Gazların, sıvıların ve katıların yapısı.
Moleküler kinetik teorinin temel prensipleri:
Bütün maddeler moleküllerden, moleküller ise atomlardan oluşur.
Atomlar ve moleküller sürekli hareket halindedir,
Moleküller arasında çekim ve itme kuvvetleri vardır.
İÇİNDE gazlar moleküller düzensiz hareket eder, moleküller arasındaki mesafeler büyüktür, moleküler kuvvetler küçüktür, gaz kendisine sağlanan hacmin tamamını kaplar.
İÇİNDE sıvılar Moleküller yalnızca kısa mesafelerde düzenli bir şekilde düzenlenir ve büyük mesafelerde düzenlemenin sırası (simetrisi) ihlal edilir - "kısa menzilli düzen". Moleküler çekim kuvvetleri molekülleri birbirine yakın tutar. Moleküllerin hareketi, bir sabit konumdan diğerine (genellikle bir katman içinde) "sıçraymaktır". Bu hareket, bir sıvının akışkanlığını açıklar. Bir sıvının şekli yoktur, ancak hacmi vardır.
Katılar, kristal ve amorf olarak bölünmüş, şeklini koruyan maddelerdir. Kristal katılar gövdeler, düğümlerinde iyonların, moleküllerin veya atomların bulunabileceği bir kristal kafese sahiptirler. Kararlı denge konumlarına göre salınırlar.. Kristal kafesler, tüm hacim boyunca düzenli bir yapıya sahiptir - "uzun menzilli düzen".
Amorf cisimlerşekillerini korurlar, ancak kristal kafesleri yoktur ve sonuç olarak belirgin bir erime noktasına sahip değildirler. Sıvılar gibi "kısa menzilli" moleküler düzene sahip oldukları için donmuş sıvılar olarak adlandırılırlar.
Moleküler etkileşim kuvvetleri
Bir maddenin tüm molekülleri birbirleriyle çekim ve itme kuvvetleriyle etkileşime girer. Moleküllerin etkileşiminin kanıtı: ıslanma olgusu, sıkıştırma ve gerilmeye karşı direnç, katıların ve gazların düşük sıkıştırılabilirliği, vb. Moleküllerin etkileşiminin nedeni, bir maddedeki yüklü parçacıkların elektromanyetik etkileşimleridir. Bu nasıl açıklanır? Bir atom, pozitif yüklü bir çekirdek ve negatif yüklü bir elektron kabuğundan oluşur. Çekirdeğin yükü tüm elektronların toplam yüküne eşittir, dolayısıyla atom bir bütün olarak elektriksel olarak nötrdür. Bir veya daha fazla atomdan oluşan bir molekül de elektriksel olarak nötrdür. İki sabit molekül örneğini kullanarak moleküller arasındaki etkileşimi ele alalım. Doğada cisimler arasında yer çekimi ve elektromanyetik kuvvetler bulunabilir. Moleküllerin kütleleri son derece küçük olduğundan, moleküller arasındaki yerçekimsel etkileşimin ihmal edilebilir kuvvetleri göz ardı edilebilir. Çok büyük mesafelerde moleküller arasında elektromanyetik etkileşim de yoktur. Ancak moleküller arasındaki mesafe azaldıkça, moleküller, birbirlerine bakan tarafları farklı işaretlere sahip olacak (genel olarak moleküller nötr kalır) ve moleküller arasında çekici kuvvetler ortaya çıkacak şekilde kendilerini yönlendirmeye başlarlar. Moleküller arasındaki mesafenin daha da azalmasıyla birlikte, molekül atomlarının negatif yüklü elektron kabuklarının etkileşimi sonucu itici kuvvetler ortaya çıkar. Sonuç olarak molekül, çekme ve itme kuvvetlerinin toplamı tarafından etkilenmektedir. Büyük mesafelerde çekim kuvveti baskındır (molekülün 2-3 çapı mesafede çekim maksimumdur), kısa mesafelerde itme kuvveti hakimdir. Moleküller arasında çekici kuvvetlerin itici kuvvetlere eşit olduğu mesafe vardır. Moleküllerin bu konumuna kararlı denge konumu denir. Birbirinden uzakta bulunan ve elektromanyetik kuvvetlerle bağlanan moleküller potansiyel enerjiye sahiptir. Kararlı bir denge konumunda moleküllerin potansiyel enerjisi minimumdur. Bir maddede her molekül, birçok komşu molekülle aynı anda etkileşime girer ve bu aynı zamanda moleküllerin minimum potansiyel enerjisinin değerini de etkiler. Ayrıca bir maddenin tüm molekülleri sürekli hareket halindedir. kinetik enerjiye sahiptir. Böylece, bir maddenin yapısı ve özellikleri (katı, sıvı ve gaz halindeki cisimler), moleküllerin minimum potansiyel etkileşim enerjisi ile moleküllerin termal hareketinin kinetik enerjisi rezervi arasındaki ilişki ile belirlenir.
Katı, sıvı ve gaz halindeki cisimlerin yapısı ve özellikleri
Vücutların yapısı, vücut parçacıklarının etkileşimi ve termal hareketlerinin doğası ile açıklanır.
Sağlam
Katıların şekli ve hacmi sabittir ve pratik olarak sıkıştırılamazlar. Moleküller arasındaki etkileşimin minimum potansiyel enerjisi, moleküllerin kinetik enerjisinden daha büyüktür. Güçlü parçacık etkileşimi. Bir katıdaki moleküllerin termal hareketi yalnızca parçacıkların (atomlar, moleküller) kararlı bir denge konumu etrafındaki titreşimleriyle ifade edilir.
Büyük çekim kuvvetleri nedeniyle moleküller madde içindeki konumlarını pratik olarak değiştiremezler; bu, katıların hacminin ve şeklinin değişmezliğini açıklar. Çoğu katı, düzenli bir kristal kafes oluşturan parçacıkların uzaysal olarak düzenli bir düzenlemesine sahiptir. Maddenin parçacıkları (atomlar, moleküller, iyonlar) kristal kafesin köşelerinde - düğümlerinde bulunur. Kristal kafesin düğümleri, parçacıkların kararlı denge konumuyla çakışır. Bu tür katılara kristal denir.
Sıvı
Sıvıların belirli bir hacmi vardır ancak kendi şekilleri yoktur, bulundukları kabın şeklini alırlar. Moleküller arasındaki etkileşimin minimum potansiyel enerjisi, moleküllerin kinetik enerjisiyle karşılaştırılabilir. Zayıf parçacık etkileşimi. Bir sıvı içindeki moleküllerin termal hareketi, moleküle komşuları tarafından sağlanan hacim içindeki kararlı bir denge konumu etrafındaki titreşimlerle ifade edilir. Moleküller bir maddenin tüm hacmi boyunca serbestçe hareket edemezler ancak moleküllerin komşu yerlere geçişleri mümkündür. Bu, sıvının akışkanlığını ve şeklini değiştirme yeteneğini açıklar.
Sıvılarda moleküller, sıvı hacminin değişmezliğini açıklayan çekim kuvvetleriyle birbirine oldukça sıkı bir şekilde bağlanır. Bir sıvıda moleküller arasındaki mesafe yaklaşık olarak molekülün çapına eşittir. Moleküller arasındaki mesafe azaldığında (sıvının sıkıştırılması), itme kuvvetleri keskin bir şekilde artar, dolayısıyla sıvılar sıkıştırılamaz. Yapıları ve termal hareketin doğası gereği sıvılar, katılar ve gazlar arasında bir ara pozisyonda bulunur. Bir sıvı ile bir gaz arasındaki fark, bir sıvı ile bir katı arasındaki farktan çok daha büyük olmasına rağmen. Örneğin, erime veya kristalleşme sırasında bir cismin hacmi, buharlaşma veya yoğunlaşma sırasında olduğundan çok daha az değişir.
Gazların sabit bir hacmi yoktur ve bulundukları kabın tüm hacmini kaplarlar. Moleküller arasındaki etkileşimin minimum potansiyel enerjisi, moleküllerin kinetik enerjisinden daha azdır. Maddenin parçacıkları pratikte etkileşime girmez. Gazlar, moleküllerin düzenlenmesinde ve hareketinde tam bir bozuklukla karakterize edilir.
Gaz molekülleri arasındaki mesafe, moleküllerin boyutundan birkaç kat daha fazladır. Küçük çekim kuvvetleri molekülleri birbirine yakın tutamaz, dolayısıyla gazlar sınırsızca genişleyebilir. Gazlar dış basıncın etkisi altında kolayca sıkıştırılır, çünkü Moleküller arasındaki mesafeler büyüktür ve etkileşim kuvvetleri ihmal edilebilir düzeydedir. Kabın duvarlarındaki gaz basıncı, hareket eden gaz moleküllerinin etkisiyle oluşur.
Ders No. 2/5 2
Konu No. 26: “Sıvının yapısının modeli. Doymuş ve doymamış çiftler. Hava nemi."
1 Sıvı yapı modeli
Sıvı bir tanesi maddenin halleri. Bir sıvının onu diğer toplanma durumlarından ayıran ana özelliği, hacmini pratik olarak korurken, isteğe bağlı olarak küçük olsa bile, teğetsel mekanik gerilimlerin etkisi altında şeklini süresiz olarak değiştirebilme yeteneğidir.
Şekil 1
Sıvı hal genellikle arasında bir ara madde olarak kabul edilir. katı ve gaz : Gaz ne hacmini ne de şeklini korur, ancak katı her ikisini de korur.
Moleküller Sıvıların kesin bir konumu yoktur ancak aynı zamanda tam bir hareket özgürlüğüne de sahip değildirler. Aralarında onları yakın tutacak kadar güçlü bir çekim vardır.
Sıvı haldeki bir madde belirli bir aralıkta bulunur sıcaklıklar , bunun altında şuna dönüşür:katı hal(kristalleşme meydana gelir veya katı amorf bir duruma dönüşüm cam), yukarıda gaz halinde (buharlaşma meydana gelir). Bu aralığın sınırları şunlara bağlıdır: basınç
Tüm sıvılar genellikle saf sıvılara ayrılır ve karışımlar . Bazı sıvı karışımları yaşam için büyük önem taşır: kan, deniz suyu vb. Sıvılar işlevi yerine getirebilirçözücüler
Sıvıların temel özelliği akışkanlıktır. Sıvının dengede olan bir bölümüne uygularsanız dış kuvvet daha sonra bu kuvvetin uygulandığı yönde bir sıvı parçacıkları akışı ortaya çıkar: sıvı akar. Böylece, dengesiz dış kuvvetlerin etkisi altında sıvı, şeklini ve parçaların göreceli düzenini korumaz ve bu nedenle içinde bulunduğu kabın şeklini alır.
Plastik katıların aksine sıvılarınakma dayanımı: Sıvı akışını sağlamak için keyfi olarak küçük bir dış kuvvetin uygulanması yeterlidir.
Sıvının karakteristik özelliklerinden biri de belirli bir hacim ( sürekli dış koşullar altında). Sıvının mekanik olarak sıkıştırılması son derece zordur; gaz Moleküller arasında çok az boş alan vardır. Kap içindeki bir sıvıya uygulanan basınç, bu sıvının hacmindeki her noktaya değişmeden iletilir ( Pascal yasası gazlar için de geçerlidir). Bu özellik, çok düşük sıkıştırılabilirlik ile birlikte hidrolik makinelerde kullanılmaktadır.
Sıvıların genellikle ısıtıldıklarında hacimleri artar (genleşir), soğutulduklarında ise hacimleri azalır (daralır). Ancak istisnalar da vardır, örneğin: su normal basınçta ve 0 °C ila yaklaşık 4 °C arasındaki sıcaklıklarda ısıtıldığında büzülür.
Ayrıca sıvılar (gazlar gibi) de karakterize edilir. viskozite . Bir parçanın diğerine göre hareketine, yani iç sürtünmeye karşı koyma yeteneği olarak tanımlanır.
Bitişik sıvı katmanları birbirine göre hareket ettiğinde, moleküllerin çarpışması kaçınılmaz olarak meydana gelir.termal hareket. Düzenli hareketi engelleyen kuvvetler ortaya çıkar. Bu durumda düzenli hareketin kinetik enerjisi, moleküllerin kaotik hareketinin termal enerjisine dönüşür.
Harekete geçirilen ve kendi haline bırakılan kaptaki sıvı yavaş yavaş duracak ancak sıcaklığı artacaktır.Bir gaz gibi bir buharda, yapışma kuvvetleri neredeyse göz ardı edilebilir ve hareket, moleküllerin serbest uçuşu ve bunların birbirleriyle ve çevredeki cisimlerle (kabin tabanını kaplayan duvarlar ve sıvı) çarpışması olarak düşünülebilir. Bir sıvıda moleküller, katı bir maddede olduğu gibi güçlü bir şekilde etkileşime girerek birbirlerini tutarlar. Bununla birlikte, katı bir cisimde her molekül, cisim içinde belirsiz olarak tanımlanmış bir denge konumunu korurken ve hareketi bu denge konumu etrafındaki salınımlara indirgenirken, sıvıdaki hareketin doğası farklıdır. Sıvı moleküller, gaz molekülleri kadar olmasa da katı moleküllere göre çok daha serbest hareket ederler. Sıvıdaki her molekül, komşularından uzaklaşmadan bir süre oraya buraya hareket eder. Bu hareket, katı bir molekülün denge konumu etrafındaki titreşimine benzer. Ancak zaman zaman sıvı molekülü bulunduğu ortamdan kaçarak başka bir yere taşınarak yeni bir ortama girer ve burada bir süre daha titreşime benzer bir hareket yapar.
Dolayısıyla sıvı moleküllerin hareketi, katı ve gazdaki hareketlerin karışımına benzer: Bir yerdeki "salınımlı" hareketin yerini, bir yerden diğerine "serbest" bir geçiş alır. Buna göre sıvının yapısı, katının yapısı ile gazın yapısı arasında bir şeydir. Sıcaklık ne kadar yüksek olursa, yani sıvı moleküllerin kinetik enerjisi ne kadar büyük olursa, "serbest" hareketin oynadığı rol o kadar büyük olur: molekülün "titreşimli" durumunun aralıkları o kadar kısa olur ve "serbest" geçişler o kadar sık olur, yani. sıvı ne kadar çok gaza benzerse. Her bir sıvının yeterince yüksek bir sıcaklık özelliğinde (kritik sıcaklık olarak adlandırılır), sıvının özellikleri, yüksek oranda sıkıştırılmış bir gazın özelliklerinden farklı değildir.
2 Doymuş ve doymamış çiftler ve özellikleri
Bu sıvının buharları her zaman sıvının serbest yüzeyinin üzerinde bulunur. Sıvı içeren kap kapatılmazsa, sabit sıcaklıkta buhar parçacıklarının konsantrasyonu geniş sınırlar içinde aşağı ve yukarı değişebilir.
Kapalı bir alanda buharlaşma süreci(sıvı içeren kapalı kap)Belirli bir sıcaklıkta ancak belirli bir sınıra kadar meydana gelebilir. Bu, buharın yoğunlaşmasının sıvının buharlaşmasıyla aynı anda meydana gelmesiyle açıklanmaktadır. Birincisi, 1 saniyede sıvıdan dışarı uçan moleküllerin sayısı, geri dönen moleküllerin sayısından daha fazladır ve yoğunluk, dolayısıyla buhar basıncı artar. Bu, yoğunlaşma oranının artmasına neden olur. Bir süre sonra, sıvının üzerindeki buhar yoğunluğunun sabit hale geldiği dinamik denge oluşur.
Sıvısıyla dinamik dengede olan buhara doymuş buhar denir. Sıvısıyla dinamik dengede olmayan buhara doymamış denir.
Deneyimler doymamış çiftlerin hepsine uyduğunu gösteriyor gaz kanunları ve ne kadar doğru olursa, doymuş buharlar aşağıdaki özelliklerle karakterize edilir:
- belirli bir sıcaklıkta doymuş buharın yoğunluğu ve basıncı; bunlar, belirli bir sıcaklıkta buharın sahip olabileceği maksimum yoğunluk ve basınçtır;
- Doymuş buharın yoğunluğu ve basıncı maddenin türüne bağlıdır. Bir sıvının özgül buharlaşma ısısı ne kadar düşükse, o kadar hızlı buharlaşır ve buharının basıncı ve yoğunluğu da o kadar büyük olur;
- doymuş buharın basıncı ve yoğunluğu, sıcaklığına göre benzersiz bir şekilde belirlenir (buharın bu sıcaklığa nasıl ulaştığına bağlı değildir: ısıtma veya soğutma sırasında);
- sıcaklık arttıkça basınç ve buhar yoğunluğu hızla artar (Şekil 1, a, b).
Deneyimler, bir sıvı ısıtıldığında kapalı bir kaptaki sıvı seviyesinin azaldığını göstermektedir. Sonuç olarak buharın kütlesi ve yoğunluğu artar. İdeal bir gazla karşılaştırıldığında doymuş buharın basıncındaki daha güçlü bir artış (Gay-Lussac yasası doymuş buhar için geçerli değildir), burada basıncın yalnızca moleküllerin ortalama kinetik enerjisindeki bir artışa bağlı olarak artmasıyla açıklanmaz. (ideal bir gazda olduğu gibi), fakat aynı zamanda moleküllerin konsantrasyonunun artması nedeniyle;
- sabit sıcaklıkta doymuş buharın basıncı ve yoğunluğu hacme bağlı değildir. Karşılaştırma amacıyla, Şekil 2 ideal bir gazın (a) ve doymuş buharın (b) izotermlerini göstermektedir.
Pirinç. 2
Deneyimler, izotermal genleşme sırasında kaptaki sıvı seviyesinin azaldığını ve sıkıştırma sırasında arttığını göstermektedir; buhar moleküllerinin sayısı değişir, böylece buhar yoğunluğu sabit kalır.
3 Nem
Su buharı içeren havaya denirıslak . Havadaki su buharı içeriğini karakterize etmek için bir takım büyüklükler kullanılır: mutlak nem, su buharı basıncı ve bağıl nem.
Mutlak nemρ hava, sayısal olarak 1 m2'de bulunan su buharı kütlesine eşit bir miktardır 3 hava (yani belirli koşullar altında havadaki su buharının yoğunluğu).
Su buharı basıncı p havada bulunan su buharının kısmi basıncıdır. Mutlak nem ve elastikiyetin SI birimleri sırasıyla metreküp başına kilogramdır (kg/m 3) ve pascal (Pa).
Yalnızca mutlak nem veya su buharı basıncı biliniyorsa, havanın ne kadar kuru veya nemli olduğuna karar vermek yine de imkansızdır. Havanın nem derecesini belirlemek için su buharının doymaya yakın mı yoksa uzak mı olduğunu bilmeniz gerekir.
Bağıl nem hava φ yüzde olarak ifade edilen mutlak nemin yoğunluğa oranıdırρ 0 Belirli bir sıcaklıkta doymuş buhar (veya su buharı basıncının basınca oranı) p 0 belirli bir sıcaklıkta doymuş buhar):
Bağıl nem ne kadar düşük olursa, buhar doygunluğa ne kadar uzak olursa, buharlaşma o kadar yoğun olur. Doymuş buhar basıncı p 0 Belirli bir sıcaklık tablosu değerinde. Su buharı basıncı (ve dolayısıyla mutlak nem) çiğlenme noktasına göre belirlenir.
Belirli bir sıcaklığa izobarik olarak soğutulduğunda tp buhar doymuş hale gelir ve durumu bir nokta ile temsil edilirİÇİNDE . Sıcaklık tp Su buharının doygun hale geldiği duruma denirçiğ noktası . Çiy noktasının altına soğurken buhar yoğunlaşması başlar: sis oluşur, çiy düşer ve pencereler buğulanır.
4 Hava nemi ölçümü
Hava nemini ölçmek için ölçüm cihazları kullanılır higrometreler. Birkaç tür higrometre vardır, ancak başlıcaları şunlardır: saç ve psikrometrik.
Havadaki su buharının basıncını doğrudan ölçmek zor olduğundan bağıl nem ölçülür.dolaylı olarak.
Çalışma prensibisaç higrometresiyağı alınmış saçın (insan veya hayvan) özelliğine dayalıuzunluğunu değiştirbulunduğu havanın nemine bağlıdır.
Saç metal bir çerçeve üzerine gerildi. Saç uzunluğundaki değişiklik, ölçek boyunca hareket eden oka iletilir. Kışın, saç higrometresi dış havadaki nemi ölçmek için kullanılan ana araçtır.
Daha doğru bir higrometre, psikrometrik bir higrometredir psikrometre
(diğer Yunanca “psychros” soğuk anlamına gelir).
Havanın bağıl nemi bilinmektedir. bağlı olmak buharlaşma oranı.
Havanın nemi ne kadar düşük olursa, nemin buharlaşması da o kadar kolay olur.
Psikrometre vardır iki termometre . Biri sıradan, buna diyorlar kuru Ortam hava sıcaklığını ölçer. Başka bir termometrenin ampulü bir kumaş fitile sarılır ve su dolu bir kaba yerleştirilir. İkinci termometre hava sıcaklığını değil ıslak fitilin sıcaklığını gösterir, dolayısıyla adı da buradan gelir. nemlendirilmiş termometre. Hava nemi ne kadar düşük olursa, daha yoğun nem fitilden buharlaşır, nemlendirilmiş termometreden birim zaman başına ısı miktarı ne kadar fazla olursa, okumaları o kadar düşük olur, dolayısıyla kuru ve nemli termometrelerin okumaları arasındaki fark o kadar büyük olur.
Çiy noktası higrometreler kullanılarak belirlenir. Yoğuşma higrometresi metal bir kutudur A , ön duvarİLE iyi cilalanmış (Şek. 2) Kutunun içine kolayca buharlaşan sıvı eter dökülür ve bir termometre yerleştirilir. Kauçuk bir ampul kullanarak kutunun içinden hava geçirmek G eterin kuvvetli buharlaşmasına ve kutunun hızlı soğumasına neden olur. Termometre, duvarın cilalı yüzeyinde çiy damlacıklarının göründüğü sıcaklığı ölçer.İLE . Duvara bitişik alandaki basınç sabit kabul edilebilir, çünkü bu alan atmosferle iletişim halindedir ve soğumaya bağlı basınçtaki azalma, buhar konsantrasyonundaki artışla telafi edilir. Çiy görünümü su buharının doymuş hale geldiğini gösterir. Hava sıcaklığını ve çiğlenme noktasını bilerek su buharının kısmi basıncını ve bağıl nemi bulabilirsiniz.
Pirinç. 2
Bağımsız olarak çözülmesi gereken 5 problem
Sorun 1
Dışarıda soğuk sonbahar yağmuru var. Mutfakta asılı çamaşırlar hangi durumda daha hızlı kurur: pencere açıkken mi yoksa kapalıyken mi? Neden?
Sorun 2
Hava nemi %78 ve kuru termometre okuması 12 °C'dir. Islak termometre termometresi hangi sıcaklığı gösterir?(Cevap: 10 °C.)
Sorun 3
Kuru ve ıslak termometrelerin okumaları arasındaki fark 4 °C'dir. Bağıl nem %60. Kuru ve ıslak ampul okumaları nelerdir?(Cevap: t c -l9 °С, t m = 10 °С.)
1. Sıvıların yapısının modeli. Doymuş ve doymamış çiftler; doymuş buhar basıncının sıcaklığa bağımlılığı; kaynama. Hava nemi; çiğ noktası, higrometre, psikrometre.
Buharlaşma - sıvının serbest yüzeyinden herhangi bir sıcaklıkta meydana gelen buharlaşma. Herhangi bir sıcaklıkta termal hareket sırasında, sıvı moleküllerin kinetik enerjisi, diğer moleküllerle bağlantılarının potansiyel enerjisini önemli ölçüde aşmaz. Buharlaşmaya sıvının soğuması eşlik eder. Buharlaşma hızı şunlara bağlıdır: açık yüzey alanı, sıcaklık ve sıvının yakınındaki moleküllerin konsantrasyonu.
Yoğuşma- bir maddenin gaz halinden sıvı duruma geçiş süreci.
Bir sıvının kapalı bir kapta sabit bir sıcaklıkta buharlaşması, buharlaşan maddenin moleküllerinin gaz halindeki konsantrasyonunda kademeli bir artışa yol açar. Buharlaşmanın başlamasından bir süre sonra, maddenin gaz halindeki konsantrasyonu, sıvıya dönen moleküllerin sayısının aynı anda sıvıyı terk eden moleküllerin sayısına eşit olacağı bir değere ulaşacaktır. Yüklendi dinamik denge Maddenin buharlaşması ve yoğunlaşması süreçleri arasında.
Sıvı ile dinamik dengede olan, gaz halindeki maddeye denir. doymuş buhar. (Buhar, buharlaşma işlemi sırasında sıvıyı terk eden moleküllerin toplanmasıdır.) Doymuş basıncın altındaki buhara doymamış denir.
Suyun rezervuarların, toprağın ve bitki örtüsünün yüzeylerinden sürekli buharlaşmasının yanı sıra insanların ve hayvanların solunumu nedeniyle atmosferde her zaman su buharı bulunur. Bu nedenle atmosferik basınç, kuru havanın basıncının ve içinde bulunan su buharının toplamıdır. Hava buhara doyduğunda su buharı basıncı maksimum olacaktır. Doymuş buhar, doymamış buharın aksine ideal gaz kanunlarına uymaz. Dolayısıyla doymuş buhar basıncı hacme değil sıcaklığa bağlıdır. Bu bağımlılık basit bir formülle ifade edilemez, bu nedenle doymuş buhar basıncının sıcaklığa bağımlılığının deneysel bir çalışmasına dayanarak, çeşitli sıcaklıklarda basıncının belirlenebileceği tablolar derlenmiştir.
Belirli bir sıcaklıkta havadaki su buharının basıncına denir. mutlak nem. Buhar basıncı moleküllerin konsantrasyonuyla orantılı olduğundan mutlak nem, belirli bir sıcaklıkta havada bulunan su buharının yoğunluğu olarak tanımlanabilir ve metreküp başına kilogram (p) cinsinden ifade edilir.
Bağıl nem belirli bir sıcaklıkta havadaki su buharının yoğunluğunun (veya basıncının) o sıcaklıktaki su buharının yoğunluğuna (veya basıncına) oranıdır. yüzde olarak ifade edilen aynı sıcaklık, yani
Orta iklim enlemlerinde insanlar için en uygun olanı %40-60 bağıl nemdir.
Hava sıcaklığı düşürülerek içindeki buhar doygunluğa getirilebilir.
çiğ noktasıhavadaki buharın doygun hale geldiği sıcaklıktır. Havada veya temas ettiği nesneler üzerinde çiğlenme noktasına ulaşıldığında su buharı yoğunlaşmaya başlar. Hava nemini belirlemek için higrometre ve psikrometre adı verilen aletler kullanılır.
Maddenin yapısına ilişkin moleküler-kinetik fikirler, sıvıların, gazların ve katıların özelliklerinin çeşitliliğini açıklar. Madde parçacıkları arasında elektromanyetik etkileşimler vardır; elektromanyetik kuvvetler kullanarak birbirlerini çeker ve iterler. Moleküller arasındaki çok büyük mesafelerde bu kuvvetler ihmal edilebilir düzeydedir.
Moleküler etkileşim kuvvetleri
Ancak parçacıklar arasındaki mesafe azalırsa resim değişir. Nötr moleküller uzayda kendilerini yönlendirmeye başlarlar, böylece birbirlerine bakan yüzeyleri zıt işaretli yüklere sahip olmaya başlar ve aralarında çekici kuvvetler etki etmeye başlar. Bu, moleküllerin merkezleri arasındaki mesafenin yarıçaplarının toplamından büyük olması durumunda meydana gelir.
Moleküller arasındaki mesafeyi azaltmaya devam ederseniz, benzer yüklü elektron kabuklarının etkileşimi sonucu birbirlerini itmeye başlarlar. Bu, etkileşen moleküllerin yarıçaplarının toplamı, parçacıkların merkezleri arasındaki mesafeden büyük olduğunda meydana gelir.
Yani, moleküller arası büyük mesafelerde çekim hakimdir ve yakın mesafelerde itme hakimdir. Ancak kararlı bir denge konumunda olduklarında parçacıklar arasında belirli bir mesafe vardır (çekici kuvvetler itici kuvvetlere eşittir). Bu pozisyonda moleküller minimum potansiyel enerjiye sahiptir. Moleküller sürekli hareket halinde oldukları için kinetik enerjiye de sahiptirler.
Böylece parçacıklar arasındaki etkileşim bağlarının gücü, maddenin üç durumunu (katı, gaz ve sıvı) ayırt eder ve özelliklerini açıklar.
Örnek olarak suyu ele alalım. Su parçacıklarının boyutu, şekli ve kimyasal bileşimi ister katı (buz) ister gaz (buhar) olsun aynı kalır. Ancak bu parçacıkların hareket etme ve konumlandırılma şekli her durum için farklıdır.
Katılar
Katılar yapılarını korurlar ve kuvvet uygulandığında çatlayabilir veya kırılabilirler. Masanın içinden geçemezsiniz çünkü hem siz hem de masa sağlamdır. Katı parçacıklar, maddenin üç geleneksel hali arasında en az enerjiye sahip olanıdır. Parçacıklar, aralarında çok az boşluk olacak şekilde belirli bir yapısal sırayla düzenlenir.
Dengede bir arada tutulurlar ve yalnızca titreşim Sabit bir konum etrafında. Bu bakımdan katılar yüksek yoğunluk Ve sabit şekil ve hacim. Masayı birkaç gün yalnız bırakırsanız genişlemeyecek ve yerdeki ince ahşap tabakası odayı doldurmayacaktır!
Sıvılar
Tıpkı katı bir maddede olduğu gibi, bir sıvıdaki parçacıklar da birbirine yakın fakat rastgele düzenlenmiştir. Katılardan farklı olarak bir kişi bir sıvının içinden geçebilir, bunun nedeni parçacıklar arasında etkili olan çekim kuvvetinin zayıflamasıdır. Bir sıvıda parçacıklar birbirlerine göre hareket edebilir.
Sıvıların sabit bir hacmi vardır ancak sabit bir şekli yoktur. Onlar yapacaklar yerçekimi kuvvetlerinin etkisi altında akış. Ancak bazı sıvılar diğerlerinden daha viskozdur. Viskoz bir sıvının moleküller arasında daha güçlü etkileşimleri vardır.
Sıvı moleküller katılardan çok daha fazla kinetik enerjiye (hareket enerjisine) sahiptir, ancak gazlardan çok daha azdır.
Gazlar
Gazlardaki parçacıklar birbirlerinden çok uzakta ve rastgele düzenlenmiştir. Maddenin bu hali en yüksek kinetik enerjiye sahiptir çünkü parçacıklar arasında neredeyse hiç çekici kuvvet yoktur.
Gaz molekülleri her yöne (ancak yalnızca düz bir çizgide) sürekli hareket halindedir, birbirleriyle ve bulundukları kabın duvarlarıyla çarpışır - bu neden olur basınç.
Gazlar ayrıca boyutuna veya şekline bakılmaksızın bir kabın hacmini tamamen dolduracak şekilde genişler. Gazların sabit bir şekli veya hacmi yoktur.
Tüm cansız maddeler farklı davranabilen parçacıklardan oluşur. Gaz, sıvı ve katı cisimlerin yapısı kendine has özelliklere sahiptir. Katılardaki parçacıklar birbirine çok yakın olarak bir arada tutulur, bu da onları çok güçlü kılar. Ek olarak, en küçük parçacıkları pratikte hareket etmediği, yalnızca titreştiği için belirli bir şekli koruyabilirler. Sıvılardaki moleküller birbirine oldukça yakındır ancak serbestçe hareket edebildikleri için kendilerine ait bir şekilleri yoktur. Gazlardaki parçacıklar çok hızlı hareket eder ve genellikle etraflarında çok fazla boşluk bulunur, bu da kolaylıkla sıkıştırılabilecekleri anlamına gelir.
Katıların özellikleri ve yapısı
Katıların yapısı ve yapısal özellikleri nedir? Birbirine çok yakın konumlanmış parçacıklardan oluşurlar. Hareket edemezler ve bu nedenle şekilleri sabit kalır. Bir katının özellikleri nelerdir? Sıkışmaz ancak ısıtılırsa sıcaklık arttıkça hacmi artacaktır. Bunun nedeni parçacıkların titreşmeye ve hareket etmeye başlaması ve yoğunluğun azalmasına neden olmasıdır.
Katıların özelliklerinden biri de sabit bir şekle sahip olmalarıdır. Bir katı ısındığında parçacıkların hareketi artar. Daha hızlı hareket eden parçacıklar daha şiddetli çarpışarak her parçacığın komşularını itmesine neden olur. Bu nedenle sıcaklıktaki bir artış genellikle vücudun gücünde bir artışa neden olur.
Katıların kristal yapısı
Bir katının komşu molekülleri arasındaki etkileşimin moleküller arası kuvvetleri, onları sabit bir konumda tutacak kadar güçlüdür. Eğer bu en küçük parçacıklar oldukça düzenli bir konfigürasyondaysa, bu tür yapılara genellikle kristalin denir. Bir elementin veya bileşiğin parçacıklarının (atomlar, iyonlar, moleküller) iç düzenine ilişkin sorular, özel bir bilim olan kristalografi tarafından ele alınır.
Katılar da özellikle ilgi çekicidir. Kimyacılar, parçacıkların davranışlarını ve nasıl yapılandırıldıklarını inceleyerek, belirli türdeki malzemelerin belirli koşullar altında nasıl davranacağını açıklayabilir ve tahmin edebilir. Bir katının en küçük parçacıkları bir kafes halinde düzenlenmiştir. Bu, aralarındaki çeşitli kimyasal bağların önemli bir rol oynadığı parçacıkların düzenli düzenlenmesidir.
Katı bir cismin yapısına ilişkin bant teorisi, onu her biri bir çekirdek ve elektronlardan oluşan bir atom topluluğu olarak kabul eder. Kristal yapıda, atomların çekirdekleri, belirli bir uzaysal periyodiklik ile karakterize edilen kristal kafesin düğümlerinde bulunur.
Bir sıvının yapısı nedir?
Katıların ve sıvıların yapısı, kendilerini oluşturan parçacıkların yakın mesafede bulunması nedeniyle benzerdir. Aradaki fark, moleküllerin serbestçe hareket etmesidir, çünkü aralarındaki çekim kuvveti katı bir gövdeye göre çok daha zayıftır.
Sıvının hangi özellikleri vardır? Birincisi akışkanlık, ikincisi ise sıvının konulduğu kabın şeklini almasıdır. Isıtırsanız hacmi artacaktır. Parçacıkların birbirine yakın olması nedeniyle sıvı sıkıştırılamaz.
Gaz halindeki cisimlerin yapısı ve yapısı nedir?
Gaz tanecikleri rastgele dizilmiştir, birbirlerinden o kadar uzaktadırlar ki aralarında hiçbir çekim kuvveti oluşamaz. Gazın hangi özellikleri vardır ve gazlı cisimlerin yapısı nedir? Kural olarak, gaz yerleştirildiği alanın tamamını eşit şekilde doldurur. Kolayca sıkıştırılır. Gaz halindeki bir cismin parçacıklarının hızı artan sıcaklıkla artar. Aynı zamanda basınç da artar.
Gaz, sıvı ve katı cisimlerin yapısı, bu maddelerin en küçük parçacıkları arasındaki farklı mesafelerle karakterize edilir. Gaz parçacıkları katı veya sıvı parçacıklardan çok daha uzaktadır. Örneğin havada parçacıklar arasındaki ortalama mesafe, her bir parçacığın çapının yaklaşık on katıdır. Böylece moleküllerin hacmi toplam hacmin yalnızca yaklaşık %0,1'ini kaplar. Geriye kalan %99,9'u ise boş alandır. Buna karşılık sıvı parçacıklar toplam sıvı hacminin yaklaşık %70'ini doldurur.
Her gaz parçacığı, başka bir parçacıkla (gaz, sıvı veya katı) çarpışana kadar düz bir yol boyunca serbestçe hareket eder. Parçacıklar genellikle oldukça hızlı hareket eder ve iki tanesi çarpıştıktan sonra birbirlerine çarparak yollarına tek başlarına devam ederler. Bu çarpışmalar yön ve hızı değiştirir. Gaz parçacıklarının bu özellikleri, gazların herhangi bir şekli veya hacmi dolduracak şekilde genleşmesine olanak tanır.
Durum değişikliği
Gaz, sıvı ve katı cisimlerin yapısı belirli bir dış etkiye maruz kaldıklarında değişebilir. Isıtma veya soğutma gibi belirli koşullar altında birbirlerinin durumlarına bile dönüşebilirler.
- Buharlaşma. Sıvı cisimlerin yapısı ve özellikleri, belirli koşullar altında tamamen farklı bir fiziksel duruma dönüşmelerine izin verir. Örneğin, arabanıza yakıt doldururken yanlışlıkla benzin dökerseniz, keskin kokusunu hemen fark edebilirsiniz. Bu nasıl oluyor? Parçacıklar sıvı boyunca hareket eder ve sonunda yüzeye ulaşır. Yönlendirilmiş hareketleri bu molekülleri yüzeyin ötesinde sıvının üzerindeki boşluğa taşıyabilir, ancak yerçekimi onları geri çekecektir. Öte yandan, eğer bir parçacık çok hızlı hareket ederse diğerlerinden önemli bir mesafe ayrılabilir. Böylece, genellikle ısıtıldığında meydana gelen parçacıkların hızının artmasıyla buharlaşma süreci, yani sıvının gaza dönüşümü meydana gelir.
Bedenlerin farklı fiziksel hallerdeki davranışları
Gazların, sıvıların ve katıların yapısı esas olarak tüm bu maddelerin atomlardan, moleküllerden veya iyonlardan oluşmasından kaynaklanmaktadır, ancak bu parçacıkların davranışları tamamen farklı olabilir. Gaz parçacıkları birbirinden rastgele aralıklarla yerleştirilmiştir, sıvı moleküller ise birbirine yakındır, ancak katı bir maddedeki kadar katı bir yapıya sahip değildirler. Gaz parçacıkları titreşir ve yüksek hızlarda hareket eder. Bir sıvının atomları ve molekülleri titreşir, hareket eder ve birbirlerinin yanından kayar. Katı bir cismin parçacıkları da titreyebilir, ancak bu tür hareket onların özelliği değildir.
İç yapının özellikleri
Maddenin davranışını anlamak için öncelikle iç yapısının özelliklerini incelemelisiniz. Balondaki granit, zeytinyağı ve helyum arasındaki iç farklar nelerdir? Maddenin yapısına ilişkin basit bir model bu soruyu yanıtlamaya yardımcı olacaktır.
Model, gerçek bir nesnenin veya maddenin basitleştirilmiş bir versiyonudur. Örneğin, fiili inşaat başlamadan önce mimarlar ilk olarak inşaat projesinin bir modelini oluştururlar. Bu kadar basitleştirilmiş bir model mutlaka kesin bir açıklama anlamına gelmez, ancak aynı zamanda belirli bir yapının nasıl olacağına dair yaklaşık bir fikir verebilir.
Basitleştirilmiş modeller
Ancak bilimde modeller her zaman fiziksel cisimler değildir. Geçen yüzyılda insanın fiziksel dünya hakkındaki anlayışında önemli bir artış görüldü. Ancak birikmiş bilgi ve deneyimlerin çoğu matematiksel, kimyasal ve fiziksel formüller gibi son derece karmaşık kavramlara dayanmaktadır.
Tüm bunları anlamak için bu kesin ve karmaşık bilimlerde oldukça bilgili olmanız gerekir. Bilim insanları fiziksel olayları görselleştirmek, açıklamak ve tahmin etmek için basitleştirilmiş modeller geliştirdiler. Bütün bunlar, neden bazı cisimlerin belirli bir sıcaklıkta sabit bir şekle ve hacme sahip olduğunu, diğerlerinin ise bunları değiştirebileceğini vb. Anlamayı büyük ölçüde kolaylaştırır.
Tüm maddeler çok küçük parçacıklardan oluşur. Bu parçacıklar sürekli hareket halindedir. Hareket miktarı sıcaklığa bağlıdır. Artan sıcaklık, hareket hızının arttığını gösterir. Gaz, sıvı ve katı cisimlerin yapısı, parçacıklarının hareket serbestliği ve parçacıkların birbirlerine ne kadar güçlü bir şekilde çekildikleri ile ayırt edilir. Fiziksel, fiziksel durumuna bağlıdır. Su buharı, sıvı su ve buz aynı kimyasal özelliklere sahiptir ancak fiziksel özellikleri önemli ölçüde farklıdır.
