенного пара зависит только от вещества, из которого он состоит, и от температуры, но не зависит от объема свободной от жидкости части сосуда, в котором находится пар. Независимость давления насыщенного пара от объема объясняется тем, что при уменьшении объема усиливается процесс конденсации пара, а при увеличении объема — процесс испарения жидкости, так что динамическое равновесие между жидкостью и ее насыщенным паром все время сохраняется (пока весь пар не конденсируется или вся жидкость не испарится). Для насыщенного пара величиной, не зависящей от объема (при постоянной температуре), является также его плотность.

С увеличением температуры давление насыщенного пара быстро возрастает. С ростом температуры давление насыщенного пара увеличивается гораздо быстрее, чем давление идеального газа. Происходит это потому, что давление насыщенного пара возрастает не только из-за роста температуры, но и вследствие увеличения плотности пара, вызванного повышением его концентрации (т.е. увеличением числа молекул пара в 1 м³). Давление насыщенного пара может быть приближенно определено по формуле р = nkT, где n — концентрация молекул, k — постоянная Больцмана, Т — термодинамическая температура.

Если в большом объеме находится небольшое количество жидкости, то процесс парообразования преобладает над процессом конденсации. Динамическое равновесие между паром и жидкостью не устанавливается и жидкость с течением времени полностью превращается в пар. Пар, не находящийся в состоянии динамического равновесия со своей жидкостью, называют ненасыщенным Давление и плотность ненасыщенного пара зависят от вещества, из которого состоит пар, от температуры, а также от объема, в котором пар находится. При данной температуре давление ненасыщенного пара всегда меньше давления насыщенного пара. Следовательно, наибольшее давление при данной температуре пар производит, находясь в состоянии насыщения.

2. В проводниках, к которым в пер­вую очередь относятся металлы, имеются заряженные час­тицы, способные перемещаться внутри проводника под влиянием электрическоrо поля. По этой причине заряды этих частиц называют свободными зарядами. В металлах носителями свободных зарядов являются электроны. При образовании металла ero нейтральные aтомы начинают взаимодействовать друr с друrом. Блаrодаря этому взаимодействию электроны внешних оболочек aтомов полностью утрачивают связи со своими атомами и становятся свободными, поэтому они могут перемещаться по металлу.

­

Наличие в проводни­ке свободных зарядов приводит к тому, что даже при наличии внеш­Hero электрическоrо поля внутри проводника напряженность поля равна нулю. Если бы напряжен­ность электрическоrо поля была OT­лична от нуля, то поле приводило бы свободные заряды в упорядочен­ное движение, т. е. в проводнике существовал бы электрический ток.

Выясним, почему при внесении незаряженной пластины в однородное поле, напряженность электростатического поля остается в ней равным нулю.

При внесении пластины в поле возникает электрический ток. Под действием электрическоrо поля электроны пластины начинают перемещаться справа налево. Левая сторона пластины заряжается отрицатель­но, а правая ­ положительно. В этом co­стоит явление электростатической индукции. Появившиеся заряды создают свое поле, которое накладывается на внеш­нее поле и компенсирует ero. За ничтожно малое время за­ряды перераспределяются так, что напряженность резуль­тирующеrо поля внутри пластины становится равной нулю и движение зарядов прекращается. На этом факте основана электростатическая защита. Чтобы защитить чувствительные к электрическому полю приборы, их помещают в металлические ящики.

Внутри проводника при paвновесии зарядов не только напря­женность поляб но и заряд равны нулю. Весь статический заряд проводника cocpe­доточен на ero поверхности. В самом деле, если бы внутри проводника имелся заряд, то вблизи заряда имелось бы и поле. Но электростатическоrо поля внутри проводника нет. Следовательно, заряды в проводнике могут распола­zаться только на eгo поверхности. Этот вывод справед­лив как для незаряженных проводников в электрическом поле, так и для заряженных.

­­­

­У диэлектрика электрически заряженные частицы в нейтральных атомах связаны друr с друrом. Они не MorYT, подобно свободным зарядам проводника, переме­щаться под действием электрическоrо поля по всему объе­му тела.

Существующиетдиэлектрики можно разбить на два вида: полярные, состоящие из таких моле­кул, у которых центры распределения по­ ложительных и отрицательных зарядов несовпадают. (молекула NaCl. Валентный электрон захватывается хлором => центр распределения положительно­ro заряда приходится на ион натрия, а отрицательноrо ­на ион хлора. Такая молекула – диполь)

неполярные, состоящие из атомов или молекул, у которых центры распределе­ния положительных и отрицательных зарядов совпадают (атом водорода. Электрон «бегает» по всей молекулы, поэтому можно сказать, что центры «+» и «-» совпадают)

Различие в строении проводников и диэлектриков приводит к тому, что они по­ разному ведут себя в электростатическом поле. Электрическое поле может существовать внутри диэлектрика.

Полярный диэлектрик состоит из молекул, которые можно рассматривать как электрические диполи. Теп­ловое движение при водит к беспоря­дочной ориентации диполей, поэтому на поверхности диэлектрика, а также и в любом ero объеме, coдep­жащем большое число молекул, электрический заряд в среднем равен нулю. Напряженность электрическоrо поля в диэлектрике в среднем также равна нулю. Поместим диэлектрик между ДBY­мя параллельными металлическими пластинами, несущими заряды проти­воположноrо знака. Если размеры пластин MHoro больше расстояния между ними, то поле между пластинами однородно. Со стороны этоrо поля на каждый электрический ди­поль будут действовать две силы, оди­наковые по модулю, но противопо­ложные по направлению.

Они создадут момент сил, стремящий­ся повернуть диполь так, чтобы ero ось была направлена по силовым ли­

ниям поля. При этом положительные заряды смещаются в направлении электрическоrо поля, а отрицательные ­в противоположную сторону. Смещение положительных и отрицательных связанных зарядов диэлектрика в противоположные стороны называ­ют поляризацией.Однако тепловое движение препятствует созданию упо­рядоченной ориентации всех диполей. Только при темпе­ратуре, стремящейся к абсолютному

нулю, все диполи выстраивались бы вдоль силовых линий. Таким образом, под влиянием поля происходит лишь частичная ориентация электрических диполей. Это означает, что в cpeднем число диполей, ориентированных

вдоль поля, больше чем число дипо­лей, ориентированных против поля. В результате на поверхности диэлектрика возникает связанный заряд. Внутри диэлектрика положительные и отрицательные заряды диполей компенсиру­ют друr друrа и средний поляризованный связанный электрический заряд по­прежнему равен нулю.

Неполярный диэлектрик в элек­трическом поле также поляризуется. Под действием поля положительные и

отрицательные заряды ero молекулы смещаются в противоположные стороныны и центры распределения положи тельноrо и отрицательноrо зарядов пе­рестают совпадать, как и у полярной молекулы. Молекулы растяrиваются. Такие деформированные молекулы можно рассматривать как электрические диполи, оси которых направлены вдоль поля. На поверх­ ностях диэлектрика, примыкающих к заряженным пластинам, появляются связанные заряды, как и при поляризации полярноrо диэлектрика. В результате поляризации возни­

кает поле, создаваемое связанными поляризованными зарядами и направленное против внеш­Hero поля. Если напряженность внешнеrо поля Ео. а напряженность поля, создааемоrо поляризо­ванными зарядами Е, то напряженность поля внутри ди­электрика равна:­E = ξ*ξ₀.

Как видим, поле внутри диэлектрика ослабляется. CTeпень ослабления поля зависит от свойств диэлектрика.

БИЛЕТ #21 БИЛЕТ 21