VI. Standžių kūnų judėjimas Jėgos momentas Pabandykite ranka pasukti sunkų smagratį. Patraukite stipiną. Jums bus sunku, jei suimsite ranką per arti ašies. Perkelkite ranką į ratlankį ir viskas bus lengviau. Kas pasikeitė? Juk jėgos abiem atvejais

Kaip atrodo terminis judėjimas Sąveika tarp molekulių gali būti didesnė arba mažesnė vertė molekulių „gyvenime“ Trys materijos būsenos – dujinė, skysta ir kieta – skiriasi viena nuo kitos vaidmeniu, kurį jose atlieka sąveika

ELEKTROS TRANSFORMAVIMAS Į JUDIMĄ Faradėjus pastebėjo vieną nedidelę Oerstedo eksperimentų detalę, kuri, regis, yra raktas į problemos supratimą elektros srovė visada pakreipia kompaso adatą viena kryptimi. Pavyzdžiui, jei

Tiesus judėjimas su pastoviu pagreičiu vadinamas tolygiai pagreitintu, jei greičio modulis laikui bėgant didėja, arba tolygiai lėtėjančiu, jei jis mažėja.

Pagreitinto judėjimo pavyzdys būtų gėlių vazonas, nukritęs iš žemo pastato balkono. Kritimo pradžioje puodo greitis lygus nuliui, tačiau per kelias sekundes pavyksta padidinti iki dešimčių m/s. Sulėtinto judėjimo pavyzdys yra vertikaliai aukštyn mesto akmens judėjimas, kurio greitis iš pradžių yra didelis, bet vėliau palaipsniui mažėja iki nulio viršutiniame trajektorijos taške. Jei nepaisysime oro pasipriešinimo jėgos, pagreitis abiem šiais atvejais bus toks pat ir lygus gravitacijos pagreičiui, kuris visada nukreiptas vertikaliai žemyn, žymimas raide g ir lygus maždaug 9,8 m/s2.

Gravitacijos pagreitį g sukelia Žemės traukos jėga. Ši jėga pagreitina visus kūnus, judančius žemės link, ir sulėtina tolstančius nuo jos.

čia v – kūno greitis momentu t, iš kur po paprastų transformacijų gauname lygtis už greitis judant pastoviu pagreičiu: v = v0 + at

8. Judėjimo su pastoviu pagreičiu lygtys.

Norėdami rasti greičio lygtį tiesinio judėjimo metu su pastoviu pagreičiu, manysime, kad momentu t=0 kūno pradinis greitis buvo v0. Kadangi pagreitis a yra pastovus, tai bet kuriuo metu t tai yra tiesa sekančią lygtį:

čia v – kūno greitis momentu t, iš kur po paprastų transformacijų gauname greičio, judant pastoviu pagreičiu, lygtį: v = v0 + at

Norėdami gauti lygtį, skirtą kelio, nueinamo tiesinio judėjimo su pastoviu pagreičiu metu, lygtis, pirmiausia sudarome greičio ir laiko grafiką (5.1). Kai a>0, šios priklausomybės grafikas parodytas 5 pav. kairėje pusėje (mėlyna tiesi linija). Kaip nustatėme §3, judėjimas, atliktas per laiką t, gali būti nustatytas apskaičiuojant plotą po greičio ir laiko kreive tarp momentų t = 0 ir t. Mūsų atveju figūra po kreive, apribota dviem vertikalios linijos t=0 ir t yra trapecija OABC, kurios plotas S, kaip žinoma, lygus pusės bazių OA ir CB ilgių sumos ir aukščio OC sandaugai:

Kaip matyti 5 pav., OA = v0, CB = v0 + at ir OC = t. Pakeitę šias reikšmes į (5.2), gauname tokią poslinkio S, padaryto per laiką t tiesinio judėjimo metu su pastoviu pagreičiu a pradiniu greičiu v0, lygtį:

Nesunku parodyti, kad (5.3) formulė galioja ne tik judėjimui su pagreičiu a>0, kuriam ji buvo išvesta, bet ir tais atvejais, kai<0. На рис.5 справа красными линиями показаны графики зависимости S при положительных (верх) и отрицательных (низ) значениях a, построенные по формуле (5.3) для различных величин v0. Видно, что в отличие от равномерного движения (см. рис. 3), график зависимости перемещения от времени является параболой, а не прямой, показанной для сравнения пунктирной линией.

9. Laisvas kūnų kritimas. Judėjimas su nuolatiniu pagreičiu dėl gravitacijos.

Laisvas kūnų kritimas – tai kūnų kritimas į Žemę nesant oro pasipriešinimo (vakuume)

Pagreitis, su kuriuo kūnai krenta į Žemę, vadinamas gravitacijos pagreičiu. Laisvo kritimo pagreičio vektorius žymimas simboliu, jis nukreiptas vertikaliai žemyn. Skirtinguose Žemės rutulio taškuose, atsižvelgiant į geografinę platumą ir aukštį virš jūros lygio, g skaitinė reikšmė nėra vienoda – svyruoja nuo maždaug 9,83 m/s2 poliuose iki 9,78 m/s2 ties pusiauju. Maskvos platumoje g = 9,81523 m/s2. Paprastai, jei skaičiuojant nereikia didelio tikslumo, tada g skaitinė reikšmė Žemės paviršiuje imama lygi 9,8 m/s2 ar net 10 m/s2.

Paprastas laisvo kritimo pavyzdys – kūnas, krintantis iš tam tikro aukščio h be pradinio greičio. Laisvas kritimas yra linijinis judėjimas su nuolatiniu pagreičiu.

Idealus laisvas kritimas galimas tik vakuume, kur nėra oro pasipriešinimo ir, nepaisant masės, tankio ir formos, visi kūnai krenta vienodai greitai, t.y., bet kuriuo laiko momentu kūnai turi vienodus momentinius greičius ir pagreičius.

Visos formulės, skirtos tolygiai pagreitintas judėjimas taikomas laisvai krintant kūnams.

Greičio dydis laisvo kūno kritimo metu bet kuriuo metu:

kūno judėjimas:

Šiuo atveju į tolygiai pagreitinto judėjimo formules vietoj pagreičio a įvedamas gravitacijos pagreitis g = 9,8 m/s2.

10. Kūnų judėjimas. STANDYTO KŪNO JUDĖJIMAS PRIEKIN

Standaus kūno transliacinis judėjimas yra toks judėjimas, kai kiekviena tiesi linija, nuolat susijusi su kūnu, juda lygiagrečiai sau. Norėdami tai padaryti, pakanka, kad dvi nelygiagrečios linijos, sujungtos su kūnu, judėtų lygiagrečiai sau. Transliacinio judėjimo metu visi kūno taškai apibūdina identiškas lygiagrečias trajektorijas ir turi vienodus greičius bei pagreičius bet kuriuo metu. Taigi kūno transliacinį judėjimą lemia vieno iš jo taškų O judėjimas.

Bendruoju atveju transliacinis judėjimas vyksta trimatėje erdvėje, tačiau pagrindinė jo savybė – bet kurio segmento lygiagretumo su savimi palaikymas – išlieka.

Pavyzdžiui, lifto kabina juda į priekį. Be to, iš pirmo žvilgsnio, apžvalgos rato kabina atlieka transliacinį judesį. Tačiau griežtai žiūrint, apžvalgos rato kabinos judėjimas negali būti laikomas progresyviu. Jei kūnas juda transliaciniu būdu, jo judėjimui apibūdinti pakanka apibūdinti savavališko taško judėjimą (pavyzdžiui, kūno masės centro judėjimą).

Jei kūnai, sudarantys uždarą mechaninę sistemą, sąveikauja vienas su kitu tik per gravitacijos ir elastingumo jėgas, tada šių jėgų darbas yra lygus kūnų potencinės energijos pokyčiui, paimtam su priešingu ženklu: A = – (E р2 – E р1).

Pagal kinetinės energijos teoremą šis darbas lygus kūnų kinetinės energijos pokyčiui

Vadinasi

Arba E k 1 + E p 1 = E k 2 + E p 2.

Kūnų, sudarančių uždarą sistemą ir sąveikaujančių vienas su kitu per gravitacines ir elastines jėgas, kinetinės ir potencinės energijos suma išlieka nepakitusi.

Šis teiginys išreiškia energijos tvermės mechaniniuose procesuose dėsnį. Tai Niutono dėsnių pasekmė. Suma E = E k + E p vadinama visa mechanine energija. Apsaugos įstatymas mechaninė energija išsipildo tik tada, kai kūnai uždaroje sistemoje sąveikauja vienas su kitu konservatyviomis jėgomis, tai yra jėgomis, kurioms galima įvesti potencialios energijos sąvoką.

Uždarosios kūnų sistemos mechaninė energija nekinta, jei tarp šių kūnų veikia tik konservatyvios jėgos. Konservatyvios jėgos yra tos jėgos, kurių darbas bet kurioje uždaroje trajektorijoje yra lygus nuliui. Gravitacija yra viena iš konservatyvių jėgų.

Realiomis sąlygomis judančius kūnus, kartu su gravitacinėmis, tamprumo ir kitomis konservatyviomis jėgomis, beveik visada veikia trinties jėgos arba aplinkos pasipriešinimo jėgos.

Trinties jėga nėra konservatyvi. Trinties jėgos atliekamas darbas priklauso nuo kelio ilgio.

Jei tarp kūnų, sudarančių uždarą sistemą, veikia trinties jėgos, mechaninė energija neišsaugoma. Dalis mechaninės energijos paverčiama vidine kūnų energija (šildymas).

Bet kokios fizinės sąveikos metu energija nei atsiranda, nei išnyksta. Jis tiesiog keičiasi iš vienos formos į kitą.

Viena iš energijos tvermės ir transformacijos dėsnio pasekmių yra teiginys apie tai, kad neįmanoma sukurti „amžinojo judesio mašinos“ (perpetuum mobile) - mašinos, kuri galėtų dirbti neribotą laiką nenaudodama energijos.

Istorija saugo daugybę „amžinojo judėjimo“ projektų. Vienuose jų „išradėjo“ klaidos yra akivaizdžios, kitose šias klaidas užmaskuoja sudėtinga įrenginio konstrukcija ir gali būti labai sunku suprasti, kodėl ši mašina neveiks. Nevaisingi bandymai sukurti „amžinąjį variklį“ tęsiasi ir mūsų laikais. Visi šie bandymai pasmerkti žlugti, nes energijos tvermės ir transformacijos dėsnis „draudžia“ dirbti neeikvojant energijos.

31. Pagrindiniai molekulinės kinetinės teorijos principai ir jų pagrindimas.

Visi kūnai susideda iš molekulių, atomų ir elementariųjų dalelių, kurios yra atskirtos erdvėmis, juda atsitiktinai ir sąveikauja viena su kita.

Kinematika ir dinamika padeda mums apibūdinti kūno judėjimą ir nustatyti jėgą, kuri sukelia šį judėjimą. Tačiau mechanikas negali atsakyti į daugelį klausimų. Pavyzdžiui, iš ko pagaminti kūnai? Kodėl daugelis medžiagų kaitinant tampa skystos, o paskui išgaruoja? Ir apskritai, kas yra temperatūra ir šiluma?

Senovės graikų filosofas Demokritas bandė atsakyti į panašius klausimus prieš 25 šimtmečius. Neatlikęs jokių eksperimentų, jis priėjo prie išvados, kad kūnai mums tik atrodo kieti, o iš tikrųjų jie susideda iš mažyčių dalelių, atskirtų tuštumos. Manydamas, kad šių dalelių sutraiškyti neįmanoma, Demokritas jas pavadino atomais, o tai išvertus iš graikų kalbos reiškia nedalomas. Jis taip pat teigė, kad atomai gali būti skirtingi ir nuolat juda, bet mes to nematome, nes jie labai maži.

M.V. įnešė didelį indėlį į molekulinės kinetinės teorijos kūrimą. Lomonosovas. Lomonosovas pirmasis pasiūlė, kad šiluma atspindi atomų judėjimą kūne. Be to, jis pristatė paprastų ir sudėtingų medžiagų, kurių molekulės atitinkamai susideda iš identiškų ir skirtingų atomų, sąvokas.

Molekulinė fizika arba molekulinė kinetinė teorija remiasi tam tikromis idėjomis apie materijos struktūrą

Taigi, pagal atominę materijos sandaros teoriją, mažiausia medžiagos dalelė, išlaikanti visas chemines savybes, yra molekulė. Net didelės molekulės, susidedančios iš tūkstančių atomų, yra tokios mažos, kad jų neįmanoma pamatyti šviesos mikroskopu. Daugybė eksperimentų ir teorinių skaičiavimų rodo, kad atomų dydis yra apie 10–10 m. Molekulės dydis priklauso nuo to, iš kiek atomų ji susideda ir kaip jie išsidėstę vienas kito atžvilgiu.

Molekulinė kinetinė teorija yra medžiagos struktūros ir savybių tyrimas, pagrįstas atomų ir molekulių, kaip mažiausių cheminių medžiagų dalelių, egzistavimo idėja.

Molekulinė kinetinė teorija remiasi trimis pagrindiniais principais:

1. Visos medžiagos – skystos, kietos ir dujinės – susidaro iš smulkiausių dalelių – molekulių, kurios pačios susideda iš atomų („elementariųjų molekulių“). Cheminės medžiagos molekulės gali būti paprastos arba sudėtingos, t.y. susideda iš vieno ar daugiau atomų. Molekulės ir atomai yra elektriškai neutralios dalelės. Tam tikromis sąlygomis molekulės ir atomai gali įgyti papildomą elektros krūvį ir tapti teigiamais arba neigiamais jonais.

2. Atomai ir molekulės nuolat chaotiškai juda.

3. Dalelės sąveikauja viena su kita jėgomis, kurios savo prigimtimi yra elektrinės. Gravitacinė sąveika tarp dalelių yra nereikšminga.

Ryškiausias eksperimentinis molekulinės kinetinės teorijos idėjų apie atsitiktinį atomų ir molekulių judėjimą patvirtinimas yra Brauno judėjimas. Tai mažų mikroskopinių dalelių, pakibusių skystyje ar dujose, terminis judėjimas. Jį 1827 m. atrado anglų botanikas R. Brownas. Brauno dalelės juda veikiamos atsitiktinio molekulių poveikio. Dėl chaotiško šiluminio molekulių judėjimo šie poveikiai niekada nesubalansuoja vienas kito. Dėl to Brauno dalelės greitis atsitiktinai keičiasi pagal dydį ir kryptį, o jos trajektorija yra sudėtinga zigzago kreivė.

Nuolatinis chaotiškas medžiagos molekulių judėjimas pasireiškia ir kitu lengvai pastebimu reiškiniu – difuzija. Difuzija yra dviejų ar daugiau besiliečiančių medžiagų prasiskverbimo viena į kitą reiškinys. Greičiausiai procesas vyksta dujose.

Atsitiktinis chaotiškas molekulių judėjimas vadinamas terminiu judėjimu. Šiluminio judėjimo kinetinė energija didėja didėjant temperatūrai.

Molis – tai medžiagos kiekis, turintis tiek pat dalelių (molekulių), kiek atomų yra 0,012 kg anglies 12 C. Anglies molekulę sudaro vienas atomas.

32. Molekulių masė, molekulių santykinė molekulinė masė. 33. Molekulių molinė masė. 34. Medžiagos kiekis. 35. Avogadro konstanta.

Molekulinės kinetikos teorijoje laikoma, kad medžiagos kiekis yra proporcingas dalelių skaičiui. Medžiagos kiekio vienetas vadinamas molis (molis).

Molis – tai medžiagos kiekis, turintis tiek pat dalelių (molekulių), kiek atomų yra 0,012 kg (12 g) anglies 12 C. Anglies molekulę sudaro vienas atomas.

Viename medžiagos molyje yra daug molekulių arba atomų, lygių Avogadro konstantai.

Taigi viename molyje bet kurios medžiagos yra tiek pat dalelių (molekulių). Šis skaičius vadinamas Avogadro konstanta N A: N A = 6,02·10 23 mol –1.

Avogadro konstanta yra viena iš svarbiausių molekulinės kinetinės teorijos konstantų.

Medžiagos kiekis ν apibrėžiamas kaip medžiagos dalelių (molekulių) skaičiaus N ir Avogadro konstantos N A santykis:

Molinė masė M yra tam tikro medžiagos mėginio masės m santykis su jame esančios medžiagos kiekiu n:

kuri skaitine prasme lygi vieno molio kiekiu paimtos medžiagos masei. Molinė masė SI sistemoje išreiškiama kg/mol.

Taigi santykinė medžiagos molekulinė arba atominė masė yra jos molekulės ir atomo masės santykis su 1/12 anglies atomo masės.

36. Brauno judesys.

Daugelis gamtos reiškinių rodo chaotišką mikrodalelių, molekulių ir materijos atomų judėjimą. Kuo aukštesnė medžiagos temperatūra, tuo šis judėjimas intensyvesnis. Todėl kūno šiluma yra atsitiktinio jį sudarančių molekulių ir atomų judėjimo atspindys.

Įrodymas, kad visi medžiagos atomai ir molekulės yra pastoviame ir atsitiktiniame judėjime, gali būti difuzija – vienos medžiagos dalelių įsiskverbimas į kitą.

Taigi kvapas greitai pasklinda po visą patalpą net ir nesant oro judėjimo. Rašalo lašas greitai pajuoduoja visą vandens stiklinę.

Difuziją taip pat galima aptikti kietose medžiagose, jei jos yra sandariai suspaudžiamos ir paliekamos ilgą laiką. Difuzijos reiškinys parodo, kad medžiagos mikrodalelės gali savaime judėti visomis kryptimis. Toks medžiagos mikrodalelių, taip pat jos molekulių ir atomų judėjimas vadinamas terminiu judėjimu.

BROWNIAN MOTION – atsitiktinis skystyje ar dujose pakibusių mažyčių dalelių judėjimas, vykstantis veikiant aplinkos molekulėms; atrado R. Brownas 1827 m

Stebėjimai rodo, kad Brauno judėjimas niekada nesustoja. Vandens laše (jei neleidžiate jam išdžiūti) grūdų judėjimą galima stebėti daugybę dienų, mėnesių, metų. Jis nesustoja nei vasarą, nei žiemą, nei dieną, nei naktį.

Brauno judėjimo priežastis yra nuolatinis, nesibaigiantis skysčio molekulių, kuriose yra kietosios medžiagos grūdeliai, judėjimas. Žinoma, šie grūdeliai daug kartų didesni už pačias molekules, o matydami grūdelių judėjimą pro mikroskopą, neturėtume galvoti, kad matome pačių molekulių judėjimą. Molekulių negalima pamatyti įprastu mikroskopu, tačiau apie jų egzistavimą ir judėjimą galime spręsti pagal jų sukeliamus smūgius, stumiančius kieto kūno grūdelius ir priverčiančius juos judėti.

Brauno judėjimo atradimas turėjo didelę reikšmę materijos sandaros tyrimams. Tai parodė, kad kūnai iš tikrųjų susideda iš atskirų dalelių – molekulių ir kad molekulės yra nuolatiniame atsitiktiniame judėjime.

Brauno judėjimo paaiškinimas buvo pateiktas tik paskutiniame XIX amžiaus ketvirtyje, kai daugeliui mokslininkų tapo akivaizdu, kad Brauno dalelės judėjimą sukelia atsitiktiniai termiškai judančių terpės (skysčio ar dujų) molekulių smūgiai. Vidutiniškai terpės molekulės vienoda jėga paveikia Brauno dalelę iš visų krypčių, tačiau šie smūgiai niekada tiksliai nepanaikina vienas kito ir dėl to Brauno dalelės greitis kinta atsitiktinai pagal dydį ir kryptį. Todėl Brauno dalelė juda zigzago keliu. Be to, kuo mažesnis Brauno dalelės dydis ir masė, tuo labiau pastebimas jos judėjimas.

Taigi Brauno judėjimo analizė padėjo pagrindus šiuolaikinei molekulinės kinetinės materijos sandaros teorijai.

37. Molekulių sąveikos jėgos. 38. Dujinių medžiagų sandara. 39. Skystųjų medžiagų sandara. 40. Kietųjų kūnų sandara.

Atstumas tarp molekulių ir tarp jų veikiančios jėgos lemia dujinių, skystų ir kietų kūnų savybes.

Esame įpratę, kad skystį galima pilti iš vieno indo į kitą, o dujos greitai užpildo visą jam skirtą tūrį. Vanduo gali tekėti tik upės vaga, o oras virš jos neturi ribų.

Tarp visų molekulių egzistuoja tarpmolekulinės traukos jėgos, kurių dydis labai greitai mažėja, nes molekulės tolsta viena nuo kitos, todėl kelių molekulių diametrų atstumu jos visiškai nesąveikauja.

Taigi tarp skystų molekulių, esančių beveik arti viena kitos, veikia patrauklios jėgos, neleidžiančios šioms molekulėms išsisklaidyti skirtingomis kryptimis. Priešingai, nereikšmingos traukos jėgos tarp dujų molekulių nesugeba jų išlaikyti kartu, todėl dujos gali plėstis, užpildydamos visą joms skirtą tūrį. Tarpmolekulinių traukos jėgų egzistavimą galima patikrinti atlikus paprastą eksperimentą – prispaudžiant du švino strypus vienas prie kito. Jei kontaktiniai paviršiai pakankamai lygūs, strypai sulips ir bus sunku atskirti.

Tačiau vien tarpmolekulinės traukos jėgos negali paaiškinti visų dujinių, skystų ir kietų medžiagų savybių skirtumų. Kodėl, pavyzdžiui, labai sunku sumažinti skysčio ar kietos medžiagos tūrį, bet palyginti lengva suspausti balioną? Tai paaiškinama tuo, kad tarp molekulių veikia ne tik traukos jėgos, bet ir tarpmolekulinės atstumiančios jėgos, kurios veikia, kai pradeda persidengti kaimyninių molekulių atomų elektronų apvalkalai. Būtent šios atstumiančios jėgos neleidžia vienai molekulei prasiskverbti į tūrį, kurį jau užima kita molekulė.

Kai skysto ar kieto kūno neveikia jokios išorinės jėgos, atstumas tarp jų molekulių yra toks, kad susidarančios traukos ir atstūmimo jėgos būtų lygios nuliui. Jei bandoma sumažinti kūno tūrį, atstumas tarp molekulių mažėja, o dėl to iš suspausto kūno pusės pradeda veikti padidėjusios atstumiančios jėgos. Priešingai, kai kūnas tempiamas, atsirandančios tamprumo jėgos yra susijusios su santykiniu traukos jėgų padidėjimu, nes Kai molekulės tolsta viena nuo kitos, atstumiančios jėgos krenta daug greičiau nei patrauklios jėgos.

Dujų molekulės išsidėsčiusios dešimtis kartų didesniais nei jų dydžiai atstumais, dėl to šios molekulės nesąveikauja viena su kita, todėl dujos daug lengviau suspaudžiamos nei skysčiai ir kietosios medžiagos. Dujos neturi jokios specifinės struktūros ir yra judančių ir susiduriančių molekulių rinkinys.

Skystis yra molekulių, kurios yra beveik greta viena kitos, rinkinys. Šiluminis judėjimas leidžia skysčio molekulei laikas nuo laiko pakeisti savo kaimynus, šokinėti iš vienos vietos į kitą. Tai paaiškina skysčių sklandumą.

Kietųjų medžiagų atomai ir molekulės neturi galimybės keisti savo kaimynų, o jų šiluminis judėjimas yra tik nedideli svyravimai, palyginti su kaimyninių atomų ar molekulių padėtimi. Sąveika tarp atomų gali lemti tai, kad kieta medžiaga tampa kristalu, o joje esantys atomai užima vietas kristalinės gardelės vietose. Kadangi kietųjų kūnų molekulės nejuda savo kaimynų atžvilgiu, šie kūnai išlaiko savo formą.

41. Idealios dujos molekulinės kinetikos teorijoje.

Idealios dujos yra išretintų dujų modelis, kuriame neatsižvelgiama į molekulių sąveiką. Molekulių sąveikos jėgos yra gana sudėtingos. Labai nedideliais atstumais, kai molekulės priartėja viena prie kitos, tarp jų veikia didelės atstumiančios jėgos. Esant dideliems arba tarpiniams atstumams tarp molekulių, veikia palyginti silpnos traukos jėgos. Jei atstumai tarp molekulių yra vidutiniškai dideli, o tai pastebima gana retose dujose, tai sąveika pasireiškia gana retais molekulių susidūrimais tarpusavyje, kai jos skrieja arti. Idealiose dujose molekulių sąveika visiškai nepaisoma.

42. Dujų slėgis molekulinės kinetikos teorijoje.

Idealios dujos yra išretintų dujų modelis, kuriame neatsižvelgiama į molekulių sąveiką.

Spaudimas idealios dujos proporcinga molekulių koncentracijos ir jų vidutinės kinetinės energijos sandaugai.

Dujos mus supa iš visų pusių. Bet kur žemėje, net ir po vandeniu, mes nešamės dalį atmosferos, kurios apatiniai sluoksniai suspaudžiami gravitacijos įtakoje nuo viršutinių. Todėl matuodami atmosferos slėgį galime spręsti, kas vyksta aukštai virš mūsų, ir numatyti orą.

43. Idealiųjų dujų molekulių greičio kvadrato vidutinė vertė.

44. Dujų molekulinės kinetinės teorijos pagrindinės lygties išvedimas. 45. Dujų molekulių slėgio ir vidutinės kinetinės energijos formulės išvedimas.

Slėgis p tam tikrame paviršiaus plote yra jėgos F, veikiančios statmenai šiam paviršiui, ir jo nurodyto ploto ploto S santykis.

SI slėgio vienetas yra Pascal (Pa). 1 Pa = 1 N/m2.

Raskime jėgą F, kuria m0 masės molekulė veikia paviršių, nuo kurio ji atsimuša. Atsispindėjus nuo paviršiaus, trunkančio Dt laikotarpį, šiam paviršiui statmena molekulinio greičio dedamoji vy pasikeičia į atvirkštinę (-vy). Todėl, atsispindėjusi nuo paviršiaus, molekulė įgauna pagreitį, 2m0vy, taigi, pagal trečiąjį Niutono dėsnį, 2m0vy = FDt, iš kurio:

Formulė (22.2) leidžia apskaičiuoti jėgą, kuria viena dujų molekulė spaudžia indo sienelę per intervalą Dt. Norint nustatyti vidutinę dujų slėgio jėgą, pavyzdžiui, per vieną sekundę, reikia rasti, kiek molekulių per sekundę atsispindės nuo paviršiaus ploto S, taip pat reikia žinoti vidutinį greitį v molekulių, judančių tam tikro paviršiaus kryptimi.

Tegul dujų tūrio vienete yra n molekulių. Supaprastinkime savo užduotį darydami prielaidą, kad visos dujų molekulės juda tuo pačiu greičiu, v. Šiuo atveju 1/3 visų molekulių juda išilgai Ox ašies, o tiek pat Oy ir Oz ašių (žr. 22c pav.). Tegul pusė iš Oy ašies judančių molekulių juda C sienelės link, o likusios – priešinga kryptimi. Tada akivaizdu, kad molekulių skaičius tūrio vienete, besiveržiančių link C sienos, bus n/6.

Dabar suraskime molekulių, kurios per vieną sekundę pateko į ploto S (tamsintas 22c pav.) paviršiaus plotą, skaičių. Akivaizdu, kad per 1 s tos molekulės, kurios juda link jos ir yra ne didesniu kaip v atstumu, spės pasiekti sieną. Todėl 1/6 visų molekulių, esančių stačiakampiame gretasienyje, paryškintame pav., pateks į šią paviršiaus sritį. 22c, kurio ilgis yra v, o galinių paviršių plotas yra S. Kadangi šio gretasienio tūris yra Sv, bendras molekulių skaičius N, atsitrenkiantis į sienos paviršiaus atkarpą per 1 s, bus lygus :

Naudodami (22.2) ir (22.3) galime apskaičiuoti impulsą, kuris per 1 s dujų molekulėms perdavė S ploto sienelės paviršiaus atkarpą. Šis impulsas skaitine prasme bus lygus dujų slėgio jėgai F:

iš kur naudojant (22.1) gauname tokią išraišką, susijusią su dujų slėgiu ir vidutine kinetine energija judėjimas į priekį jo molekulės:

kur E SR – vidutinis kinetinė energija Idealios dujų molekulės. Formulė (22.4) vadinama pagrindine dujų molekulinės kinetinės teorijos lygtimi.

46. ​​Šiluminė pusiausvyra. 47. Temperatūra. Temperatūros pokytis. 48. Prietaisai temperatūrai matuoti.

Šiluminė pusiausvyra tarp kūnų įmanoma tik tada, kai jų temperatūra yra vienoda.

Paliesdami bet kokį daiktą ranka galime nesunkiai nustatyti, ar jis šiltas, ar šaltas. Jei objekto temperatūra yra žemesnė už rankos temperatūrą, daiktas atrodo šaltas, o jei atvirkščiai – šiltas. Jei laikysite šaltą monetą kumštyje, rankos šiluma pradės monetą kaitinti, o po kurio laiko jos temperatūra taps lygi jūsų rankos temperatūrai arba, kaip sakoma, atsiras šiluminė pusiausvyra. Todėl temperatūra apibūdina dviejų ar daugiau kūnų, turinčių vienodą temperatūrą, šiluminės pusiausvyros būseną.

Temperatūra kartu su dujų kiekiu ir slėgiu yra makroskopiniai parametrai. Temperatūrai matuoti naudojami termometrai. Vieni iš jų fiksuoja skysčio tūrio pokyčius kaitinant, kiti – elektrinės varžos pokyčius ir kt. Labiausiai paplitusi yra Celsijaus temperatūros skalė, pavadinta švedų fiziko A. Celsijaus vardu. Norint gauti skysčio termometro Celsijaus temperatūros skalę, jis pirmiausia panardinamas į tirpstantį ledą ir pažymima kolonėlės galo padėtis, o po to į verdantį vandenį. Atkarpa tarp šių dviejų kolonėlės padėčių padalinama į 100 lygių dalių, darant prielaidą, kad tirpstančio ledo temperatūra atitinka nulį Celsijaus (o C), o verdančio vandens – 100 o C.

49. Vidutinė dujų molekulių kinetinė energija esant terminei pusiausvyrai.

Pagrindinė molekulinės kinetinės teorijos lygtis (22.4) sieja dujų slėgį, molekulių koncentraciją ir jų vidutinę kinetinę energiją. Tačiau vidutinė molekulių kinetinė energija, kaip taisyklė, nežinoma, nors daugelio eksperimentų rezultatai rodo, kad didėjant temperatūrai molekulių greitis didėja (žr., pavyzdžiui, Brauno judėjimą §20). Dujų molekulių vidutinės kinetinės energijos priklausomybę nuo jų temperatūros galima gauti iš dėsnio, kurį prancūzų fizikas J. Charlesas atrado 1787 m.

50. Dujos, esančios šiluminės pusiausvyros būsenoje (apibūdinkite eksperimentą).

51. Absoliuti temperatūra. 52. Absoliutinės temperatūros skalė. 53. Temperatūra – tai vidutinės molekulių kinetinės energijos matas.

Dujų molekulių vidutinės kinetinės energijos priklausomybę nuo jų temperatūros galima gauti iš dėsnio, kurį prancūzų fizikas J. Charlesas atrado 1787 m.

Pagal Charleso dėsnį, jei tam tikros dujų masės tūris nekinta, jų slėgis pt tiesiškai priklauso nuo temperatūros t:

čia t – dujų temperatūra išmatuota o C, o p 0 – dujų slėgis esant 0 o C temperatūrai (žr. 23b pav.). Taigi iš Charleso dėsnio išplaukia, kad pastovų tūrį užimančių dujų slėgis yra proporcingas sumai (t+273 o C). Kita vertus, iš (22.4) seka, kad jei molekulių koncentracija yra pastovi, t.y. dujų užimamas tūris nekinta, tuomet dujų slėgis turi būti proporcingas vidutinei molekulių kinetinei energijai. Tai reiškia, kad vidutinė dujų molekulių kinetinė energija, E SR, yra tiesiog proporcinga vertei (t + 273 o C):

kur b yra pastovus koeficientas, kurio reikšmę nustatysime vėliau. Iš (23.2) išplaukia, kad vidutinė molekulių kinetinė energija taps lygus nuliui esant -273 o C. Tuo remdamasis anglų mokslininkas W. Kelvinas 1848 m. pasiūlė naudoti absoliučią temperatūros skalę, kurioje nulinė temperatūra atitiktų -273 o C, o kiekvienas temperatūros laipsnis būtų lygus laipsniui Celsijaus skalė. Taigi, absoliuti temperatūra, T yra susijęs su temperatūra t, matuojama Celsijaus, taip:

Absoliučios temperatūros SI vienetas yra Kelvinas (K).

Atsižvelgiant į (23.3), (23.2) lygtis transformuojama į:

pakeisdami jį į (22.4), gauname:

Norėdami atsikratyti trupmenos (23.5), 2b/3 pakeičiame k, o vietoj (23.4) ir (23.5) gauname dvi labai svarbias lygtis:

kur k yra Boltzmanno konstanta, pavadinta L. Boltzmanno vardu. Eksperimentai parodė, kad k=1.38.10 -23 J/K. Taigi dujų slėgis ir vidutinė jų molekulių kinetinė energija yra proporcingi jų absoliučiai temperatūrai.

54. Dujų slėgio priklausomybė nuo jų molekulių koncentracijos ir temperatūros.

Dažniausiai dujoms pereinant iš vienos būsenos į kitą pasikeičia visi jų parametrai – temperatūra, tūris ir slėgis. Taip atsitinka, kai po stūmokliu vidaus degimo variklio cilindre suspaudžiamos dujos, todėl padidėja dujų temperatūra ir slėgis, mažėja jų tūris. Tačiau kai kuriais atvejais vieno iš dujų parametrų pokyčiai yra palyginti nedideli arba jų visai nėra. Tokie procesai, kai vienas iš trijų parametrų – temperatūra, slėgis arba tūris išlieka nepakitęs, vadinami izoprocesais, o juos apibūdinantys dėsniai – dujų dėsniais.

55. Dujų molekulių greičio matavimas. 56. Stern eksperimentas.

Pirmiausia išsiaiškinkime, ką reiškia molekulių greitis. Prisiminkime, kad dėl dažnų susidūrimų kiekvienos atskiros molekulės greitis visą laiką kinta: molekulė juda kartais greitai, kartais lėtai, o kurį laiką (pavyzdžiui, vieną sekundę) molekulės greitis įgauna daug skirtingų reikšmių. . Kita vertus, bet kuriuo metu didžiuliame skaičiuje molekulių, sudarančių nagrinėjamų dujų tūrį, yra molekulių, kurių greitis labai skiriasi. Akivaizdu, kad norint apibūdinti dujų būseną, reikia kalbėti apie tam tikrą vidutinį greitį. Galime daryti prielaidą, kad tai yra vidutinė vienos iš molekulių greičio reikšmė per pakankamai ilgą laiką arba kad tai yra vidutinė visų dujų molekulių greičių tam tikrame tūryje tam tikru momentu reikšmė.

Molekulių judėjimo greitį galima nustatyti įvairiais būdais. Vienas iš paprasčiausių – 1920 metais Sterno eksperimente įgyvendintas metodas.

Ryžiai. 390. Kai erdvė po stiklu A užpildyta vandeniliu; tada iš piltuvo galo atsiranda burbuliukai, uždaryti porėtu indu B

Norėdami tai suprasti, apsvarstykite šią analogiją. Šaudydami į judantį taikinį, norėdami į jį pataikyti, turite nusitaikyti į prieš taikinį esantį tašką. Jei nusitaikysite į taikinį, kulkos pataikys už taikinio. Šis smūgio vietos nuokrypis nuo taikinio bus didesnis, kuo greičiau taikinys judės ir kuo mažesnis kulkų greitis.

Otto Sterno (1888–1969) eksperimentas buvo skirtas eksperimentiniam dujų molekulių greičio pasiskirstymo patvirtinimui ir vizualizavimui. Tai dar vienas gražus eksperimentas, kuris leido tiesiogine prasme „nubraižyti“ šio pasiskirstymo grafiką eksperimentinėje sąrankoje. Sterno instaliaciją sudarė du besisukantys tuščiaviduriai cilindrai, kurių ašys sutampa (žr. paveikslą dešinėje; didelis cilindras nėra visiškai nupieštas). Vidiniame cilindre sidabrinis siūlas 1 buvo ištemptas tiesiai išilgai jo ašies, per kurį buvo leidžiama srovė, dėl kurios jis kaitino, dalinai ištirpo ir vėliau išgaravo sidabro atomai nuo jo paviršiaus. Dėl to vidinis cilindras, kuriame iš pradžių buvo vakuumas, palaipsniui buvo užpildytas mažos koncentracijos dujiniu sidabru. Vidiniame cilindre, kaip parodyta paveikslėlyje, buvo padarytas plonas plyšys 2, todėl dauguma sidabro atomų, pasiekę cilindrą, nusėdo ant jo. Nedidelė dalis atomų praėjo pro tarpą ir nukrito į išorinį cilindrą, kuriame buvo palaikomas vakuumas. Čia šie atomai nebesusidūrė su kitais atomais ir todėl judėjo radialine kryptimi pastoviu greičiu, pasiekdami išorinį cilindrą po tam tikro laiko, atvirkščiai proporcingo šiam greičiui:

kur yra vidinio ir išorinio cilindro spindulys ir yra radialinis dalelių greičio komponentas. Dėl to laikui bėgant ant išorinio cilindro 3 atsirado sidabrinės dangos sluoksnis. Jei cilindrai buvo ramybės būsenoje, šis sluoksnis buvo juostelės pavidalo, esančios tiksliai priešais vidinio cilindro plyšį. Bet jei cilindrai sukosi tuo pačiu kampiniu greičiu, tada, kai molekulė pasiekė išorinį cilindrą, pastarasis jau buvo pasislinkęs atstumu

lyginant su tašku, esančiu tiesiai priešais plyšį (t. y. tašku, kuriame dalelės nusėdo stacionarių cilindrų atveju).

57. Idealiųjų dujų būsenos lygties išvedimas (Mendelejevo-Clayperono lygtis)

Dujos dažnai yra reagentai ir cheminių reakcijų produktai. Ne visada įmanoma priversti juos reaguoti įprastomis sąlygomis. Todėl jūs turite išmokti nustatyti dujų molių skaičių kitomis sąlygomis nei įprasta.

Norėdami tai padaryti, naudokite idealiųjų dujų būsenos lygtį (dar vadinamą Clapeyrono-Mendelejevo lygtimi): PV = nRT

čia n yra dujų molių skaičius;

P – dujų slėgis (pvz., atm;

V – dujų tūris (litrais);

T – dujų temperatūra (kelvinais);

R – dujų konstanta (0,0821 l atm/mol K).

Radau lygties išvedimą, bet jis labai sudėtingas. Dar turime pažiūrėti.

58. Izoterminis procesas.

Izoterminis procesas – tai dujų būsenos pokytis, kai jų temperatūra išlieka pastovi. Tokio proceso pavyzdys – automobilių padangų pripūtimas oru. Tačiau tokį procesą galima laikyti izoterminiu, jei palyginsime oro būklę prieš jam patenkant į siurblį su būkle padangoje po to, kai padangos ir aplinkinio oro temperatūra susilygino. Bet kokie lėti procesai, vykstantys su nedideliu dujų tūriu, apsuptu didelės pastovios temperatūros dujų, skysčių arba kietų medžiagų, gali būti laikomi izoterminiais.

Izoterminiame procese tam tikros dujų masės ir jų tūrio slėgio sandauga yra pastovi vertė. Šį dėsnį, pavadintą Boyle-Mariotte dėsniu, atrado anglų mokslininkas R. Boyle'as ir prancūzų fizikas E. Mariotte ir jis parašytas taip:

Raskite pavyzdžių!

59. Izobarinis procesas.

Izobarinis procesas – tai dujų būsenos pokytis, atsirandantis, kai pastovus slėgis.

Izobariniame procese tam tikros dujų masės tūrio ir jų temperatūros santykis yra pastovus. Šią išvadą, kuri prancūzų mokslininko J. Gay-Lussac garbei vadinama Gay-Lussac įstatymu, galima parašyti taip:

Vienas izobarinio proceso pavyzdžių yra mažų oro ir anglies dioksido burbuliukų, esančių tešloje, išsiplėtimas, kai ji dedama į orkaitę. Oro slėgis orkaitės viduje ir išorėje yra vienodas, o temperatūra viduje yra maždaug 50% aukštesnė nei lauke. Pagal Gay-Lussac dėsnį, dujų burbuliukų tūris tešloje taip pat padidėja 50%, todėl pyragas tampa erdvus.

60. Izochorinis procesas.

Procesas, kurio metu keičiasi dujų būsena, bet jų tūris išlieka nepakitęs, vadinamas izochoriniu. Iš Mendelejevo-Klapeirono lygties išplaukia, kad pastovų tūrį užimančioms dujoms jų slėgio ir temperatūros santykis taip pat turi būti pastovus:

Raskite pavyzdžių!

61. Garavimas ir kondensacija.

Garai yra dujos, susidarančios iš molekulių, turinčių pakankamai kinetinės energijos, kad galėtų išeiti iš skysčio.

Esame įpratę, kad vanduo ir jo garai gali virsti vienas kitu. Po lietaus ant asfalto esančios balos išdžiūsta, o vandens garai ore dažnai ryte virsta mažais rūko lašeliais. Visi skysčiai turi savybę virsti garais – pereiti į dujinę būseną. Skysčio pavertimo garais procesas vadinamas garavimu. Skysčio susidarymas iš jo garų vadinamas kondensacija.

Molekulinė kinetinė teorija išgaravimo procesą paaiškina taip. Yra žinoma (žr. §21), kad tarp skysčių molekulių veikia patraukli jėga, neleidžianti joms tolti viena nuo kitos, o vidutinės skysčio molekulių kinetinės energijos nepakanka, kad įveiktų sukibimo jėgas tarp jų. Tačiau kiekvienas šiuo metu Laikui bėgant skirtingos skysčio molekulės turi skirtingą kinetinę energiją, o kai kurių molekulių energija gali būti kelis kartus didesnė už vidutinę jos vertę. Šios didelės energijos molekulės pasižymi žymiai didesniu judėjimo greičiu, todėl gali įveikti gretimų molekulių traukos jėgas ir išskristi iš skysčio, taip virš jo paviršiaus sudarydamos garus (žr. 26a pav.).

Molekulės, sudarančios garus, išeinančius iš skysčio, juda atsitiktinai, susidurdamos viena su kita taip pat, kaip ir dujų molekulės šiluminio judėjimo metu. Tuo pačiu metu chaotiškas kai kurių garų molekulių judėjimas gali nunešti jas taip toli nuo skysčio paviršiaus, kad jos ten nebegrįžta. Žinoma, prie to prisideda ir vėjas. Priešingai, atsitiktinis kitų molekulių judėjimas gali jas grąžinti į skystį, o tai paaiškina garų kondensacijos procesą.

Iš skysčio gali išskristi tik molekulės, kurių kinetinė energija gerokai didesnė už vidutinę, o tai reiškia, kad garuojant mažėja likusių skysčio molekulių vidutinė energija. O kadangi skysčio, kaip ir dujų, molekulių (žr. 23.6) vidutinė kinetinė energija yra proporcinga temperatūrai, garuojant skysčio temperatūra mažėja. Štai kodėl mums šalta vos išėjus iš vandens, padengto plona skysčio plėvele, kuri tuoj pat pradeda garuoti ir vėsti.

62. Sotūs garai. Sočiųjų garų slėgis.

Kas atsitiks, jei indas su tam tikru skysčio tūriu uždaromas dangteliu (26b pav.)? Kas sekundę greičiausios molekulės ir toliau paliks skysčio paviršių, mažės jo masė, padidės garų molekulių koncentracija. Tuo pačiu metu kai kurios jo molekulės sugrįš į skystį iš garų ir kuo didesnė garų koncentracija, tuo intensyvesnis bus šis kondensacijos procesas. Galiausiai garų koncentracija virš skysčio taps tokia didelė, kad į skystį grįžtančių molekulių skaičius per laiko vienetą taps lygus iš jo išeinančių molekulių skaičiui. Ši būsena vadinama dinamine pusiausvyra, o atitinkami garai vadinami sočiaisiais garais. Garų molekulių koncentracija virš skysčio negali būti didesnė už jų koncentraciją sočiuose garuose. Jei garų molekulių koncentracija mažesnė nei sočiųjų garų, tai tokie garai vadinami nesočiaisiais.

Judančios garų molekulės sukuria slėgį, kurio dydis, kaip ir dujų, yra proporcingas šių molekulių koncentracijos ir temperatūros sandaugai. Todėl esant tam tikrai temperatūrai, kuo didesnė garo koncentracija, tuo didesnį slėgį jis daro. Sočiųjų garų slėgis priklauso nuo skysčio tipo ir temperatūros. Kuo sunkiau atplėšti skysčio molekules viena nuo kitos, tuo mažesnis bus jo sočiųjų garų slėgis. Taigi 20 o C temperatūros vandens sočiųjų garų slėgis yra apie 2 kPa, o gyvsidabrio sočiųjų garų slėgis 20 o C temperatūroje yra tik 0,2 Pa.

Žmonių, gyvūnų ir augalų gyvenimas priklauso nuo atmosferos vandens garų koncentracijos (drėgmės), kuri labai skiriasi priklausomai nuo vietos ir metų laiko. Paprastai mus supantys vandens garai yra nesotūs. Santykinė drėgmė – vandens garų slėgio ir sočiųjų garų slėgio santykis toje pačioje temperatūroje, išreikštas procentais. Vienas iš oro drėgnumo matavimo prietaisų yra psichrometras, susidedantis iš dviejų vienodų termometrų, kurių vienas apvyniotas drėgnu skudurėliu.

63. Sočiųjų garų slėgio priklausomybė nuo temperatūros.

Garai yra dujos, susidarančios iš išgaravusių skysčio molekulių, todėl joms galioja (23.7) lygtis, susiejanti garų slėgį p, molekulių koncentraciją jame n ir absoliučią temperatūrą T:

Iš (27.1) išplaukia, kad sočiųjų garų slėgis turėtų didėti tiesiškai didėjant temperatūrai, kaip yra idealių dujų atveju izochoriniuose procesuose (žr. §25). Tačiau, kaip parodė matavimai, sočiųjų garų slėgis didėja didėjant temperatūrai daug greičiau nei idealių dujų slėgis (žr. 27a pav.). Taip nutinka dėl to, kad kylant temperatūrai, taigi ir vidutinei kinetinei energijai, iš jos išeina vis daugiau skysčių molekulių, padidindamos garų koncentraciją n virš jos. Ir todėl pagal (27.1) slėgis yra proporcingas n, tada šis garų koncentracijos padidėjimas paaiškina greitesnį sočiųjų garų slėgio padidėjimą didėjant temperatūrai, palyginti su idealiomis dujomis. Sočiųjų garų slėgio padidėjimas kartu su temperatūra paaiškina gerai žinomą faktą, kad kaitinant skysčiai išgaruoja greičiau. Atkreipkite dėmesį, kad kai tik pakilus temperatūrai skystis visiškai išgaruos, garai taps nesotūs.

Kai skystis kiekviename iš burbuliukų kaitinamas, garavimo procesas paspartėja ir padidėja sočiųjų garų slėgis. Burbulai plečiasi ir, veikiami plūduriuojančios Archimedo jėgos, atitrūksta nuo dugno, plūduriuoja aukštyn ir sprogsta paviršiumi. Tokiu atveju garai, pripildę burbulus, nunešami į atmosferą.

Kuo žemesnis atmosferos slėgis, tuo žemesnėje temperatūroje šis skystis verda (žr. 27c pav.). Taigi Elbruso kalno viršūnėje, kur oro slėgis yra perpus mažesnis už normalų, paprastas vanduo verda ne 100 o C, o 82 o C temperatūroje. Priešingai, jei reikia padidinti skysčio virimo temperatūrą. , tada jis kaitinamas padidintu slėgiu. Tai, pavyzdžiui, yra greitpuodžių veikimo pagrindas, kai maistas, kuriame yra vandens, gali būti gaminamas aukštesnėje nei 100 o C temperatūroje be virimo.

64. Virimas.

Virimas yra intensyvus garavimo procesas, vykstantis visame skysčio tūryje ir jo paviršiuje. Skystis pradeda virti, kai jo sočiųjų garų slėgis artėja prie slėgio skysčio viduje.

Virimas vadinamas formavimu didelis skaičius garų burbuliukai, kurie pakyla ir sprogsta ant skysčio paviršiaus jį kaitinant. Tiesą sakant, šių burbuliukų skystyje visada yra, tačiau jų dydis didėja ir jie tampa pastebimi tik verdant. Viena iš priežasčių, kodėl skystyje visada yra mikroburbuliukų, yra tokia. Skystis, supiltas į indą, išstumia iš jo orą, tačiau negali to padaryti iki galo, o jo maži burbuliukai lieka mikroįtrūkimuose ir nelygumai vidiniame indo paviršiuje. Be to, skysčiuose paprastai yra garų ir oro mikroburbuliukų, prilipusių prie mažyčių dulkių dalelių.

Kai skystis kiekviename iš burbuliukų kaitinamas, garavimo procesas paspartėja ir padidėja sočiųjų garų slėgis. Burbulai plečiasi ir, veikiami plūduriuojančios Archimedo jėgos, atitrūksta nuo dugno, plūduriuoja aukštyn ir sprogsta paviršiumi. Tokiu atveju garai, pripildę burbulus, nunešami į atmosferą. Todėl virimas vadinamas garavimu, kuris vyksta visame skysčio tūryje. Virimas prasideda toje temperatūroje, kai dujų burbuliukai gali plėstis, ir tai įvyksta, jei sočiųjų garų slėgis viršija atmosferos slėgį. Taigi virimo temperatūra yra temperatūra, kurioje tam tikro skysčio sočiųjų garų slėgis yra lygus atmosferos slėgiui. Kol skystis verda, jo temperatūra išlieka pastovi.

Virimo procesas neįmanomas be Archimedo plūdrumo jėgos dalyvavimo. Todėl nesvarumo sąlygomis kosminėse stotyse nevirinama, o kaitinant vandenį tik padidėja garų burbuliukai ir jie susijungia į vieną didelį garų burbulą indo su vandeniu viduje.

65. Kritinė temperatūra.

Taip pat yra tokia sąvoka kaip kritinė temperatūra, jei dujų temperatūra yra aukštesnė už kritinę temperatūrą (kiekvienos dujos, pavyzdžiui, anglies dioksidas yra maždaug 304 K), tada jos nebegali būti paverstos skysčiu, kad ir kokia būtų; jai daromas spaudimas. Šis reiškinys atsiranda dėl to, kad esant kritinei temperatūrai paviršiaus įtempimas skysčių yra nulis.

23 lentelė. Kai kurių medžiagų kritinė temperatūra ir kritinis slėgis

Ką rodo kritinės temperatūros buvimas? Kas nutinka dar aukštesnėje temperatūroje?

Patirtis rodo, kad esant aukštesnei nei kritinei temperatūrai, medžiaga gali būti tik dujinės būsenos.

Pirmą kartą kritinės temperatūros egzistavimą 1860 m. atkreipė dėmesį Dmitrijus Ivanovičius Mendelejevas.

Po kritinės temperatūros atradimo paaiškėjo, kodėl tokios dujos kaip deguonis ar vandenilis ilgą laiką negali virsti skysčiu. Jų kritinė temperatūra labai žema (23 lentelė). Kad šios dujos virstų skysčiais, jas reikia atvėsinti žemiau kritinės temperatūros. Be to visi bandymai juos suskystinti pasmerkti nesėkmei.

66. Dalinis slėgis. Santykinė drėgmė. 67. Prietaisai santykinei oro drėgmei matuoti.

Žmonių, gyvūnų ir augalų gyvenimas priklauso nuo atmosferos vandens garų koncentracijos (drėgmės), kuri labai skiriasi priklausomai nuo vietos ir metų laiko. Paprastai mus supantys vandens garai yra nesotūs. Santykinė drėgmė – vandens garų slėgio ir sočiųjų garų slėgio santykis toje pačioje temperatūroje, išreikštas procentais. Vienas iš prietaisų oro drėgmei matuoti yra psichrometras, susidedantis iš dviejų vienodų termometrų, iš kurių vienas suvyniotas į drėgną šluostę, kai oro drėgnumas nesiekia 100 %, vanduo iš audinio išgaruos, o termometras B išgaruos. kietas, rodantis žemesnę temperatūrą nei A. Ir kuo mažesnė oro drėgmė, tuo didesnis skirtumas, Dt, tarp termometrų A ir B rodmenų. Naudojant specialią psichrometrinę lentelę, pagal šį temperatūrų skirtumą galima nustatyti oro drėgmę.

Dalinis slėgis – tai tam tikrų į dujų mišinį įeinančių dujų slėgis, kurį šios dujos veiktų ant talpyklos, kurioje yra jos, sienelių, jeigu jos vienos užimtų visą mišinio tūrį esant mišinio temperatūrai.

Dalinis slėgis nėra matuojamas tiesiogiai, bet apskaičiuojamas pagal bendrą slėgį ir mišinio sudėtį.

Vandenyje arba kūno audiniuose ištirpusios dujos taip pat daro slėgį, nes ištirpusių dujų molekulės juda atsitiktinai ir turi kinetinę energiją. Jei skystyje ištirpusios dujos atsitrenkia į paviršių, pavyzdžiui, ląstelės membraną, jos daro dalinį slėgį taip pat, kaip ir dujos dujų mišinyje.

Slėgio negalima išmatuoti tiesiogiai, jis apskaičiuojamas pagal bendrą slėgį ir mišinio sudėtį.

Veiksniai, lemiantys skystyje ištirpusių dujų dalinio slėgio dydį. Dujų dalinį slėgį tirpale lemia ne tik jų koncentracija, bet ir tirpumo koeficientas, t.y. Kai kurios molekulių rūšys, pavyzdžiui, anglies dioksidas, yra fiziškai arba chemiškai prijungtos prie vandens molekulių, o kitos yra atstumiamos. Šis ryšys vadinamas Henrio dėsniu ir išreiškiamas tokia formule: Dalinis slėgis = ištirpusių dujų koncentracija / tirpumo koeficientas.

68. Paviršiaus įtempimas.

Įdomiausia skysčių savybė yra laisvo paviršiaus buvimas. Skystis, skirtingai nei dujos, neužpildo viso indo, į kurį jis pilamas, tūrio. Tarp skysčio ir dujų (arba garų) susidaro sąsaja, kuri yra ypatingomis sąlygomis, palyginti su likusiu skysčiu. Skysčio ribiniame sluoksnyje esančios molekulės, skirtingai nei jo gylyje esančios molekulės, iš visų pusių nėra apsuptos kitų to paties skysčio molekulių. Tarpmolekulinės sąveikos jėgos, veikiančios vieną iš skysčio viduje esančių molekulių iš gretimų molekulių, yra vidutiniškai kompensuojamos. Bet kurią ribinio sluoksnio molekulę traukia skysčio viduje esančios molekulės (gali būti nepaisoma jėgos, veikiančios tam tikrą skysčio molekulę iš dujų (arba garų) molekulių). Dėl to atsiranda tam tikra gaunama jėga, nukreipta giliai į skystį. Paviršiaus molekulės į skystį įtraukiamos tarpmolekulinės traukos jėgomis. Tačiau visos molekulės, įskaitant ribinio sluoksnio molekules, turi būti pusiausvyros būsenoje. Ši pusiausvyra pasiekiama šiek tiek sumažinus atstumą tarp paviršinio sluoksnio molekulių ir artimiausių jų kaimynų skysčio viduje. Kaip matyti iš fig. 3.1.2, mažėjant atstumui tarp molekulių, atsiranda atstumiamos jėgos. Jei vidutinis atstumas tarp molekulių skysčio viduje yra lygus r0, tai paviršinio sluoksnio molekulės yra supakuotos kiek tankiau, todėl jos turi papildomą potencialios energijos tiekimą lyginant su vidinėmis molekulėmis (žr. 3.1.2 pav.). . Reikėtų nepamiršti, kad dėl itin mažo suspaudžiamumo tankiau supakuotas paviršinis sluoksnis nelemia jokių pastebimų skysčio tūrio pokyčių. Jei molekulė juda iš paviršiaus į skystį, tarpmolekulinės sąveikos jėgos atliks teigiamą darbą. Priešingai, norint iš skysčio gelmių į paviršių ištraukti tam tikrą molekulių skaičių (t. y. padidinti skysčio paviršiaus plotą), išorinės jėgos turi atlikti teigiamą darbą ΔAext, proporcingą pokyčiui ΔS paviršiaus plotas: ΔAext = σΔS.

Koeficientas σ vadinamas paviršiaus įtempimo koeficientu (σ > 0). Taigi paviršiaus įtempimo koeficientas lygus darbui reikia padidinti skysčio paviršiaus plotą pastovi temperatūra už vienetą.

SI, paviršiaus įtempimo koeficientas matuojamas džauliais kvadratiniam metrui (J/m2) arba niutonais vienam metrui (1 N/m = 1 J/m2).

Iš mechanikos žinoma, kad sistemos pusiausvyros būsenos atitinka minimali vertė jo potenciali energija. Iš to išplaukia laisvas paviršius skystis linkęs mažinti savo plotą. Dėl šios priežasties imamas nemokamas skysčio lašas sferinė forma. Skystis elgiasi taip, tarsi jėgos, veikiančios tangentiškai jo paviršių, sutrauktų (trauktų) šį paviršių. Šios jėgos vadinamos paviršiaus įtempimo jėgomis.

Dėl paviršiaus įtempimo jėgų skysčio paviršius atrodo kaip elastinga ištempta plėvelė, vienintelis skirtumas yra tas, kad tamprumo jėgos plėvelėje priklauso nuo jos paviršiaus ploto (t. y. nuo plėvelės deformacijos), o paviršiaus įtempimo jėgos nepriklauso nuo skysčio paviršiaus ploto.

Kai kurie skysčiai, pvz muiluotas vanduo, turi galimybę suformuoti plonas plėveles. Visiems gerai žinomas muilo burbuliukai turėti taisyklingą sferinę formą – tai taip pat rodo paviršiaus įtempimo jėgų poveikį. Jei vielinį rėmą, kurio viena iš kraštų yra judama, nuleisite į muilo tirpalą, tada visas rėmas bus padengtas skysčio plėvele.

69. Drėkinimas.

Visi žino, kad užlašinus lašelį skysčio plokščias paviršius, jis pasiskirstys ant jo arba įgaus apvalią formą. Be to, gulinčio lašo dydis ir išgaubimas (vadinamojo kontaktinio kampo vertė) priklauso nuo to, kaip gerai jis drėkina tam tikrą paviršių. Drėkinimo reiškinį galima paaiškinti taip. Jei skysčio molekulės viena kitą traukia stipriau nei kietos medžiagos molekulės, skystis linkęs formuotis lašeliu.

Ūmus kontaktinis kampas susidaro ant drėkinamo (liofilinio) paviršiaus, o bukas kontaktinis kampas – ant nešlapiamojo (liofobinio) paviršiaus.

Taip gyvsidabris elgiasi ant stiklo, vanduo – ant parafino ar ant „riebaus“ paviršiaus. Jei, priešingai, skysčio molekulės viena kitą traukia mažiau nei kietos medžiagos molekulės, skystis „prispaudžiamas“ prie paviršiaus ir pasklinda ant jo. Tai atsitinka su gyvsidabrio lašeliu cinko plokštė arba vandens lašeliu ant švaraus stiklo. Pirmuoju atveju jie sako, kad skystis nesudrėkina paviršiaus (kontakto kampas didesnis nei 90°), o antruoju – drėkina (kontakto kampas mažesnis nei 90°).

Tai vandenį atstumiantis lubrikantas, padedantis daugeliui gyvūnų pabėgti nuo per didelės drėgmės. Pavyzdžiui, tyrinėjant jūrų gyvūnus ir paukščius – kailinius ruonius, ruonius, pingvinus, viščiukus – nustatyta, kad jų pūkuoti plaukai ir plunksnos turi hidrofobinių savybių, o gyvūnų apsauginiai plaukai ir viršutinė dalis paukščių kontūrinės plunksnos gerai sudrėkintos vandeniu. Dėl to tarp gyvūno kūno ir vandens susidaro oro sluoksnis, kuris atlieka svarbų vaidmenį termoreguliacijoje ir šilumos izoliacijoje.

Tačiau tepimas dar ne viskas. Paviršiaus struktūra taip pat vaidina svarbų vaidmenį drėkinimo reiškinyje. Nelygus, nelygus ar akytas reljefas gali pagerinti drėkinimą. Prisiminkime, pavyzdžiui, kempinėles ir kilpinius rankšluosčius, kurie puikiai sugeria vandenį. Bet jei paviršius iš pradžių „bijo“ vandens, susiformavęs reljefas situaciją tik pablogins: vandens lašeliai susikaups ant atbrailų ir riedės žemyn.

70. Kapiliariniai reiškiniai.

Kapiliariniai reiškiniai – tai skysčio pakilimas arba kritimas mažo skersmens vamzdeliuose – kapiliaruose. Drėkinantys skysčiai kapiliarais kyla aukštyn, o nedrėkantys skysčiai leidžiasi žemyn.

Fig. 3.5.6 pavaizduotas tam tikro spindulio r kapiliarinis vamzdelis, apatiniame gale nuleistas į drėkinamąjį skystį, kurio tankis ρ. Viršutinis kapiliaro galas yra atviras. Skysčio kilimas kapiliare tęsiasi tol, kol skysčio stulpelį kapiliare veikianti gravitacijos jėga tampa lygi susidariusioms Fн paviršiaus įtempimo jėgoms, veikiančioms išilgai skysčio sąlyčio su kapiliaro paviršiumi ribos: Fт = Fн, kur Fт = mg = ρhπr2g, Fн = σ2πr cos θ.

Iš to išplaukia:

3.5.6 pav.

Drėkinančio skysčio pakilimas kapiliare.

Visiškai sudrėkinus θ = 0, cos θ = 1. Šiuo atveju

Visiškai nesudrėkinus θ = 180°, cos θ = –1 ir todėl h< 0. Уровень несмачивающей жидкости в капилляре опускается ниже уровня жидкости в сосуде, в которую опущен капилляр.

Vanduo beveik visiškai sušlapina švarų stiklo paviršių. Priešingai, gyvsidabris visiškai nesudrėkina stiklo paviršiaus. Todėl gyvsidabrio lygis stikliniame kapiliare nukrenta žemiau lygio inde.

71. Kristaliniai kūnai ir jų savybės.

Skirtingai nuo skysčių, kieta medžiaga išlaiko ne tik tūrį, bet ir formą bei turi didelį stiprumą.

Sutinkamų kietųjų medžiagų įvairovę galima suskirstyti į dvi grupes, kurios labai skiriasi savo savybėmis: kristalines ir amorfines.

Pagrindinės savybės kristaliniai kūnai

1. Kristaliniai kūnai turi tam tikrą lydymosi temperatūrą tlydą, kuri lydymosi procese esant pastoviam slėgiui nekinta (1 pav., 1 kreivė).

2. Kristaliniams kūnams būdingas erdvinis buvimas kristalinė gardelė, kuris yra tvarkingas molekulių, atomų ar jonų išdėstymas, pasikartojantis visame kūno tūryje (ilgojo nuotolio tvarka). Bet kuriai kristalinei gardelei būdingas toks jos struktūros elementas, kurio pasikartojimas erdvėje gali pagaminti visą kristalą. Tai yra vienas kristalas. Polikristalas susideda iš daugybės labai mažų pavienių kristalų, susiliejusių kartu, kurie yra atsitiktinai orientuoti erdvėje.

SANTRAUKA

Fizikos paskaitos

MECHANIKA

Kinematika

Kinematika yra mechanikos šaka, tirianti mechaninį judėjimą neanalizuodamas jį sukėlusių priežasčių.

Mechaninis judėjimas- paprasčiausia forma kūnų judėjimas, kurio metu laikui bėgant keičiasi kai kurių kūnų padėtis kitų atžvilgiu arba kūno dalių padėtis viena kitos atžvilgiu. Šiuo atveju kūnai sąveikauja pagal mechanikos dėsnius.

Pagrindinės sąvokos:

Materialinis taškas- kūnas, kurio dydžio ir formos galima nepaisyti.

Nuorodos korpusas– kūnas, kurio atžvilgiu laikomas tiriamo kūno (kitų kūnų) judėjimas.

Atskaitos rėmas– atskaitos kūno rinkinys, su ja susieta koordinačių sistema ir atskaitos kūno atžvilgiu nejudantis laikrodis.

Radius Vect op yra vektorius, jungiantis koordinačių pradžią su kūno padėties tašku tam tikru laiko momentu.

Trajektorija– linija, kurią aprašo kūnas ( masės centras) jo judėjimo metu,

Kelias – skaliarinis fizinis kiekis, lygus ilgiui kūno aprašyta trajektorija per nagrinėjamą laikotarpį. ( , m)

Greitis– vektorinis fizikinis dydis, apibūdinantis dalelės judėjimo trajektorija greitį ir kryptį, kuria dalelė juda kiekvienu laiko momentu, t.y. padėties pokyčiai laikui bėgant (υ, m/s).

Pagreitis – vektorinis fizinis dydis, lygus santykiui kūno greičio padidėjimas per tam tikrą laikotarpį iki šio tarpo dydžio, t.y. greičio kitimo greitis (greitas) ( A, m/s 2).

Pagreičio vektorius gali keistis keičiant jo kryptį, dydį arba abu. Jei greitis mažėja, vartojamas terminas „lėtėjimas“.

Taško greitis

Judėjimo tipai:

Vienodas judėjimas –

kūno judėjimas, kai jis eina vienodais takais bet kuriais vienodais laiko intervalais.

1 – taško koordinatė laiko momentu t.

2 – taško koordinatė pradinis momentas laiko Kur= 0

3 – Greičio vektoriaus projekcija į koordinačių ašis

Judėjimas su nuolatiniu pagreičiu

Žinodami susidariusios jėgos dydį, taip pat kūno masę, rasime pagal formulę= = S = υ 0 t ± υ = υ 0 ± Žinodami susidariusios jėgos dydį, taip pat kūno masę, rasime pagal formulę t

Vienodas judėjimas ratu -

Dinamika

Dinamika – mechanikos šaka, tirianti priežastis atsiradimas mechaninis judėjimas.

Svoris– skaliarinis fizikinis dydis, kuris yra kiekybinis kūno inercijos matas, taip pat apibūdina medžiagos kiekį (m, kg),

Jėga– vektorinis fizikinis dydis, kuris yra kūnų sąveikos matas ir lemia kūno pagreičio atsiradimą arba kūno deformaciją. Jėga apibūdinama dydžiu, kryptimi ir taikymo tašku (F, N).

JĖGOS

Niutono dėsniai:

Pirmasis Niutono dėsnis:

inercinėse atskaitos sistemose uždara sistema ir toliau išlieka ramybės būsenoje arba tiesia linija tolygiai juda.

Klasikinė mechanika Niutonas taikomas specialioje klasėje inercinės atskaitos sistemos.

Visi inercinės sistemos nuorodos viena kitos atžvilgiu juda tiesia linija ir tolygiai.

Antrasis Niutono dėsnis:

jėga, veikianti sistemą iš išorės, sukelia sistemos pagreitį.

Trečiasis Niutono dėsnis:

veikimo jėga yra vienodo dydžio ir priešingos krypties reakcijos jėgai; jėgos turi tą patį pobūdį, bet yra taikomos skirtingi kūnai ir nėra kompensuojami.

Gravitacinė jėga

Jėgos gamtoje:

Impulso tvermės dėsnis

Impulsas yra vektorinis fizinis dydis, lygus produktui kūno svoris iki greičio: ,

Impulso išsaugojimo dėsnis:

Energijos tvermės dėsnis

Energija– kūnų judėjimo ir sąveikos ypatumai, jų gebėjimas keistis išorinis pasaulis(E, J).

Bendra mechaninė energija suprantama kaip kinetinės ir potencialios energijos suma:

Bendra mechaninė energija

Potenciali energija

Kinetinė energija

Kūno potenciali energija- skaliarinis fizikinis dydis, apibūdinantis kūno (ar materialaus taško) gebėjimą atlikti darbą dėl jo buvimo jėgų veikimo lauke.

Kūno kinetinė energija- energija mechaninė sistema, priklausomai nuo jo taškų judėjimo greičio.

Mechaninės energijos tvermės dėsnis:

Absoliuti temperatūros skalė

Pristatoma anglų kalba fizikas W. Kelvinas
- nėra neigiamos temperatūros
SI absoliučios temperatūros vienetas: [T] = 1K (Kelvinas)
Nulinė temperatūra absoliuti skalė- Tai absoliutus nulis(0K = -273 C), daugiausia žema temperatūra gamtoje. Šiuo metu pasiekta žemiausia temperatūra – 0,0001K.
Pagal dydį 1K yra lygus 1 laipsniui pagal Celsijaus skalę.

Ryšys tarp absoliučios skalės ir Celsijaus skalės: formulėse absoliuti temperatūra žymima raide „T“, o temperatūra Celsijaus skalėje – raide „t“.

Pagrindinė MKT dujų lygtis

Pagrindinė MKT lygtis jungia dalelių mikroparametrus (molekulės masę, vidutinę molekulių kinetinę energiją, vidutinį molekulių greičio kvadratą) su dujų makroparametrais (p – slėgis, V – tūris, T – temperatūra). ).

vidutinė kinetinė molekulių transliacinio judėjimo energija

vidutinė kinetinė molekulių transliacinio judėjimo energija

RMS greitis: =

Monatominių idealių dujų vidinė energija: U = = pV

Dujoms būdingas visiškas molekulių išsidėstymo ir judėjimo sutrikimas.
Atstumas tarp dujų molekulių yra daug kartų didesnis daugiau dydžių molekules. Mažos patrauklios jėgos negali išlaikyti molekulių arti viena kitos, todėl dujos gali plėstis be apribojimų.
Dujų slėgis ant indo sienelių susidaro dėl judančių dujų molekulių poveikio.

Skystis

Šiluminis molekulių judėjimas skystyje išreiškiamas vibracijomis aplink padėtį stabili pusiausvyra neviršijant tūrio, 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.

Skystyje atstumas tarp molekulių yra maždaug lygus molekulės skersmeniui. Kai atstumas tarp molekulių mažėja (skysčio suspaudimas), atstumiančios jėgos smarkiai padidėja, todėl skysčiai yra nesuspaudžiami.

Tvirtas

Molekulių šiluminis judėjimas kietajame kūne išreiškiamas tik dalelių (atomų, molekulių) virpesiais aplink stabilią pusiausvyros padėtį.

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.

Drėgmė:

Rasos taškas– temperatūra, kurioje garai tampa prisotinti

Tvirtas

Termodinamikos pagrindai

Pagrindinės sąvokos:

Termodinamika– tiriančią fizikos teoriją šiluminės savybės makroskopinės sistemos, neatsižvelgiant į sistemą sudarančių kūnų mikroskopinę struktūrą.

Termodinaminė sistema– fizinę sistemą, susidedantis iš daugybės dalelių (atomų ir molekulių), kurios patiria terminį judėjimą ir, sąveikaudamos viena su kita, keičiasi energija.

Termodinamika atsižvelgia tik į pusiausvyros būsenas.

Pusiausvyros būsenos – būsenos, kuriose termodinaminės sistemos parametrai laikui bėgant nekinta.

Termodinaminis procesas– sistemos perėjimas iš pradinės būsenos į galutinę būseną per tarpinių būsenų seką (bet koks termodinaminės sistemos pokytis).

Termodinaminiai procesai

Vidinė energija– energija, susidedanti iš energijų sumos molekulinės sąveikos o molekulių šiluminio judėjimo energija, priklausanti tik nuo termodinaminė būsena sistemos.

Keitimo būdai vidinė energija :

1. Įsipareigojimas mechaninis darbas.
2. Šilumos mainai (šilumos perdavimas)

Šilumos mainai– vidinių energijų perkėlimas iš vieno kūno į kitą.

Šilumos mainai

desublimacija

sublimacija

garinimas

kondensacija

kristalizacija

tirpstantis

Šilumos kiekis (Q, J)– energijos matas

Šilumos kiekis:

Pirmasis termodinamikos dėsnis

Pirmojo termodinamikos dėsnio teiginys:

Darbo atlikimas

Q 2 – perduota energija (perduodama likusi energijos dalis)

Šilumos variklis turi veikti cikliškai. Ciklo pabaigoje kūnas grįžta į pradinę būseną, o vidinė energija įgauna pradinė vertė. Ciklo darbą gali atlikti tik išorinių šaltinių, tiekiantis šilumą darbiniam skysčiui.

Tikri šilumos varikliai veikia atviru ciklu, t.y. po išsiplėtimo dujos išleidžiamos, o į mašiną įleidžiama nauja dujų dalis.

Koeficientas naudingas veiksmas

Efektyvumas ( η ) – darbo santykiai A atliekama darbiniu skysčiu per ciklą, atsižvelgiant į šilumos kiekį K gautas darbinis skystis tam pačiam ciklui.

η = · 100% = · 100% = · 100%

Efektyvumas apibūdina šilumos variklio efektyvumo laipsnį ir priklauso tik nuo šildytuvo ir šaldytuvo temperatūros.

ü Už didinant efektyvumą Naudodami šilumos variklį galite padidinti šildytuvo temperatūrą ir sumažinti šaldytuvo temperatūrą;

ü Efektyvumas visada yra< 1

Antrasis termodinamikos dėsnis

Antrasis termodinamikos dėsnis nustato gamtoje vykstančių ir su energijos virsmu susijusių procesų kryptį.

Antrojo termodinamikos dėsnio teiginiai:

1. Neįmanomas termodinaminis procesas, kurio pasekoje šiluma iš šalto kūno pereitų į karštesnį, be jokių kitų gamtos pokyčių.
2. Gamtoje neįmanomas procesas, kurio vienintelis rezultatas yra visos iš tam tikro kūno gaunamos šilumos pavertimas darbu.

Antrasis termodinamikos dėsnis paneigia galimybę panaudoti bet kurio šaltinio vidines energijos atsargas, neperkeliant jų į daugiau žemas lygis, t.y. nėra šaldytuvo.

ELEKTRODINAMIKOS PAGRINDAI

Elektrodinamika- mokslas apie savybes elektromagnetinis laukas.

1. ELEKTROSTATIKA
- elektrodinamikos šaka, tirianti elektra įkrautus kūnus ramybės būsenoje.
Elementariosios dalelės gali turėti el mokestis, tada jie vadinami įkrautais; sąveikauja tarpusavyje jėgomis, kurios priklauso nuo atstumo tarp dalelių, bet daug kartų viršija abipusės gravitacijos jėgas (ši sąveika vadinama elektromagnetine).
Elektros krūvis – pagrindinis skaliarinis fizikinis dydis, lemiantis intensyvumą elektromagnetinės sąveikos(q, Cl).

1 C - krūvis praeina per 1 sekundę skerspjūvis laidininkas esant 1 A srovei.
Yra du elektros krūvio požymiai: teigiamas ir neigiamas.
Dalelės su panašiais krūviais atstumia, o dalelės su skirtingais krūviais traukia.
Protonas turi teigiamą krūvį, elektronas turi neigiamą krūvį, o neutronas yra elektriškai neutralus.
Elementarus mokestis- minimalus mokestis, kurio negalima padalyti.
Kūnas yra įkrautas, jei jis turi bet kokio ženklo mokesčių perviršį:
neigiamai įkrautas – jei yra elektronų perteklius;
teigiamai įkrautas – jei trūksta elektronų.
Kėbulų elektrifikavimas – vienas iš būdų gauti įkrautus kūnus.

Šiuo atveju abu kūnai yra įkrauti, o krūviai yra priešingo ženklo, bet vienodo dydžio.

MAGNETAI

Magnetai turi du polius: S (pietinė) ir N (šiauriniai), kurie turi didžiausia jėga patrauklumas.

Kaip magneto poliai atstumia vienas kitą, o priešingi poliai traukia.

Magnetinio lauko charakteristikos:

Magnetinis srautas(F, Wb) – į vietą prasiskverbiančių magnetinės indukcijos linijų skaičius.

Magnetinio lauko stiprumas(N, A/m) – dydis, charakterizuojantis bet kuriame erdvės taške esantį magnetinį lauką, kurį sukuria makrosrovės (elektros grandinės laidais tekančios srovės), nepriklausomai nuo aplinkos.

B = μs N

Už tiesinė srovė: N = ;

centre apskrita srovė: N = ;

solenoido centre: H = .

Medžiagos magnetinis pralaidumas

Magnetinės indukcijos reikšmė priklauso nuo aplinkos, kurioje egzistuoja magnetinis laukas. Magnetinės indukcijos B lauke tam tikroje aplinkoje ir magnetinės indukcijos B o vakuume santykis apibūdina magnetines savybes tam tikroje aplinkoje ir vadinamas santykiniu medžiagos magnetiniu pralaidumu – µ.

ELEKTROMAGNETINĖ INDUKCIJA

Indukcinės srovės gavimo būdai:

Fenomenas elektromagnetinė indukcija – elektros srovės atsiradimas uždaroje laidžioje grandinėje, kuri arba ramybės būsenoje kintančiame laike magnetiniame lauke, arba juda pastoviame magnetiniame lauke taip, kad keičiasi į grandinę prasiskverbiančių magnetinės indukcijos linijų skaičius. Kuo greičiau keičiasi magnetinės indukcijos linijų skaičius, tuo didesnė indukcinė srovė.

ELEKTROMAGNETINĖS INDUKCIJOS DĖSNIS:

Elektros srovė grandinėje galima, jei nemokami mokesčiai laidininką veikia išorinės jėgos. Šių jėgų darbas perkelti vienetą teigiamas krūvis palei uždarą kilpą vadinamas emf. Keičiant magnetinis srautas per kontūro ribojamą paviršių kontūre atsiranda išorinės jėgos, kurių veikimui būdinga sukeltas emf.
Atsižvelgiant į indukcijos srovės kryptį, pagal Lenco taisyklę:

Indukuotas emf uždaroje kilpoje yra lygus magnetinio srauto per kilpos ribojamą paviršių kitimo greičiui, paimtam su priešingu ženklu.

SŪDURIO ELEKTROS LAUKAS

Elektros srovės atsiradimo stacionariame laidininke priežastis yra elektrinis laukas.
Bet koks magnetinio lauko pokytis sukuria indukcinį elektrinį lauką, nepriklausomai nuo uždaros grandinės buvimo ar nebuvimo, o jei laidininkas yra atviras, jo galuose atsiranda potencialų skirtumas; Jei laidininkas uždarytas, tada jame stebima indukuota srovė.

Sūkurinės srovės:

Indukcinės srovės masyviuose laidininkuose vadinamos Foucault srovėmis. Fuko srovės gali pasiekti labai didelės vertybės, nes Masyvių laidininkų varža yra maža. Todėl transformatorių šerdys gaminamos iš izoliuotų plokščių.
Ferituose – magnetiniai izoliatoriai sūkurinės srovės praktiškai nekyla.

Naudojimas sūkurinės srovės

Metalų kaitinimas ir lydymas vakuume, sklendės elektros matavimo prietaisuose.

Kenksmingas poveikis sūkurinės srovės

Tai energijos nuostoliai transformatorių ir generatorių šerdyse dėl išleidimo didelis kiekis karštis.

SAVIINDUKCIJA

Savęs indukcijos reiškinys– indukuoto emf atsiradimas grandinėje, kurį sukelia toje pačioje grandinėje tekančios srovės magnetinio lauko pasikeitimas.

Savaiminis magnetinis laukas grandinėje DC kinta grandinės uždarymo ir atidarymo momentais bei pasikeitus srovės stiprumui.

Induktyvumas (saviindukcijos koeficientas) – fizikinis dydis, parodantis priklausomybę Savęs sukeltas emf apie laidininko dydį ir formą bei aplinką, kurioje yra laidininkas.
Ritės induktyvumas priklauso nuo:
apsisukimų skaičius, ritės dydis ir forma bei santykinis terpės (galbūt šerdies) magnetinis pralaidumas.

SROVĖS MAGNETINIO LAUKO ENERGIJOS

Aplink laidininką, tekančią srovę, yra magnetinis laukas, turintis energiją.
Magnetinio lauko energija yra lygi vidinei srovės energijai.
Srovės savaiminė energija yra skaitine prasme lygi darbui, kurį srovės šaltinis turi atlikti, kad įveiktų savaiminės indukcijos emf, kad grandinėje susidarytų srovė.

AC

AC– srovė, besikeičianti kryptimi ir dydžiu harmonijos dėsnis.

RMS dabartinė vertė- nuolatinės srovės, kuri laidininke išskiria tokį patį šilumos kiekį per tą patį laiką kaip ir kintamoji srovė, stipris. aš =

Momentinė srovės vertė yra proporcinga momentinei įtampos vertei ir yra fazėje: i = = I m cos ωt

Kintamosios įtampos efektyvioji vertė nustatoma panašiai kaip ir srovės efektyvioji vertė U =

Momentinė įtampos vertė kinta pagal harmonikų dėsnį: u = U m cos ωt

Aktyvūs pasipriešinimai– elektros prietaisai, paverčiantys elektros energiją vidine energija (didelės varžos laidai, šildymo gyvatukai, rezistoriai).

Galia AC.

Kai srovės ir įtampos svyravimų fazės sutampa, momentinė kintamosios srovės galia yra lygi:

p = iu = i 2 R = I m U m cos 2ωt

Vidutinė galios vertė per kintamosios srovės laikotarpį yra: p =

Induktyvumas ir talpa kintamosios srovės grandinėje:

1. Induktyvumas

Ritėje, prijungtoje prie kintamosios įtampos grandinės, srovės stipris yra mažesnis nei srovės stipris grandinėje DC įtampa už tą pačią ritę. Vadinasi, kintamosios įtampos grandinėje esanti ritė sukuria didesnį pasipriešinimą nei nuolatinės įtampos grandinėje.

Įtampos laidų srovė faze by π/2

Indukcinė reaktyvumas yra : X L = ωL = 2πνL

Omo dėsnis: I m = , kur Lω yra indukcinė varža.

2. Talpa

Kai kondensatorius yra prijungtas prie nuolatinės įtampos grandinės, srovė lygi nuliui, o kai kondensatorius yra prijungtas prie kintamosios srovės įtampos grandinės, srovė nėra lygi nuliui. Todėl kintamosios įtampos grandinėje esantis kondensatorius sukuria mažesnę varžą nei nuolatinės srovės grandinėje.

Talpa yra lygi: X C = =

Rezonansas elektros grandinėje.

Rezonansas elektros grandinėje – reiškinys staigus padidėjimas amplitudės priverstiniai svyravimai srovė, kai dažniai sutampa ω 0 = ω, kur ω 0 – virpesių grandinės natūralusis dažnis, ω – maitinimo įtampos dažnis.

Veikimo principas pagrįstas elektromagnetinės indukcijos reiškiniu.

Veikimo tuščiąja eiga principas, t.y. be Rn:

ε ind1/ε ind2= ω 1 /ω 2 = k, kur ε ind1 Ir ε ind2– indukuotas emf apvijose, ω 1 ir ω 2 – apvijų apsisukimų skaičius,

k – transformacijos koeficientas.

Jeigu k > 1 , tada transformatorius sumažina įtampą; Jeigu k< 1 , tada transformatorius padidina įtampą. Tuščiąja eiga transformatorius sunaudoja nedidelį kiekį energijos iš tinklo, kuri išleidžiama jo šerdies įmagnetinimui pakeisti.

Transformatoriai, skirti konvertuoti didelės galios kintamąsias sroves, turi didelį efektyvumą.

Transliacija elektros energija:

5. Elektromagnetiniai virpesiai ir bangos

Virpesių grandinė- grandinė, kurioje elektrinio lauko energiją būtų galima paversti magnetinio lauko energija ir atvirkščiai.

Elektrinis virpesių grandinė - sistema, susidedanti iš kondensatoriaus ir ritės, sujungtos viena su kita uždara kilpa elektros grandinė

Yra elektromagnetinės vibracijos – periodiškai pasikartojantys srovės ritėje ir įtampos pokyčiai tarp kondensatoriaus plokščių, nenaudojant energijos iš išorinių šaltinių.

Jeigu kontūras „idealus“, t.y. elektrinė varža lygus 0 X L = X C ω =

T = 2π – Tomsono formulė (laisvųjų elektromagnetinių virpesių periodas in elektros grandinė)

Elektromagnetinis laukas – ypatinga forma materija, elektrinių ir magnetinių laukų rinkinys.

Kintamos elektros ir magnetiniai laukai egzistuoja vienu metu ir sudaro vieną elektromagnetinį lauką.

ü Kai įkrovimo greitis lygus nuliui, yra tik elektrinis laukas.

ü Kada pastovus greitisįkrovimas sukuria elektromagnetinį lauką.

ü Pagreitėjus krūviui judant, išspinduliuojama elektromagnetinė banga, kuri erdvėje sklinda baigtiniu greičiu.

Elektromagnetinio lauko medžiaga:

ü galite užsiregistruoti

ü egzistuoja nepriklausomai nuo mūsų valios ir norų

ü turi didelį, bet ribotą greitį

Elektromagnetinės bangos

Laike kintantis elektromagnetinis laukas, sklindantis erdvėje (vakuumas) 3 × 10 8 m/s greičiu, sudaro elektromagnetinę bangą. Baigtinis elektromagnetinio lauko sklidimo greitis lemia tai, kad elektromagnetiniai virpesiai erdvėje sklinda bangų pavidalu.

Toli nuo antenos vektorių E ir B reikšmės yra fazėje.

Pagrindinė elektromagnetinės bangos atsiradimo sąlyga yra pagreitėjęs elektros krūvių judėjimas.

Elektromagnetinės bangos greitis: υ = νλ λ = = υ2π

Bangos savybės:

Ø atspindys, refrakcija, interferencija, difrakcija, poliarizacija;

Ø slėgis medžiagai;

Ø absorbcija iš aplinkos;

Ø galutinis sklidimo greitis vakuume Su;

Ø sukelia fotoelektrinio efekto reiškinį;

Ø greitis terpėje mažėja.

6. BANGŲ OPTIKA

Optika- fizikos šaka, kuri studijuoja šviesos reiškiniai.
Autorius šiuolaikinės idėjosšviesa turi dvejopą prigimtį (bangos-dalelių dvilypumas): šviesa turi bangų savybės ir atstovauja elektromagnetines bangas, bet kartu tai ir dalelių – fotonų – srautas. Priklausomai nuo šviesos diapazono, jie pasirodo didesniu mastu tam tikros savybės.

Šviesos greitis vakuume:

Sprendžiant uždavinius skaičiavimams dažniausiai imama reikšmė c = 3 · 10 8 km/s.

ŠVIESOS ATspindėjimas

Bangos paviršius yra taškų, svyruojančių toje pačioje fazėje, rinkinys.
Huygenso principas: kiekvienas taškas, kurį trikdžiai pasiekė, tampa antrinių sferinių bangų šaltiniu.
Šviesos atspindžio dėsniai
MN – atspindintis paviršius
AA 1 ir BB 1 – kritimo spinduliai plokštumos banga
AA 2 ir BB 2 – atspindėtos plokštumos bangos spinduliai
AC - bangos paviršius krintančios plokštumos banga yra statmena krintantiems spinduliams
DB – atspindėtos plokštumos bangos paviršius statmenas atspindėtiems spinduliams
α – kritimo kampas (tarp krintančio pluošto ir statmeno atspindinčiam paviršiui)
β - atspindžio kampas (tarp atspindėto spindulio ir statmeno atspindinčiam paviršiui)
Refleksijos dėsniai:
1. Kritantis spindulys, atsispindėjęs spindulys ir statmenas, atkurtas spindulio kritimo taške, yra toje pačioje plokštumoje.
2. Kritimo kampas lygus kampui atspindžiai.

ŠVIESOS LŪGIS

Šviesos lūžimas – šviesos sklidimo krypties pokytis, kai ji praeina per dviejų terpių sąsają.
Šviesos lūžio dėsniai:

1. Krintantis spindulys ir lūžęs pluoštas yra toje pačioje plokštumoje, kuri yra statmena sąsajai tarp dviejų terpių, atkurta spindulio kritimo taške.
2. Kritimo kampo sinuso ir lūžio kampo sinuso santykis dviem duotoms terpėms yra pastovi reikšmė

kur n yra santykinis rodiklis refrakcija (kitaip antrosios terpės lūžio rodiklis, palyginti su pirmąja)
Lūžio rodiklis

Fizinė prasmė: rodo, kiek kartų šviesos greitis terpėje, iš kurios išeina spindulys, yra didesnis už šviesos greitį terpėje, į kurią jis patenka.

VISINIS VIDINIS ŠVIESOS ATSpindijimas

Leiskite absoliutus rodiklis pirmosios terpės lūžio rodiklis yra didesnis nei antrosios terpės absoliutus lūžio rodiklis
, tai yra, pirmoji terpė yra optiškai tankesnė.
Tada, jei jis atsiųs