Dujų, skysčių ir kietųjų medžiagų struktūra.
Pagrindiniai molekulinės kinetinės teorijos principai:
Visos medžiagos sudarytos iš molekulių, o molekulės – iš atomų,
atomai ir molekulės nuolat juda,
Tarp molekulių yra traukos ir atstūmimo jėgos.
IN dujų molekulės juda chaotiškai, atstumai tarp molekulių dideli, molekulinės jėgos mažos, dujos užima visą joms suteiktą tūrį.
IN skysčių molekulės tvarkingai išdėstytos tik nedideliais atstumais, o dideliais atstumais pažeidžiama išdėstymo tvarka (simetrija) - „trumpojo nuotolio tvarka“. Molekulinės traukos jėgos išlaiko molekules arti viena kitos. Molekulių judėjimas yra „šokinėjimas“ iš vienos stabilios padėties į kitą (dažniausiai vieno sluoksnio viduje. Šis judėjimas paaiškina skysčio sklandumą. Skystis neturi formos, bet turi tūrį.
Kietosios medžiagos yra medžiagos, išlaikančios savo formą, skirstomos į kristalines ir amorfines. Kristalinės kietosios medžiagos kūnai turi kristalinę gardelę, kurios mazguose gali būti jonų, molekulių ar atomų. Jie svyruoja stabilių pusiausvyros padėčių atžvilgiu. Kristalinės gardelės visame tūryje turi taisyklingą struktūrą – išsidėstymo „ilgojo nuotolio tvarka“.
Amorfiniai kūnai išlaiko savo formą, bet neturi kristalinės gardelės ir dėl to neturi ryškios lydymosi temperatūros. Jie vadinami užšaldytais skysčiais, nes jie, kaip ir skysčiai, turi „trumpojo nuotolio“ molekulinio išdėstymo tvarką.
Molekulinės sąveikos jėgos
Visos medžiagos molekulės sąveikauja viena su kita per traukos ir atstūmimo jėgas. Molekulių sąveikos įrodymai: drėkinimo reiškinys, atsparumas gniuždymui ir įtempimui, mažas kietųjų medžiagų ir dujų suspaudžiamumas ir kt. Molekulių sąveikos priežastis – įkrautų dalelių elektromagnetinė sąveika medžiagoje. Kaip tai paaiškinti? Atomas susideda iš teigiamai įkrauto branduolio ir neigiamai įkrauto elektronų apvalkalo. Branduolio krūvis lygus bendram visų elektronų krūviui, todėl visas atomas yra elektriškai neutralus. Molekulė, susidedanti iš vieno ar daugiau atomų, taip pat yra elektriškai neutrali. Panagrinėkime molekulių sąveiką naudodami dviejų nejudančių molekulių pavyzdį. Gamtoje tarp kūnų gali egzistuoti gravitacinės ir elektromagnetinės jėgos. Kadangi molekulių masės yra labai mažos, galima nepaisyti nereikšmingų molekulių gravitacinės sąveikos jėgų. Labai dideliais atstumais tarp molekulių taip pat nėra elektromagnetinės sąveikos. Tačiau, mažėjant atstumui tarp molekulių, molekulės pradeda orientuotis taip, kad jų pusės, esančios viena prieš kitą, turės skirtingų ženklų krūvius (apskritai molekulės išlieka neutralios), o tarp molekulių atsiranda patrauklios jėgos. Dar labiau sumažėjus atstumui tarp molekulių, dėl molekulių atomų neigiamo krūvio elektronų apvalkalų sąveikos atsiranda atstumiančios jėgos. Dėl to molekulę veikia traukos ir atstūmimo jėgų suma. Dideliais atstumais vyrauja traukos jėga (2-3 molekulės skersmenų atstumu trauka maksimali), nedideliais atstumimo jėga. Tarp molekulių yra atstumas, kuriame patrauklios jėgos tampa lygios atstumiančioms jėgoms. Tokia molekulių padėtis vadinama stabilios pusiausvyros padėtimi. Molekulės, esančios viena nuo kitos ir sujungtos elektromagnetinėmis jėgomis, turi potencialią energiją. Stabilioje pusiausvyros padėtyje molekulių potenciali energija yra minimali. Medžiagoje kiekviena molekulė vienu metu sąveikauja su daugybe gretimų molekulių, o tai taip pat turi įtakos molekulių minimalios potencialios energijos vertei. Be to, visos medžiagos molekulės yra nuolatiniame judėjime, t.y. turi kinetinę energiją. Taigi medžiagos sandarą ir jos savybes (kietųjų, skystųjų ir dujinių kūnų) lemia santykis tarp minimalios potencialios molekulių sąveikos energijos ir molekulių šiluminio judėjimo kinetinės energijos rezervo.
Kietųjų, skystųjų ir dujinių kūnų sandara ir savybės
Kūnų sandara paaiškinama kūno dalelių sąveika ir jų šiluminio judėjimo pobūdžiu.
Tvirtas
Kietosios medžiagos turi pastovią formą ir tūrį ir yra praktiškai nesuspaudžiamos. Minimali potenciali molekulių sąveikos energija yra didesnė už molekulių kinetinę energiją. Stipri dalelių sąveika. Molekulių šiluminį judėjimą kietoje medžiagoje išreiškia tik dalelių (atomų, molekulių) virpesiai aplink stabilią pusiausvyros padėtį.
Dėl didelių traukos jėgų molekulės praktiškai negali pakeisti savo padėties medžiagoje, tai paaiškina kietųjų kūnų tūrio ir formos nekintamumą. Daugumoje kietųjų kūnų yra erdviškai išdėstytos dalelės, kurios sudaro taisyklingą kristalinę gardelę. Medžiagos dalelės (atomai, molekulės, jonai) yra kristalinės gardelės viršūnėse – mazguose. Kristalinės gardelės mazgai sutampa su stabilios dalelių pusiausvyros padėtimi. Tokios kietosios medžiagos vadinamos kristalinėmis.
Skystis
Skysčiai turi tam tikrą tūrį, bet neturi savo formos, jie įgauna indo, kuriame jie yra, formą. Minimali potenciali molekulių sąveikos energija yra panaši į molekulių kinetinę energiją. Silpna dalelių sąveika. Šiluminis molekulių judėjimas skystyje išreiškiamas vibracijomis aplink stabilią pusiausvyros padėtį tūryje, kurį molekulei suteikia jos kaimynai. Molekulės negali laisvai judėti per visą medžiagos tūrį, tačiau galimi molekulių perėjimai į gretimas vietas. Tai paaiškina skysčio sklandumą ir galimybę keisti jo formą.
Skysčiuose molekulės yra gana tvirtai surištos viena su kita traukos jėgomis, o tai paaiškina skysčio tūrio nekintamumą. Skystyje atstumas tarp molekulių yra maždaug lygus molekulės skersmeniui. Kai atstumas tarp molekulių mažėja (skysčio suspaudimas), atstumiančios jėgos smarkiai padidėja, todėl skysčiai yra nesuspaudžiami. Pagal savo struktūrą ir šiluminio judėjimo pobūdį skysčiai užima tarpinę padėtį tarp kietųjų medžiagų ir dujų. Nors skirtumas tarp skysčio ir dujų yra daug didesnis nei tarp skysčio ir kieto. Pavyzdžiui, lydymosi ar kristalizacijos metu kūno tūris kinta daug kartų mažiau nei garuojant ar kondensuojantis.
Dujos neturi pastovaus tūrio ir užima visą indo, kuriame jos yra, tūrį. Minimali potenciali molekulių sąveikos energija yra mažesnė už molekulių kinetinę energiją. Medžiagos dalelės praktiškai nesąveikauja. Dujoms būdingas visiškas molekulių išsidėstymo ir judėjimo sutrikimas.
Atstumas tarp dujų molekulių yra daug kartų didesnis nei molekulių dydis. Mažos patrauklios jėgos negali išlaikyti molekulių arti viena kitos, todėl dujos gali neribotai plėstis. Dujos lengvai suspaudžiamos veikiant išoriniam slėgiui, nes atstumai tarp molekulių yra dideli, o sąveikos jėgos yra nereikšmingos. Dujų slėgis ant talpyklos sienelių susidaro dėl judančių dujų molekulių poveikio.
Pamoka Nr. 2/5 2
Tema Nr.26: „Skysčio sandaros modelis. Sočiosios ir nesočiosios poros. Oro drėgmė“.
1 Skysčio struktūros modelis
Skystas vienas iš materijos būsenos. Pagrindinė skysčio savybė, išskirianti jį iš kitų agregacijos būsenų, yra galimybė neribotą laiką keisti savo formą, veikiant tangentiniams mechaniniams įtempiams, net ir savavališkai mažiems, praktiškai išlaikant savo tūrį.
1 pav
Skysta būsena paprastai laikoma tarpine tarp kietas ir dujinis : dujos neišlaiko nei tūrio, nei formos, o kieta medžiaga išlaiko abu.
Molekulės skysčiai neturi apibrėžtos padėties, bet tuo pačiu jie neturi visiškos judėjimo laisvės. Tarp jų yra trauka, pakankamai stipri, kad išlaikytų juos šalia.
Skystos būsenos medžiaga egzistuoja tam tikrame diapazone temperatūros , žemiau kurios virstakietos būsenos(vyksta kristalizacija arba transformacija į kietą amorfinę būseną stiklo), viršaus į dujinę (vyksta garavimas). Šio intervalo ribos priklauso nuo spaudimas
Visi skysčiai dažniausiai skirstomi į grynus skysčius ir mišiniai . Kai kurie skysčių mišiniai yra labai svarbūs gyvybei: kraujas, jūros vanduo tt Skysčiai gali atlikti funkciją tirpikliai
Pagrindinė skysčių savybė yra sklandumas. Jei tepate ant skysčio dalies, kuri yra pusiausvyroje išorinė jėga , tada skysčio dalelių srautas atsiranda ta kryptimi, kuria veikia ši jėga: skystis teka. Taigi, veikiamas nesubalansuotų išorinių jėgų, skystis neišlaiko savo formos ir santykinio dalių išdėstymo, todėl įgauna indo, kuriame jis yra, formą.
Skirtingai nuo plastikinių kietų medžiagų, skysčiai neturitakumo stiprumas: pakanka pritaikyti savavališkai mažą išorinę jėgą, kad skystis tekėtų.
Viena iš būdingų skysčio savybių yra ta, kad ji turi tam tikras tūris ( pastoviomis išorinėmis sąlygomis). Skystį itin sunku suspausti mechaniškai, nes skirtingai nei dujų , tarp molekulių yra labai mažai laisvos vietos. Slėgis, veikiamas inde esančiam skysčiui, nekeičiant perduodamas į kiekvieną šio skysčio tūrio tašką ( Paskalio dėsnis , galioja ir dujoms). Ši savybė kartu su labai mažu suspaudžiamumu naudojama hidraulinėse mašinose.
Paprastai skysčių tūris padidėja (plečiasi) kaitinant ir sumažėja (susitraukia) aušinant. Tačiau yra išimčių, pvz. vandens susitraukia kaitinant, esant normaliam slėgiui ir esant temperatūrai nuo 0 °C iki maždaug 4 °C.
Be to, charakterizuojami skysčiai (kaip dujos). klampumas . Jis apibrėžiamas kaip gebėjimas atsispirti vienos dalies judėjimui kitos atžvilgiu, tai yra kaip vidinė trintis.
Kai gretimi skysčio sluoksniai juda vienas kito atžvilgiu, molekulių susidūrimai neišvengiamai įvyksta be tų, kuriuos sukeliašiluminis judėjimas. Atsiranda jėgos, kurios stabdo tvarkingą judėjimą. Šiuo atveju tvarkingo judėjimo kinetinė energija virsta chaotiško molekulių judėjimo šilumine energija.
Skystis inde, paleistas ir paliktas savo įtaisams, palaipsniui sustos, tačiau jo temperatūra kils.Garuose, kaip ir dujose, galima beveik nepaisyti sukibimo jėgų, o judėjimą laikyti laisvu molekulių skrydžiu ir jų susidūrimu tarpusavyje ir su aplinkiniais kūnais (sienos ir indo dugną dengiančiu skysčiu). Skystyje molekulės, kaip ir kietoje, stipriai sąveikauja, laikydamos viena kitą. Tačiau nors kietame kūne kiekviena molekulė išlaiko neribotą laiką apibrėžtą pusiausvyros padėtį kūno viduje ir jos judėjimas sumažinamas iki svyravimo aplink šią pusiausvyros padėtį, judėjimo skystyje pobūdis yra skirtingas. Skysčių molekulės juda daug laisviau nei kietosios, nors ir ne taip laisvai kaip dujų molekulės. Kiekviena skysčio molekulė tam tikrą laiką juda šen bei ten, tačiau nenutoldama nuo savo kaimynų. Šis judėjimas primena kietos molekulės vibraciją aplink jos pusiausvyros padėtį. Tačiau karts nuo karto skysčio molekulė ištrūksta iš savo aplinkos ir persikelia į kitą vietą, atsidurdama naujoje aplinkoje, kur vėl kurį laiką atlieka judesį, panašų į vibraciją.
Taigi skysčių molekulių judėjimas yra kažkas panašaus į judesių mišinį kietoje ir dujose: „svyruojantis“ judėjimas vienoje vietoje pakeičiamas „laisvu“ perėjimu iš vienos vietos į kitą. Pagal tai skysčio struktūra yra kažkas tarp kietosios medžiagos ir dujų struktūros. Kuo aukštesnė temperatūra, t.y., kuo didesnė skysčio molekulių kinetinė energija, tuo didesnį vaidmenį atlieka „laisvas“ judėjimas: tuo trumpesni molekulės „vibracinės“ būsenos intervalai ir dažniau „laisvieji“ perėjimai, t.y. , tuo labiau skystis tampa panašus į dujas. Esant pakankamai aukštai kiekvienam skysčiui būdingai temperatūrai (vadinamajai kritinei temperatūrai), skysčio savybės nesiskiria nuo labai suslėgtų dujų savybių.
2 Sočiosios ir nesočiosios poros ir jų savybės
Virš laisvo skysčio paviršiaus visada yra šio skysčio garų. Jei indas su skysčiu nėra uždarytas, tada garų dalelių koncentracija pastovioje temperatūroje gali svyruoti plačiose ribose, žemyn ir aukštyn.
Garinimo procesas uždaroje erdvėje(uždara talpa su skysčiu)gali atsirasti tam tikroje temperatūroje tik iki tam tikros ribos. Tai paaiškinama tuo, kad garų kondensacija vyksta tuo pačiu metu, kai išgaruoja skystis. Pirma, per 1 s iš skysčio išskrendančių molekulių skaičius yra didesnis nei grįžtančių atgal, tankis, taigi ir garų slėgis, didėja. Dėl to padidėja kondensacijos greitis. Po kurio laiko susidaro dinaminė pusiausvyra, kai garų tankis virš skysčio tampa pastovus.
Garai, esantys dinaminėje pusiausvyroje su skysčiu, vadinami sočiaisiais garais. Garai, kurie nėra dinaminės pusiausvyros su skysčiu būsenoje, vadinami nesočiaisiais.
Patirtis rodo, kad nesočiosios poros paklūsta viskam dujų įstatymai , ir kuo tiksliau, tuo toliau nuo prisotinimo sotieji garai pasižymi šiomis savybėmis.
- sočiųjų garų tankis ir slėgis tam tikroje temperatūroje – tai didžiausias tankis ir slėgis, kurį garai gali turėti tam tikroje temperatūroje;
- Sočiųjų garų tankis ir slėgis priklauso nuo medžiagos rūšies. Kuo mažesnė skysčio savitoji garavimo šiluma, tuo greičiau jis išgaruoja ir tuo didesnis jo garų slėgis ir tankis;
- sočiųjų garų slėgį ir tankį vienareikšmiškai lemia jo temperatūra (nepriklauso nuo to, kaip garai pasiekė šią temperatūrą: kaitinant ar vėsinant);
- slėgis ir garų tankis sparčiai didėja kylant temperatūrai (1 pav., a, b).
Patirtis rodo, kad kaitinant skystį skysčio lygis uždarame inde mažėja. Dėl to didėja garų masė ir tankis. Stipresnis sočiųjų garų slėgio padidėjimas, palyginti su idealiomis dujomis (Gay-Lussac dėsnis netaikomas sotiesiems garams), paaiškinamas tuo, kad čia slėgis didėja ne tik dėl padidėjusios molekulių vidutinės kinetinės energijos. (kaip idealiose dujose), bet ir dėl didėjančios molekulių koncentracijos;
- esant pastoviai temperatūrai, sočiųjų garų slėgis ir tankis nepriklauso nuo tūrio. Palyginimui, 2 paveiksle parodytos idealių dujų (a) ir sočiųjų garų (b) izotermos.
Ryžiai. 2
Patirtis rodo, kad izoterminio plėtimosi metu skysčio lygis inde mažėja, o suspaudimo metu didėja, t.y. garų molekulių skaičius kinta taip, kad garų tankis išlieka pastovus.
3 Drėgmė
Oras, kuriame yra vandens garų, vadinamasšlapias . Norint apibūdinti vandens garų kiekį ore, įvedami keli dydžiai: absoliuti drėgmė, vandens garų slėgis ir santykinė drėgmė.
Absoliuti drėgmėρ oras yra kiekis, lygus vandens garų, esančių 1 m, masei 3 oras (t. y. vandens garų tankis ore tam tikromis sąlygomis).
Vandens garų slėgis p yra dalinis ore esančių vandens garų slėgis. Absoliučios drėgmės ir elastingumo SI vienetai yra atitinkamai kilogramas kubiniam metrui (kg/m 3) ir paskalis (Pa).
Jei žinoma tik absoliuti drėgmė arba vandens garų slėgis, vis tiek neįmanoma įvertinti, koks oras sausas ar drėgnas. Norėdami nustatyti oro drėgmės laipsnį, turite žinoti, ar vandens garai yra arti, ar toli nuo prisotinimo.
Santykinė drėgmė oras φ yra absoliučios drėgmės ir tankio santykis, išreikštas procentaisρ 0 sočiųjų garų tam tikroje temperatūroje (arba vandens garų slėgio ir slėgio santykis). 0 p sočiųjų garų tam tikroje temperatūroje):
Kuo mažesnis santykinis oro drėgnumas, tuo toliau garai yra nuo prisotinimo, tuo intensyviau vyksta garavimas. Sočiųjų garų slėgis 0 p esant tam tikrai temperatūros lentelės vertei. Vandens garų slėgis (taigi ir absoliuti drėgmė) nustatomas pagal rasos tašką.
Izobariškai atvėsus iki temperatūros t p garai tampa prisotinti ir jo būsena pavaizduota tašku IN . Temperatūra tp , kai vandens garai tampa prisotinti vadinami rasos taškas . Atvėsus žemiau rasos taško, prasideda garų kondensacija: atsiranda rūkas, krenta rasa, rasoja langai.
4 Oro drėgmės matavimas
Oro drėgmei matuoti naudojami matavimo prietaisai higrometrai. Yra keletas higrometrų tipų, tačiau pagrindiniai yra šie: plaukai ir psichrometrinis.
Kadangi sunku tiesiogiai išmatuoti vandens garų slėgį ore, matuojama santykinė oro drėgmėnetiesiogiai.
Veikimo principasplaukų higrometrasremiantis nuriebalintų plaukų savybėmis (žmonių ar gyvūnų)pakeisti savo ilgįpriklausomai nuo oro, kuriame jis yra, drėgnumo.
Plaukai ištemptas ant metalinio rėmo. Plaukų ilgio pokytis perduodamas pagal skalę judančią rodyklę. Žiemą plaukų higrometras yra pagrindinis prietaisas lauko oro drėgmei matuoti.
Tikslesnis higrometras yra psichrometrinis higrometras psichrometras
(kita graikų kalba „psychros“ reiškia šaltį).
Yra žinoma, kad santykinė oro drėgmė priklauso garavimo greitis.
Kuo mažesnė oro drėgmė, tuo lengviau drėgmė išgaruoja.
Psichrometras turi du termometrai . Vienas yra įprastas, jie taip vadina sausas Jis matuoja aplinkos oro temperatūrą. Kito termometro lemputė įvyniojama į medžiaginį dagtį ir įdedama į indą su vandeniu. Antrasis termometras rodo ne oro, o šlapio dagčio temperatūrą, iš čia ir kilo pavadinimas drėkinamas termometras. Kuo mažesnė oro drėgmė, tuo intensyvesnis iš dagčio išgaruoja drėgmė, kuo didesnis šilumos kiekis per laiko vienetą pašalinamas iš sudrėkinto termometro, tuo mažesni jo rodmenys, todėl tuo didesnis skirtumas tarp sauso ir drėgno termometro rodmenų.
Rasos taškas nustatomas naudojant higrometrus. Kondensato higrometras yra metalinė dėžutė A , priekinė siena KAM kuris gerai nupoliruotas (2 pav.) Dėžutės viduje įpilamas lengvai garuojantis skystas eteris ir įstatomas termometras. Oro praleidimas per dėžutę naudojant guminę lemputę G , sukelia stiprų eterio išgaravimą ir greitą dėžutės aušinimą. Termometras matuoja temperatūrą, kuriai esant rasos lašeliai atsiranda ant poliruoto sienos paviršiaus. KAM . Slėgis greta sienos esančioje srityje gali būti laikomas pastoviu, nes ši sritis bendrauja su atmosfera, o slėgio sumažėjimas dėl aušinimo kompensuojamas garų koncentracijos padidėjimu. Rasos atsiradimas rodo, kad vandens garai tapo prisotinti. Žinodami oro temperatūrą ir rasos tašką, galite sužinoti dalinį vandens garų slėgį ir santykinę drėgmę.
Ryžiai. 2
5 uždaviniai, kuriuos reikia išspręsti savarankiškai
1 problema
Lauke šaltas rudens lietus. Kokiu atveju greičiau išdžius virtuvėje kabantys skalbiniai: atidarius langą ar uždarius? Kodėl?
2 problema
Oro drėgnumas yra 78%, o sausos lemputės rodmuo yra 12 °C. Kokią temperatūrą rodo drėgnas termometras?(Atsakymas: 10 °C.)
3 problema
Sausų ir šlapių termometrų rodmenų skirtumas yra 4 °C. Santykinė oro drėgmė 60%. Kokie yra sausos ir šlapios lemputės rodmenys?(Atsakymas: t c -l9 °С, t m = 10 °С.)
1. Skysčių sandaros modelis. Sočiosios ir nesočiosios poros; sočiųjų garų slėgio priklausomybė nuo temperatūros; verdantis. Oro drėgmė; rasos taškas, higrometras, psichrometras.
Garavimas - garavimas, vykstantis bet kurioje temperatūroje nuo laisvo skysčio paviršiaus. Šiluminio judėjimo metu bet kokioje temperatūroje skysčio molekulių kinetinė energija reikšmingai neviršija jų jungties su kitomis molekulėmis potencialios energijos. Garavimą lydi skysčio aušinimas. Garavimo greitis priklauso nuo: atviro paviršiaus ploto, temperatūros ir molekulių koncentracijos šalia skysčio.
Kondensatas- medžiagos perėjimo iš dujinės būsenos į skystąją būseną procesas.
Skysčio išgarinimas uždarame inde esant pastoviai temperatūrai palaipsniui didina garuojančios medžiagos molekulių koncentraciją dujinėje būsenoje. Praėjus kuriam laikui nuo garavimo pradžios, dujinės būsenos medžiagos koncentracija pasieks tokią vertę, kuriai esant molekulių, grįžtančių į skystį, skaičius taps lygus molekulių, išeinančių iš skysčio per tą patį laiką, skaičiui. Įdiegta dinaminė pusiausvyra tarp garavimo ir medžiagos kondensacijos procesų.
Dujinės būsenos medžiaga, kuri yra dinaminėje pusiausvyroje su skysčiu, vadinama sočiųjų garų. (Garai – tai molekulių, kurios palieka skystį garavimo proceso metu, rinkinys.) Garai, kurių slėgis mažesnis už sočiųjų, vadinami nesočiaisiais.
Dėl nuolatinio vandens garavimo nuo rezervuarų paviršių, dirvožemio ir augalijos, taip pat žmonių ir gyvūnų kvėpavimo atmosferoje visada yra vandens garų. Todėl atmosferos slėgis yra sauso oro ir jame esančių vandens garų slėgio suma. Vandens garų slėgis bus didžiausias, kai oras bus prisotintas garų. Sotieji garai, skirtingai nei nesotieji garai, nepaklūsta idealių dujų dėsniams. Taigi sočiųjų garų slėgis nepriklauso nuo tūrio, o priklauso nuo temperatūros. Šios priklausomybės negalima išreikšti paprasta formule, todėl, remiantis eksperimentiniu sočiųjų garų slėgio priklausomybės nuo temperatūros tyrimu, buvo sudarytos lentelės, iš kurių galima nustatyti jo slėgį esant skirtingoms temperatūroms.
Vandens garų slėgis ore tam tikroje temperatūroje vadinamas absoliuti drėgmė. Kadangi garų slėgis yra proporcingas molekulių koncentracijai, absoliučią drėgmę galima apibrėžti kaip vandens garų, esančių ore tam tikroje temperatūroje, tankį, išreikštą kilogramais kubiniame metre (p).
Santykinė drėgmė yra vandens garų tankio (arba slėgio) ore tam tikroje temperatūroje ir vandens garų tankio (arba slėgio) toje temperatūroje santykis. ta pati temperatūra, išreikšta procentais, t.y.
Žmonėms palankiausia vidutinių klimato platumų santykinė oro drėgmė 40-60%.
Sumažinus oro temperatūrą, jame esantys garai gali būti prisotinti.
rasos taškasyra temperatūra, kuriai esant ore esantys garai prisotinami. Pasiekus rasos tašką ore arba ant daiktų, su kuriais jis liečiasi, vandens garai pradeda kondensuotis. Oro drėgmei nustatyti naudojami prietaisai, vadinami higrometrais ir psichrometrais.
Molekulinės-kinetinės idėjos apie materijos struktūrą paaiškina skysčių, dujų ir kietųjų medžiagų savybių įvairovę. Tarp materijos dalelių vyksta elektromagnetinė sąveika – jos viena kitą traukia ir atstumia naudodamos elektromagnetines jėgas. Esant labai dideliems atstumams tarp molekulių, šios jėgos yra nereikšmingos.
Molekulinės sąveikos jėgos
Tačiau vaizdas pasikeičia, jei atstumas tarp dalelių sumažėja. Neutralios molekulės pradeda orientuotis erdvėje taip, kad vienas į kitą atsukti paviršiai ima turėti priešingo ženklo krūvius ir tarp jų pradeda veikti patrauklios jėgos. Tai atsitinka, kai atstumas tarp molekulių centrų yra didesnis nei jų spindulių suma.
Jei ir toliau mažinate atstumą tarp molekulių, jos pradeda atstumti dėl panašiai įkrautų elektronų apvalkalų sąveikos. Taip atsitinka, kai sąveikaujančių molekulių spindulių suma yra didesnė už atstumą tarp dalelių centrų.
Tai yra, dideliais tarpmolekuliniais atstumais vyrauja trauka, o artimuose – atstūmimas. Bet tarp dalelių yra tam tikras atstumas, kai jos yra stabilioje pusiausvyros padėtyje (traukos jėgos lygios atstumiančioms jėgoms). Šioje padėtyje molekulės turi mažiausią potencialią energiją. Molekulės taip pat turi kinetinę energiją, nes jos nuolat juda.
Taigi dalelių sąveikos ryšių stiprumas išskiria tris materijos būsenas: kietą, dujinę ir skystąją bei paaiškina jų savybes.
Kaip pavyzdį paimkime vandenį. Vandens dalelių dydis, forma ir cheminė sudėtis išlieka tokia pati, nesvarbu, ar tai kieta medžiaga (ledas), ar dujos (garai). Tačiau tai, kaip šios dalelės juda ir yra išdėstytos, kiekvienoje būsenoje skiriasi.
Kietosios medžiagos
Kietosios medžiagos išlaiko savo struktūrą ir gali būti įtrūkusios arba sulaužytos jėga. Negalite pereiti per stalą, nes ir jūs, ir stalas esate tvirti. Kietosios dalelės turi mažiausią energijos kiekį iš trijų tradicinių materijos būsenų. Dalelės yra išdėstytos tam tikra struktūrine seka, tarp jų labai mažai vietos.
Jie laikomi kartu pusiausvyroje ir gali tik vibruoti aplink fiksuotą padėtį. Šiuo atžvilgiu kietosios medžiagos turi didelio tankio Ir fiksuota forma ir tūris. Jei stalą paliksite ramybėje kelioms dienoms, jis neišsiplės, o plonas medienos sluoksnis per visą grindį neužpildys patalpos!
Skysčiai
Kaip ir kietoje medžiagoje, skystyje esančios dalelės yra supakuotos arti viena kitos, tačiau išsidėsčiusios atsitiktinai. Skirtingai nuo kietųjų medžiagų, žmogus gali prasiskverbti per skystį, taip yra dėl tarp dalelių veikiančios traukos jėgos susilpnėjimo. Skystyje dalelės gali judėti viena kitos atžvilgiu.
Skysčiai turi fiksuotą tūrį, bet neturi fiksuotos formos. Jie padarys srautas veikiamas gravitacinių jėgų. Tačiau kai kurie skysčiai yra klampesni nei kiti. Klampus skystis turi stipresnę molekulių sąveiką.
Skystos molekulės turi daug daugiau kinetinės energijos (judesio energijos) nei kietos, bet daug mažiau nei dujos.
Dujos
Dujose esančios dalelės yra toli viena nuo kitos ir išsidėsčiusios atsitiktinai. Ši materijos būsena turi didžiausią kinetinę energiją, nes tarp dalelių praktiškai nėra patrauklių jėgų.
Dujų molekulės nuolat juda visomis kryptimis (bet tik tiesia linija), susiduria viena su kita ir su indo, kuriame jos yra, sienelėmis – tai sukelia spaudimas.
Dujos taip pat plečiasi, kad visiškai užpildytų talpyklos tūrį, nepaisant jo dydžio ar formos - dujos neturi fiksuotos formos ar tūrio.
Visa negyva medžiaga susideda iš dalelių, kurios gali elgtis skirtingai. Dujinių, skystų ir kietų kūnų struktūra turi savo ypatybes. Kietosiose medžiagose esančios dalelės yra laikomos kartu, nes yra labai arti viena kitos, todėl jos yra labai stiprios. Be to, jie gali išlaikyti tam tikrą formą, nes jų mažiausios dalelės praktiškai nejuda, o tik vibruoja. Molekulės skysčiuose yra gana arti viena kitos, tačiau gali laisvai judėti, todėl neturi savo formos. Dujose esančios dalelės juda labai greitai ir paprastai aplink jas yra daug erdvės, todėl jas galima lengvai suspausti.
Kietųjų kūnų savybės ir struktūra
Kokia yra kietųjų kūnų struktūra ir struktūrinės ypatybės? Jie susideda iš dalelių, kurios yra labai arti viena kitos. Jie negali judėti, todėl jų forma išlieka fiksuota. Kokios yra kietosios medžiagos savybės? Jis nesusispaudžia, bet kaitinant jo tūris padidės kylant temperatūrai. Taip atsitinka todėl, kad dalelės pradeda vibruoti ir judėti, todėl tankis mažėja.
Viena iš kietųjų medžiagų savybių yra ta, kad jos turi pastovią formą. Kai kieta medžiaga įkaista, dalelių judėjimas didėja. Greičiau judančios dalelės smarkiau susiduria, todėl kiekviena dalelė stumia savo kaimynus. Todėl pakilus temperatūrai dažniausiai padidėja kūno jėga.
Kietųjų kūnų kristalinė struktūra
Tarpmolekulinės sąveikos jėgos tarp gretimų kietosios medžiagos molekulių yra pakankamai stiprios, kad išlaikytų jas fiksuotoje padėtyje. Jei šios mažiausios dalelės yra labai tvarkingos konfigūracijos, tokios struktūros paprastai vadinamos kristalinėmis. Elemento ar junginio dalelių (atomų, jonų, molekulių) vidinės tvarkos klausimus sprendžia specialus mokslas – kristalografija.
Kietosios medžiagos taip pat yra ypač įdomios. Tyrinėdami dalelių elgseną ir jų struktūrą, chemikai gali paaiškinti ir numatyti, kaip tam tikros medžiagos elgsis tam tikromis sąlygomis. Smulkiausios kietosios medžiagos dalelės yra išsidėsčiusios grotelėje. Tai vadinamasis reguliarus dalelių išsidėstymas, kur svarbų vaidmenį atlieka įvairūs cheminiai ryšiai tarp jų.
Kietojo kūno sandaros juostos teorija jį laiko atomų rinkiniu, kurių kiekvienas savo ruožtu susideda iš branduolio ir elektronų. Kristalinėje struktūroje atomų branduoliai išsidėstę kristalinės gardelės mazguose, kuriems būdingas tam tikras erdvinis periodiškumas.
Kokia yra skysčio struktūra?
Kietųjų kūnų ir skysčių struktūra yra panaši, nes dalelės, iš kurių jie susideda, yra iš arti. Skirtumas tas, kad molekulės juda laisvai, nes traukos jėga tarp jų yra daug silpnesnė nei kietame kūne.
Kokias savybes turi skystis? Pirmasis yra sklandumas, o antrasis - skystis įgaus indo, į kurį jis dedamas, formą. Jei pašildysite, tūris padidės. Dėl to, kad dalelės yra labai arti viena kitos, skystis negali būti suspaustas.
Kokia yra dujinių kūnų sandara ir sandara?
Dujų dalelės išsidėsčiusios atsitiktinai, yra taip toli viena nuo kitos, kad tarp jų negali atsirasti jokios traukos jėgos. Kokias savybes turi dujos ir kokia yra dujinių kūnų sandara? Paprastai dujos tolygiai užpildo visą erdvę, kurioje jos buvo patalpintos. Lengvai susispaudžia. Dujinio kūno dalelių greitis didėja didėjant temperatūrai. Tuo pačiu metu padidėja slėgis.
Dujinių, skystų ir kietų kūnų struktūrai būdingi skirtingi atstumai tarp mažiausių šių medžiagų dalelių. Dujų dalelės yra daug toliau viena nuo kitos nei kietosios ar skystosios dalelės. Pavyzdžiui, ore vidutinis atstumas tarp dalelių yra maždaug dešimt kartų didesnis už kiekvienos dalelės skersmenį. Taigi molekulių tūris užima tik apie 0,1% viso tūrio. Likę 99,9% yra tuščia vieta. Priešingai, skystos dalelės užpildo apie 70% viso skysčio tūrio.
Kiekviena dujų dalelė laisvai juda tiesiu keliu, kol susiduria su kita dalele (dujomis, skysčiu ar kieta medžiaga). Dalelės dažniausiai juda gana greitai, o susidūrusios dviem atsimuša viena nuo kitos ir toliau keliauja vienos. Šie susidūrimai keičia kryptį ir greitį. Šios dujų dalelių savybės leidžia dujoms plėstis, kad užpildytų bet kokią formą ar tūrį.
Valstybės pasikeitimas
Dujinių, skystų ir kietų kūnų struktūra gali pasikeisti, jei juos veikia tam tikras išorinis poveikis. Tam tikromis sąlygomis, pavyzdžiui, kaitinant ar vėsinant, jie netgi gali virsti vienas kito būsenomis.
- Garavimas. Skystų kūnų struktūra ir savybės leidžia jiems tam tikromis sąlygomis transformuotis į visiškai kitokią fizinę būseną. Pavyzdžiui, jei netyčia išpylėte benziną pildydami savo automobilį, galite greitai pastebėti aštrų jo kvapą. Kaip tai atsitinka? Dalelės juda visame skystyje ir galiausiai pasiekia paviršių. Jų nukreiptas judesys gali nešti šias molekules už paviršiaus į erdvę virš skysčio, tačiau gravitacija jas trauks atgal. Kita vertus, jei dalelė juda labai greitai, ji nuo kitų gali atsiskirti dideliu atstumu. Taigi, padidėjus dalelių greičiui, kuris paprastai atsiranda kaitinant, vyksta garavimo procesas, tai yra, skystis virsta dujomis.
Kūnų elgesys esant skirtingoms fizinėms būsenoms
Dujų, skysčių ir kietųjų medžiagų struktūrą daugiausia lemia tai, kad visos šios medžiagos susideda iš atomų, molekulių ar jonų, tačiau šių dalelių elgesys gali būti visiškai kitoks. Dujų dalelės yra atsitiktinai išdėstytos viena nuo kitos, skysčių molekulės yra arti viena kitos, tačiau jos nėra tokios standžios struktūros kaip kietoje medžiagoje. Dujų dalelės vibruoja ir juda dideliu greičiu. Skysčio atomai ir molekulės vibruoja, juda ir slysta vienas pro kitą. Vibruoti gali ir kieto kūno dalelės, tačiau judėjimas kaip toks joms nebūdingas.
Vidinės struktūros ypatybės
Norėdami suprasti materijos elgesį, pirmiausia turite ištirti jos vidinės struktūros ypatybes. Kokie vidiniai skirtumai tarp granito, alyvuogių aliejaus ir helio balione? Į šį klausimą padės atsakyti paprastas materijos sandaros modelis.
Modelis yra supaprastinta realaus objekto ar medžiagos versija. Pavyzdžiui, prieš pradedant faktines statybas, architektai pirmiausia sukonstruoja statybos projekto modelį. Toks supaprastintas modelis nebūtinai reiškia tikslų aprašymą, tačiau tuo pat metu jis gali apytiksliai suprasti, kokia bus konkreti struktūra.
Supaprastinti modeliai
Tačiau moksle modeliai ne visada yra fiziniai kūnai. Praėjusį šimtmetį žmonių supratimas apie fizinį pasaulį labai išaugo. Tačiau didžioji dalis sukauptų žinių ir patirties yra paremta itin sudėtingomis sąvokomis, tokiomis kaip matematinės, cheminės ir fizikinės formulės.
Norint visa tai suprasti, reikia pakankamai gerai išmanyti šiuos tiksliuosius ir sudėtingus mokslus. Mokslininkai sukūrė supaprastintus modelius fiziniams reiškiniams vizualizuoti, paaiškinti ir numatyti. Visa tai labai supaprastina supratimą, kodėl vieni kūnai tam tikroje temperatūroje turi pastovią formą ir tūrį, o kiti gali juos keisti ir pan.
Visa medžiaga susideda iš mažyčių dalelių. Šios dalelės nuolat juda. Judėjimo kiekis priklauso nuo temperatūros. Padidėjusi temperatūra rodo judėjimo greičio padidėjimą. Dujinių, skystų ir kietų kūnų struktūra išsiskiria jų dalelių judėjimo laisve, taip pat tuo, kaip stipriai dalelės traukia viena kitą. Fizinė būklė priklauso nuo jo fizinės būklės. Vandens garai, skystas vanduo ir ledas turi tas pačias chemines savybes, tačiau jų fizinės savybės gerokai skiriasi.
