Rectilinear motion na may patuloy na acceleration. Ang konsepto ng acceleration

Plano ng aralin sa paksang "Bilis sa panahon ng linear na paggalaw na may patuloy na pagbilis"

petsa :

Paksa: "Bilis sa paggalaw ng tuwid na linya na may patuloy na pagbilis"

Mga layunin:

Pang-edukasyon : Upang matiyak at makabuo ng isang mulat na asimilasyon ng kaalaman tungkol sa bilis sa panahon ng tuwid na linya na paggalaw na may patuloy na pagbilis;

Pag-unlad : Ipagpatuloy ang pagbuo ng mga independiyenteng kasanayan sa aktibidad at mga kasanayan sa pangkatang gawain.

Pang-edukasyon : Upang bumuo ng nagbibigay-malay na interes sa bagong kaalaman; bumuo ng disiplina sa pag-uugali.

Uri ng aralin: aral sa pag-aaral ng bagong kaalaman

Kagamitan at mapagkukunan ng impormasyon:

Isachenkova, L. A. Physics: aklat-aralin. para sa ika-9 na baitang. pampublikong institusyon avg. edukasyon sa Russian wika pagsasanay / L. A. Isachenkova, G. V. Palchik, A. A. Sokolsky; inedit ni A. A. Sokolsky. Minsk: Narodnaya Asveta, 2015

Isachenkova, L. A. Koleksyon ng mga problema sa pisika. Ika-9 na baitang: isang manwal para sa mga mag-aaral ng mga pangkalahatang institusyon. avg. edukasyon sa Russian wika pagsasanay / L. A. Isachenkova, G. V. Palchik, V. V. Dorofeychik. Minsk: Aversev, 2016, 2017.

Istraktura ng aralin:

sandali ng organisasyon (5 min)

Pag-update ng pangunahing kaalaman (5 min)

Pag-aaral ng bagong materyal (15 min)

Sesyon ng pisikal na edukasyon (2 min)

Pagsasama-sama ng kaalaman (13min)

Buod ng aralin (5 min)

Oras ng pag-aayos

Hello, upo ka! (Tinitingnan ang mga naroroon).Ngayon sa aralin dapat nating maunawaan ang bilis ng linear na paggalaw na may patuloy na pagbilis. At ito ay nangangahulugan naPaksa ng aralin : Bilis sa paggalaw ng tuwid na linya na may patuloy na pagbilis

Pag-update ng kaalaman sa sanggunian

Ang pinakasimple sa lahat ng hindi pantay na paggalaw - rectilinear motion na may pare-parehong acceleration. Ito ay tinatawag na equally variable.

Paano nagbabago ang bilis ng katawan sa pare-parehong paggalaw?

Pag-aaral ng bagong materyal

Isaalang-alang ang paggalaw ng isang bakal na bola sa isang inclined chute. Ipinapakita ng karanasan na ang pagbilis nito ay halos pare-pareho:

Hayaan V sandali ng oras t = 0 ang bola ay may paunang bilis (Larawan 83).

Paano mahahanap ang pag-asa ng bilis ng bola sa oras?

Pagpapabilis ng bolaA = . Sa ating halimbawaΔt = t , Δ - . Ibig sabihin,

, saan

Kapag gumagalaw nang may patuloy na pagbilis, ang bilis ng isang katawan ay nakadepende sa linearly oras.

Mula sa pagkakapantay-pantay ( 1 ) at (2) ang mga formula para sa mga projection ay sumusunod:

Bumuo tayo ng mga dependency grapha x ( t ) At v x ( t ) (bigas. 84, a, b).

kanin. 84

Ayon sa Figure 83A X = A > 0, = v 0 > 0.

Pagkatapos dependencies a x ( t ) tumutugma sa iskedyul1 (tingnan ang Fig. 84, A). Itotuwid na linya parallel sa axis ng oras. Dependenciesv x ( t ) tumutugma sa iskedyul, naglalarawan ng pagtaas sa projectionsko lumaki (tingnan ang fig. 84, b). Ito ay malinaw na ito ay lumalakimodyulbilis. Gumagalaw ang bolapare-parehong pinabilis.

Isaalang-alang natin ang pangalawang halimbawa (Larawan 85). Ngayon ang unang bilis ng bola ay nakadirekta paitaas sa kahabaan ng uka. Ang paglipat pataas, ang bola ay unti-unting mawawalan ng bilis. Sa puntoA Siya satitigil ang sandali atmagsisimula nadumausdos pababa. Lubusang paghintoA tinawagturning point.

Ayon kay pagguhit 85 A X = - a< 0, = v 0 > 0, at mga formula (3) at (4) tumutugma sa mga graphic2 At 2" (cm. kanin. 84, A , b).

Iskedyul 2" ay nagpapakita na sa simula, habang ang bola ay gumagalaw paitaas, ang projection ng bilisv x ay positibo. Kasabay nito ang pagbabat= naging katumbas ng zero. Sa sandaling ito ang bola ay umabot na sa turning pointA (tingnan ang Fig. 85). Sa puntong ito ang direksyon ng bilis ng bola ay nagbago sa kabaligtaran at sat> naging negatibo ang velocity projection.

Mula sa graph 2" (tingnan ang Fig. 84, b) malinaw din na hanggang sa sandali ng pag-ikot, ang velocity module ay nabawasan - ang bola ay lumipat paitaas sa isang pantay na rate. Sat > t n ang velocity module ay tumataas - ang bola ay gumagalaw pababa na pare-parehong pinabilis.

Bumuo ng sarili mong mga graph ng velocity modulus versus time para sa parehong mga halimbawa.

Anong iba pang mga batas ng pare-parehong alternating motion ang kailangang malaman?

Sa § 8 napatunayan namin na para sa pare-parehong rectilinear motion ang lugar ng figure sa pagitan ng graphv x at ang axis ng oras (tingnan ang Fig. 57) ay numerong katumbas ng displacement projection Δr X . Mapapatunayan na ang panuntunang ito ay nalalapat din sa hindi pantay na paggalaw. Pagkatapos, ayon sa Figure 86, ang displacement projection Δr X na may pantay na alternating na paggalaw ay tinutukoy ng lugar ng trapezoidA B C D . Ang lugar na ito ay katumbas ng kalahati ng kabuuan ng mga basetrapezoid na pinarami ng taas nitoAD .

Ang resulta:

Dahil ang average na halaga ng velocity projection ng formula (5)

sumusunod:

Kapag nagmamaneho Sapare-pareho ang acceleration, relasyon (6) ay nasiyahan hindi lamang para sa projection, ngunit din para sa bilis ng mga vectors:

Ang average na bilis ng paggalaw na may patuloy na acceleration ay katumbas ng kalahati ng kabuuan ng mga inisyal at panghuling bilis.

Ang mga formula (5), (6) at (7) ay hindi maaaring gamitinPara sa paggalaw Sahindi pare-pareho ang acceleration. Ito ay maaaring humantong saUpang malalaking pagkakamali.

Pagsasama-sama ng kaalaman

Tingnan natin ang isang halimbawa ng paglutas ng problema mula sa pahina 57:

Ang sasakyan ay gumagalaw sa bilis na ang modulus ay = 72. Nakikita ang isang pulang ilaw ng trapiko, ang driver sa seksyon ng kalsadas= 50 m pantay na binawasan ang bilis sa = 18 . Tukuyin ang likas na katangian ng paggalaw ng kotse. Hanapin ang direksyon at magnitude ng acceleration kung saan gumagalaw ang kotse kapag nagpepreno.

Given: Reshe tion:

72 = 20 Ang paggalaw ng sasakyan ay pare-parehong mabagal. Usko-

pagmamaneho ng kotsekabaligtaran ng direksyon

18 = 5 bilis ng paggalaw nito.

Acceleration module:

s= 50 m

Oras ng pagpepreno:

A-? Δ t =

Pagkatapos

Sagot:

Buod ng aralin

Kapag nagmamaneho SaSa patuloy na acceleration, ang bilis ay depende sa linearly sa oras.

Sa pare-parehong pinabilis na paggalaw, ang mga direksyon ng madalian na bilis at acceleration ay nagtutugma sa pare-parehong mabagal na paggalaw, ang mga ito ay kabaligtaran.

Average na bilis ng pagmamanehoSapare-pareho ang acceleration ay katumbas ng kalahati ng kabuuan ng mga paunang at panghuling bilis.

Organisasyon ng takdang-aralin

§ 12, hal. 7 No. 1, 5

Pagninilay.

Ipagpatuloy ang mga parirala:

Ngayon sa klase natutunan ko...

Ito ay kawili-wili…

Ang mga kaalamang natamo ko sa aralin ay magiging kapaki-pakinabang

Para sa pantay na pinabilis na paggalaw, ang mga sumusunod na equation ay wasto, na ipinapakita namin nang walang derivation:

Tulad ng naiintindihan mo, ang vector formula sa kaliwa at ang dalawang scalar formula sa kanan ay pantay. Mula sa punto ng view ng algebra, ang mga formula ng scalar ay nangangahulugan na sa pantay na pinabilis na paggalaw, ang mga projection ng displacement ay nakasalalay sa oras ayon sa isang quadratic na batas. Ikumpara ito sa likas na katangian ng agarang pagpapakita ng bilis (tingnan ang § 12-h).

Alam na ang  sx = x – xo  and  sy = y – yo  (tingnan ang § 12), mula sa dalawang scalar formula mula sa kanang itaas na column ay nakakakuha tayo ng mga equation para sa mga coordinate:

Dahil ang acceleration sa pare-parehong pinabilis na paggalaw ng isang katawan ay pare-pareho, ang mga coordinate axes ay maaaring palaging nakaposisyon upang ang acceleration vector ay nakadirekta parallel sa isang axis, halimbawa ang Y axis Dahil dito, ang equation ng paggalaw sa X axis ay magiging kapansin-pansing pinasimple:

x  =  xo + υox t  + (0) at y  =  yo + υoy t  + ½ ay t²

Pakitandaan na ang kaliwang equation ay tumutugma sa equation ng pare-parehong rectilinear motion (tingnan ang § 12-g). Nangangahulugan ito na ang pare-parehong pinabilis na paggalaw ay maaaring "bumuo" mula sa pare-parehong paggalaw sa isang axis at pare-parehong pinabilis na paggalaw sa kahabaan ng isa. Kinumpirma ito ng karanasan sa core sa isang yate (tingnan ang § 12-b).

Gawain. Habang nakabuka ang mga braso, inihagis ng dalaga ang bola. Siya ay tumaas ng 80 cm at hindi nagtagal ay bumagsak sa paanan ng batang babae, lumilipad ng 180 cm. Sa anong bilis ang paghagis ng bola at ano ang bilis ng bola nang tumama ito sa lupa?

Ilapat natin ang magkabilang panig ng equation para sa projection ng instant velocity papunta sa Y axis: υy = υoy + ay t (tingnan ang § 12). Nakukuha namin ang pagkakapantay-pantay:

υy²  = ( υoy + ay t )²  = υoy² + 2 υoy ay t + ay² t²

Alisin natin sa mga bracket ang factor 2 ay para lamang sa dalawang kanang termino:

υy²  = υoy² + 2 ay ( υoy t + ½ ay t² )

Tandaan na sa mga bracket ay nakukuha natin ang formula para sa pagkalkula ng displacement projection:  sy = υoy t + ½ ay t². Kapag pinapalitan ito ng sy, nakukuha namin ang:

Solusyon. Gumawa tayo ng isang guhit: idirekta ang Y axis pataas, at ilagay ang pinagmulan ng mga coordinate sa lupa sa paanan ng batang babae. Ilapat natin ang formula na nakuha natin para sa parisukat ng velocity projection, una sa tuktok na punto ng pagtaas ng bola:

0 = υoy² + 2·(–g)·(+h) ⇒ υoy = ±√¯2gh = +4 m/s

Pagkatapos, kapag nagsimulang lumipat mula sa tuktok na punto pababa:

υy² = 0 + 2·(–g)·(–H) ⇒ υy = ±√¯2gh = –6 m/s

Sagot: ang bola ay itinapon paitaas na may bilis na 4 m / s, at sa sandali ng landing ito ay may bilis na 6 m / s, na nakadirekta laban sa Y axis.

Tandaan. Umaasa kaming naiintindihan mo na ang formula para sa squared projection ng instantaneous velocity ay magiging tama sa pamamagitan ng pagkakatulad para sa X axis:

Kung ang paggalaw ay one-dimensional, iyon ay, ito ay nangyayari lamang sa isang axis, maaari mong gamitin ang alinman sa dalawang formula sa framework.

Ang Kinematics ay ang pag-aaral ng klasikal na mekanikal na paggalaw sa pisika. Hindi tulad ng dynamics, pinag-aaralan ng agham kung bakit gumagalaw ang mga katawan. Sinasagot niya ang tanong kung paano nila ito ginagawa. Sa artikulong ito titingnan natin kung ano ang acceleration at motion na may pare-parehong acceleration.

Ang konsepto ng acceleration

Kapag ang isang katawan ay gumagalaw sa kalawakan, sa paglipas ng panahon ay sumasaklaw ito sa isang tiyak na landas, na siyang haba ng tilapon. Upang kalkulahin ang landas na ito, ginagamit namin ang mga konsepto ng bilis at acceleration.

Ang bilis bilang isang pisikal na dami ay nagpapakilala sa bilis sa oras ng mga pagbabago sa distansyang nilakbay. Ang bilis ay nakadirekta nang tangential sa tilapon sa direksyon ng paggalaw ng katawan.

Ang acceleration ay medyo mas kumplikadong dami. Sa madaling salita, inilalarawan nito ang pagbabago sa bilis sa isang naibigay na punto ng oras. Mukhang ganito ang math:

Upang mas malinaw na maunawaan ang formula na ito, magbigay tayo ng isang simpleng halimbawa: ipagpalagay na sa 1 segundo ng paggalaw ang bilis ng katawan ay tumaas ng 1 m/s. Ang mga numerong ito, na ipinalit sa expression sa itaas, ay humahantong sa resulta: ang acceleration ng katawan sa segundong ito ay katumbas ng 1 m/s 2.

Ang direksyon ng acceleration ay ganap na independiyente sa direksyon ng bilis. Ang vector nito ay tumutugma sa vector ng nagresultang puwersa na nagiging sanhi ng pagbilis na ito.

Ang isang mahalagang punto ay dapat tandaan sa kahulugan sa itaas ng acceleration. Ang halagang ito ay nagpapakilala hindi lamang sa pagbabago sa bilis sa magnitude, kundi pati na rin sa direksyon. Ang huling katotohanan ay dapat isaalang-alang sa kaso ng curvilinear motion. Karagdagan sa artikulo ay isasaalang-alang lamang ang rectilinear motion.

Bilis kapag gumagalaw nang may patuloy na pagbilis

Ang acceleration ay pare-pareho kung ito ay nagpapanatili ng magnitude at direksyon nito sa panahon ng paggalaw. Ang ganitong paggalaw ay tinatawag na uniformly accelerated o uniformly decelerated - depende ang lahat kung ang acceleration ay humahantong sa pagtaas ng bilis o sa pagbaba ng bilis.

Sa kaso ng isang katawan na gumagalaw nang may patuloy na pagbilis, ang bilis ay maaaring matukoy gamit ang isa sa mga sumusunod na formula:

Ang unang dalawang equation ay nagpapakilala sa pantay na pinabilis na paggalaw. Ang pagkakaiba sa pagitan ng mga ito ay ang pangalawang expression ay naaangkop para sa kaso ng di-zero na paunang bilis.

Ang ikatlong equation ay isang expression para sa bilis ng pare-parehong mabagal na paggalaw na may pare-parehong pagbilis. Ang acceleration ay nakadirekta laban sa bilis.

Ang mga graph ng lahat ng tatlong function v(t) ay mga tuwid na linya. Sa unang dalawang kaso, ang mga tuwid na linya ay may positibong slope na nauugnay sa x-axis sa ikatlong kaso, ang slope na ito ay negatibo.

Mga formula para sa distansyang nilakbay

Para sa isang landas sa kaso ng paggalaw na may patuloy na pagbilis (acceleration a = const), hindi mahirap makakuha ng mga formula kung kakalkulahin mo ang integral ng bilis sa paglipas ng panahon. Matapos maisagawa ang mathematical operation na ito para sa tatlong equation na nakasulat sa itaas, nakuha namin ang mga sumusunod na expression para sa path L:

L = v 0 *t + a*t 2 /2;

L = v 0 *t - a*t 2/2.

Ang mga graph ng lahat ng tatlong function ng path laban sa oras ay mga parabola. Sa unang dalawang kaso, ang kanang sangay ng parabola ay tumataas, at para sa ikatlong pag-andar ay unti-unti itong umabot sa isang tiyak na pare-pareho, na tumutugma sa distansya na nilakbay hanggang sa ganap na huminto ang katawan.

Ang solusyon sa problema

Gumagalaw sa bilis na 30 km/h, nagsimulang bumilis ang sasakyan. Sa loob ng 30 segundo ay tinakpan niya ang layo na 600 metro. Ano ang acceleration ng sasakyan?

Una sa lahat, i-convert natin ang paunang bilis mula km/h sa m/s:

v 0 = 30 km/h = 30000/3600 = 8.333 m/s.

Ngayon isulat natin ang equation ng paggalaw:

L = v 0 *t + a*t 2/2.

Mula sa pagkakapantay-pantay na ito ipinapahayag namin ang acceleration, nakukuha namin:

a = 2*(L - v 0 *t)/t 2 .

Ang lahat ng pisikal na dami sa equation na ito ay kilala mula sa mga kondisyon ng problema. Pinapalitan namin ang mga ito sa formula at makuha ang sagot: a ≈ 0.78 m/s 2 . Kaya, gumagalaw nang may pare-parehong acceleration, pinataas ng kotse ang bilis nito ng 0.78 m/s bawat segundo.

Kalkulahin din natin (para masaya) kung anong bilis ang nakuha niya pagkatapos ng 30 segundo ng pinabilis na paggalaw, makukuha natin:

v = v 0 + a*t = 8.333 + 0.78*30 = 31.733 m/s.

Ang resultang bilis ay 114.2 km/h.

Ang rectilinear motion na may pare-parehong acceleration ay tinatawag na uniformly accelerated kung ang velocity module ay tumataas sa paglipas ng panahon, o uniformly deceleration kung ito ay bumababa.

Ang isang halimbawa ng pinabilis na paggalaw ay isang palayok ng bulaklak na nahuhulog mula sa balkonahe ng isang mababang gusali. Sa simula ng taglagas, ang bilis ng palayok ay zero, ngunit sa loob ng ilang segundo ito ay namamahala upang tumaas sa sampu-sampung m / s. Ang isang halimbawa ng mabagal na paggalaw ay ang paggalaw ng isang bato na inihagis nang patayo pataas, ang bilis nito sa una ay mataas, ngunit pagkatapos ay unti-unting bumababa sa zero sa tuktok na punto ng tilapon. Kung papabayaan natin ang puwersa ng air resistance, kung gayon ang acceleration sa parehong mga kasong ito ay magiging pareho at katumbas ng acceleration ng free fall, na palaging nakadirekta nang patayo pababa, na tinutukoy ng letrang g at katumbas ng humigit-kumulang 9.8 m/s2 .

Ang acceleration dahil sa gravity, g, ay sanhi ng gravitational force ng Earth. Ang puwersang ito ay nagpapabilis sa lahat ng mga katawan na lumilipat patungo sa lupa at nagpapabagal sa mga lumalayo dito.

kung saan ang v ay ang bilis ng katawan sa oras t, mula sa kung saan, pagkatapos ng mga simpleng pagbabago, nakuha natin equation para sa bilis kapag gumagalaw nang may patuloy na pagbilis: v = v0 + at

8. Mga equation ng paggalaw na may patuloy na pagbilis.

Upang mahanap ang equation para sa bilis sa panahon ng linear na paggalaw na may pare-parehong acceleration, ipagpalagay natin na sa oras na t=0 ang katawan ay may paunang bilis na v0. Dahil ang acceleration a ay pare-pareho, ang sumusunod na equation ay wasto para sa anumang oras t:

kung saan ang v ay ang bilis ng katawan sa oras t, mula sa kung saan, pagkatapos ng mga simpleng pagbabago, nakukuha natin ang equation para sa bilis kapag gumagalaw nang may pare-parehong pagbilis: v = v0 + sa

Upang makakuha ng equation para sa landas na nilakbay sa panahon ng rectilinear motion na may patuloy na acceleration, gumawa muna kami ng graph ng bilis kumpara sa oras (5.1). Para sa a>0, ang graph ng dependence na ito ay ipinapakita sa kaliwa sa Fig. 5 (asul na tuwid na linya). Tulad ng itinatag namin sa §3, ang paggalaw na nagawa sa oras na t ay maaaring matukoy sa pamamagitan ng pagkalkula ng lugar sa ilalim ng bilis laban sa curve ng oras sa pagitan ng mga sandali t=0 at t. Sa aming kaso, ang figure sa ilalim ng curve, na napapalibutan ng dalawang vertical na linya t = 0 at t, ay isang trapezoid OABC, ang lugar kung saan ang S, tulad ng kilala, ay katumbas ng produkto ng kalahati ng kabuuan ng mga haba. ng mga base OA at CB at ang taas OC:

Gaya ng makikita sa Fig. 5, OA = v0, CB = v0 + at, at OC = t. Ang pagpapalit ng mga halagang ito sa (5.2), nakuha namin ang sumusunod na equation para sa displacement S na ginawa sa oras t sa panahon ng rectilinear motion na may pare-parehong acceleration a sa isang paunang bilis v0:

Madaling ipakita na ang formula (5.3) ay wasto hindi lamang para sa paggalaw na may acceleration a>0, kung saan ito hinango, kundi pati na rin sa mga kaso kapag ang isang<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. Libreng pagkahulog ng mga katawan. Paggalaw na may patuloy na pagbilis dahil sa gravity.

Ang libreng pagbagsak ng mga katawan ay ang pagbagsak ng mga katawan sa Earth sa kawalan ng air resistance (sa vacuum)

Ang acceleration kung saan nahuhulog ang mga katawan sa Earth ay tinatawag na acceleration of gravity. Ang free fall acceleration vector ay ipinahiwatig ng simbolo; Sa iba't ibang mga punto sa globo, depende sa heyograpikong latitude at altitude sa itaas ng antas ng dagat, ang numerical na halaga ng g ay hindi pareho, mula sa humigit-kumulang 9.83 m/s2 sa mga pole hanggang 9.78 m/s2 sa ekwador. Sa latitude ng Moscow g = 9.81523 m/s2. Karaniwan, kung ang mataas na katumpakan ay hindi kinakailangan sa mga kalkulasyon, kung gayon ang numerical na halaga ng g sa ibabaw ng Earth ay kukunin na katumbas ng 9.8 m/s2 o kahit na 10 m/s2.

Ang isang simpleng halimbawa ng libreng pagkahulog ay isang katawan na bumabagsak mula sa isang tiyak na taas h nang walang paunang bilis. Ang libreng pagkahulog ay isang linear na paggalaw na may patuloy na pagbilis.

Ang isang perpektong libreng pagkahulog ay posible lamang sa isang vacuum, kung saan walang air resistance, at anuman ang masa, density at hugis, lahat ng mga katawan ay mabilis na bumagsak, ibig sabihin, sa anumang sandali ng oras ang mga katawan ay may parehong agarang bilis at accelerations.

Ang lahat ng mga formula para sa pare-parehong pinabilis na paggalaw ay naaangkop sa mga malayang bumabagsak na katawan.

Ang laki ng bilis sa panahon ng libreng pagkahulog ng isang katawan sa anumang oras:

galaw ng katawan:

Sa kasong ito, sa halip na acceleration a, ang acceleration ng gravity g = 9.8 m/s2 ay ipinapasok sa mga formula para sa pare-parehong pinabilis na paggalaw.

10. Paggalaw ng mga katawan. FORWARD MOTION NG ISANG MAHIGPIT NA KATAWAN

Ang translational motion ng isang matibay na katawan ay isang galaw kung saan ang bawat tuwid na linya, na palaging konektado sa katawan, ay gumagalaw parallel sa sarili nito. Upang gawin ito, sapat na ang dalawang di-parallel na linya na konektado sa katawan ay gumagalaw parallel sa kanilang sarili. Sa panahon ng paggalaw ng pagsasalin, ang lahat ng mga punto ng katawan ay naglalarawan ng magkapareho, magkatulad na mga tilapon at may parehong mga bilis at acceleration sa anumang oras. Kaya, ang paggalaw ng pagsasalin ng isang katawan ay tinutukoy ng paggalaw ng isa sa mga punto nito O.

Sa pangkalahatang kaso, ang translational motion ay nangyayari sa tatlong-dimensional na espasyo, ngunit ang pangunahing tampok nito - ang pagpapanatili ng parallelism ng anumang segment sa sarili nito - ay nananatiling may bisa.

Halimbawa, ang isang elevator na kotse ay umuusad. Gayundin, sa unang pagtataya, ang Ferris wheel cabin ay gumagawa ng translational motion. Gayunpaman, sa mahigpit na pagsasalita, ang paggalaw ng Ferris wheel cabin ay hindi maaaring ituring na progresibo. Kung ang isang katawan ay gumagalaw sa pagsasalin, kung gayon upang ilarawan ang paggalaw nito ay sapat na upang ilarawan ang paggalaw ng isang di-makatwirang punto (halimbawa, ang paggalaw ng sentro ng masa ng katawan).

Kung ang mga katawan na bumubuo sa isang saradong mekanikal na sistema ay nakikipag-ugnayan sa isa't isa lamang sa pamamagitan ng mga puwersa ng grabidad at pagkalastiko, kung gayon ang gawain ng mga puwersang ito ay katumbas ng pagbabago sa potensyal na enerhiya ng mga katawan, na kinuha gamit ang kabaligtaran na tanda: A = –(E р2 – E р1).

Ayon sa kinetic energy theorem, ang gawaing ito ay katumbas ng pagbabago sa kinetic energy ng mga katawan

Kaya naman

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

Ang kabuuan ng kinetic at potensyal na enerhiya ng mga katawan na bumubuo sa isang saradong sistema at nakikipag-ugnayan sa isa't isa sa pamamagitan ng gravitational at elastic na pwersa ay nananatiling hindi nagbabago.

Ang pahayag na ito ay nagpapahayag ng batas ng konserbasyon ng enerhiya sa mga prosesong mekanikal. Ito ay bunga ng mga batas ni Newton. Ang kabuuan E = E k + E p ay tinatawag na kabuuang mekanikal na enerhiya. Ang batas ng pag-iingat ng mekanikal na enerhiya ay nasiyahan lamang kapag ang mga katawan sa isang saradong sistema ay nakikipag-ugnayan sa isa't isa sa pamamagitan ng mga konserbatibong pwersa, iyon ay, mga puwersa kung saan ang konsepto ng potensyal na enerhiya ay maaaring ipakilala.

Ang mekanikal na enerhiya ng isang saradong sistema ng mga katawan ay hindi nagbabago kung ang mga konserbatibong pwersa lamang ang kumikilos sa pagitan ng mga katawan na ito. Ang mga konserbatibong pwersa ay ang mga puwersa na ang trabaho sa anumang saradong tilapon ay katumbas ng zero. Ang gravity ay isa sa mga konserbatibong pwersa.

Sa totoong mga kondisyon, ang mga gumagalaw na katawan ay halos palaging napapailalim sa frictional forces o environmental resistance forces, kasama ng gravitational forces, elastic forces at iba pang konserbatibong pwersa.

Ang friction force ay hindi konserbatibo. Ang gawaing ginawa ng friction force ay depende sa haba ng landas.

Kung ang mga puwersa ng friction ay kumikilos sa pagitan ng mga katawan na bumubuo sa isang saradong sistema, kung gayon ang mekanikal na enerhiya ay hindi natipid. Ang bahagi ng mekanikal na enerhiya ay na-convert sa panloob na enerhiya ng mga katawan (pagpainit).

Sa anumang pisikal na pakikipag-ugnayan, ang enerhiya ay hindi lilitaw o nawawala. Nagbabago lamang ito mula sa isang anyo patungo sa isa pa.

Ang isa sa mga kahihinatnan ng batas ng konserbasyon at pagbabagong-anyo ng enerhiya ay ang pahayag tungkol sa imposibilidad ng paglikha ng isang "perpetual motion machine" (perpetuum mobile) - isang makina na maaaring gumana nang walang hanggan nang hindi kumonsumo ng enerhiya.

Ang kasaysayan ay nag-iimbak ng malaking bilang ng mga proyektong "perpetual motion". Sa ilan sa kanila, ang mga pagkakamali ng "imbentor" ay halata, sa iba ang mga pagkakamaling ito ay natatakpan ng kumplikadong disenyo ng aparato, at maaaring napakahirap na maunawaan kung bakit hindi gagana ang makinang ito. Ang mga walang bungang pagtatangka na lumikha ng isang "perpetual motion machine" ay nagpapatuloy sa ating panahon. Ang lahat ng mga pagtatangka na ito ay tiyak na mapapahamak sa kabiguan, dahil ang batas ng konserbasyon at pagbabago ng enerhiya ay "nagbabawal" na makakuha ng trabaho nang hindi gumagasta ng enerhiya.

31. Mga pangunahing prinsipyo ng molecular kinetic theory at ang kanilang katwiran.

Ang lahat ng mga katawan ay binubuo ng mga molekula, atomo at elementarya na mga particle na pinaghihiwalay ng mga espasyo, gumagalaw nang random at nakikipag-ugnayan sa isa't isa.

Tinutulungan tayo ng kinematics at dynamics na ilarawan ang paggalaw ng isang katawan at matukoy ang puwersa na nagiging sanhi ng paggalaw na ito. Gayunpaman, hindi masasagot ng mekaniko ang maraming tanong. Halimbawa, ano ang mga katawan na gawa sa? Bakit maraming mga sangkap ang nagiging likido kapag pinainit at pagkatapos ay sumingaw? At, sa pangkalahatan, ano ang temperatura at init?

Sinubukan ng sinaunang pilosopong Griyego na si Democritus na sagutin ang mga katulad na tanong 25 siglo na ang nakalilipas. Nang hindi nagsasagawa ng anumang mga eksperimento, dumating siya sa konklusyon na ang mga katawan ay tila solid sa amin, ngunit sa katunayan sila ay binubuo ng maliliit na particle na pinaghihiwalay ng kawalan ng laman. Isinasaalang-alang na imposibleng durugin ang mga particle na ito, tinawag sila ni Democritus na mga atom, na isinalin mula sa Griyego ay nangangahulugang hindi mahahati. Iminungkahi din niya na ang mga atomo ay maaaring magkakaiba at patuloy na gumagalaw, ngunit hindi natin ito nakikita, dahil sila ay napakaliit.

Malaki ang kontribusyon ni M.V sa pagbuo ng teorya ng molecular kinetic. Lomonosov. Si Lomonosov ang unang nagmungkahi na ang init ay sumasalamin sa paggalaw ng mga atomo sa isang katawan. Bilang karagdagan, ipinakilala niya ang konsepto ng simple at kumplikadong mga sangkap, ang mga molekula na binubuo ng magkapareho at magkakaibang mga atomo, ayon sa pagkakabanggit.

Ang molecular physics o molecular kinetic theory ay batay sa ilang mga ideya tungkol sa istruktura ng bagay

Kaya, ayon sa atomic theory ng structure ng matter, ang pinakamaliit na particle ng isang substance na nagpapanatili ng lahat ng chemical properties nito ay isang molekula. Kahit na ang malalaking molekula, na binubuo ng libu-libong mga atomo, ay napakaliit na hindi sila makikita sa pamamagitan ng isang magaan na mikroskopyo. Maraming mga eksperimento at teoretikal na pagkalkula ang nagpapakita na ang laki ng mga atomo ay humigit-kumulang 10 -10 m.

Ang teorya ng molecular kinetic ay ang pag-aaral ng istraktura at mga katangian ng bagay batay sa ideya ng pagkakaroon ng mga atomo at molekula bilang pinakamaliit na particle ng mga kemikal na sangkap.

Ang molecular kinetic theory ay batay sa tatlong pangunahing prinsipyo:

1. Ang lahat ng mga sangkap - likido, solid at gas - ay nabuo mula sa pinakamaliit na mga particle - mga molekula, na mismo ay binubuo ng mga atomo ("elementarya molecule"). Ang mga molekula ng isang kemikal na sangkap ay maaaring simple o kumplikado, i.e. binubuo ng isa o higit pang mga atomo. Ang mga molekula at atomo ay mga neutral na partikulo sa kuryente. Sa ilang partikular na kundisyon, ang mga molekula at atomo ay maaaring makakuha ng karagdagang singil sa kuryente at maging positibo o negatibong mga ion.

2. Ang mga atomo at molekula ay nasa tuluy-tuloy na magulong paggalaw.

3. Ang mga particle ay nakikipag-ugnayan sa isa't isa sa pamamagitan ng mga puwersa na likas na elektrikal. Ang pakikipag-ugnayan ng gravitational sa pagitan ng mga particle ay bale-wala.

Ang pinakakapansin-pansing pang-eksperimentong kumpirmasyon ng mga ideya ng molecular kinetic theory tungkol sa random na paggalaw ng mga atomo at molekula ay Brownian motion. Ito ang thermal movement ng maliliit na microscopic particle na nasuspinde sa isang likido o gas. Natuklasan ito ng English botanist na si R. Brown noong 1827. Ang mga particle ng Brown ay gumagalaw sa ilalim ng impluwensya ng mga random na epekto ng mga molekula. Dahil sa magulong thermal motion ng mga molekula, ang mga epektong ito ay hindi kailanman nagbabalanse sa isa't isa. Bilang resulta, ang bilis ng isang Brownian particle ay random na nagbabago sa magnitude at direksyon, at ang trajectory nito ay isang kumplikadong zigzag curve.

Ang patuloy na magulong paggalaw ng mga molekula ng isang sangkap ay ipinahayag din sa isa pang madaling mapapansing kababalaghan - pagsasabog. Ang pagsasabog ay ang kababalaghan ng pagtagos ng dalawa o higit pang mga sangkap na nakikipag-ugnay sa bawat isa. Ang proseso ay nangyayari nang pinakamabilis sa gas.

Ang random na magulong paggalaw ng mga molekula ay tinatawag na thermal motion. Ang kinetic energy ng thermal motion ay tumataas sa pagtaas ng temperatura.

Ang mole ay isang dami ng substance na naglalaman ng parehong bilang ng mga particle (molekula) tulad ng mga atom sa 0.012 kg ng carbon 12 C. Ang isang molekula ng carbon ay binubuo ng isang atom.

32. Mass of molecules, relative molecular mass of molecules. 33. Molar mass ng mga molekula. 34. Dami ng substance. 35. Ang pare-pareho ni Avogadro.

Sa molecular kinetic theory, ang dami ng bagay ay itinuturing na proporsyonal sa bilang ng mga particle. Ang yunit ng dami ng isang sangkap ay tinatawag na isang nunal (mole).

Ang mole ay isang dami ng substance na naglalaman ng parehong bilang ng mga particle (molekula) tulad ng mga atom sa 0.012 kg (12 g) ng carbon 12 C. Ang isang molekula ng carbon ay binubuo ng isang atom.

Ang isang nunal ng isang sangkap ay naglalaman ng isang bilang ng mga molekula o atomo na katumbas ng pare-pareho ng Avogadro.

Kaya, ang isang nunal ng anumang sangkap ay naglalaman ng parehong bilang ng mga particle (mga molekula). Ang bilang na ito ay tinatawag na Avogadro's constant N A: N A = 6.02·10 23 mol –1.

Ang pare-pareho ni Avogadro ay isa sa pinakamahalagang mga constant sa teorya ng molecular kinetic.

Ang dami ng substance ν ay tinukoy bilang ratio ng bilang N ng mga particle (molekula) ng substance sa pare-parehong N A ni Avogadro:

Ang molar mass, M, ay ang ratio ng mass m ng isang naibigay na sample ng isang substance sa halaga n ng substance na nakapaloob dito:

na ayon sa bilang ay katumbas ng masa ng isang sangkap na kinuha sa dami ng isang nunal. Ang molar mass sa SI system ay ipinahayag sa kg/mol.

Kaya, ang relatibong molekular o atomic na masa ng isang sangkap ay ang ratio ng masa ng molekula nito at atom sa 1/12 ng masa ng isang carbon atom.

36. Brownian motion.

Maraming mga natural na phenomena ang nagpapahiwatig ng magulong paggalaw ng microparticle, molecule at atoms ng matter. Kung mas mataas ang temperatura ng sangkap, mas matindi ang paggalaw na ito. Samakatuwid, ang init ng isang katawan ay repleksyon ng random na paggalaw ng mga bumubuong molekula at atomo nito.

Ang patunay na ang lahat ng mga atomo at molekula ng isang substansiya ay pare-pareho at ang random na paggalaw ay maaaring pagsasabog - ang interpenetration ng mga particle ng isang substance patungo sa isa pa.

Kaya, ang amoy ay mabilis na kumakalat sa buong silid kahit na walang paggalaw ng hangin. Mabilis na pinaitim ng isang patak ng tinta ang buong baso ng tubig.

Ang pagsasabog ay maaari ding makita sa mga solido kung ang mga ito ay pinindot nang mahigpit at iniwan nang mahabang panahon. Ang phenomenon ng diffusion ay nagpapakita na ang mga microparticle ng isang substance ay may kakayahang kusang gumalaw sa lahat ng direksyon. Ang paggalaw na ito ng mga microparticle ng isang substance, pati na rin ang mga molecule at atoms nito, ay tinatawag na thermal movement.

BROWNIAN MOTION - random na paggalaw ng maliliit na particle na nasuspinde sa isang likido o gas, na nagaganap sa ilalim ng impluwensya ng mga epekto mula sa mga molekula sa kapaligiran; natuklasan ni R. Brown noong 1827

Ang mga obserbasyon ay nagpapakita na ang Brownian motion ay hindi tumitigil. Sa isang patak ng tubig (kung hindi mo ito hahayaang matuyo), ang paggalaw ng mga butil ay maaaring maobserbahan sa loob ng maraming araw, buwan, taon. Hindi ito tumitigil sa tag-araw o taglamig, araw man o gabi.

Ang dahilan ng Brownian motion ay nakasalalay sa tuluy-tuloy, walang katapusang paggalaw ng mga molekula ng likido kung saan matatagpuan ang mga butil ng solid. Siyempre, ang mga butil na ito ay maraming beses na mas malaki kaysa sa mga molekula mismo, at kapag nakita natin ang paggalaw ng mga butil sa ilalim ng mikroskopyo, hindi natin dapat isipin na nakikita natin ang paggalaw ng mga molekula mismo. Ang mga molekula ay hindi nakikita gamit ang isang ordinaryong mikroskopyo, ngunit maaari nating hatulan ang kanilang pag-iral at paggalaw sa pamamagitan ng mga epekto na nabubuo nito, na nagtutulak sa mga butil ng isang solidong katawan at nagiging sanhi ng paggalaw nito.

Ang pagtuklas ng Brownian motion ay may malaking kahalagahan para sa pag-aaral ng istruktura ng bagay. Ipinakita nito na ang mga katawan ay talagang binubuo ng mga indibidwal na particle - mga molekula at ang mga molekula ay nasa tuluy-tuloy na random na paggalaw.

Ang paliwanag ng Brownian motion ay ibinigay lamang sa huling quarter ng ika-19 na siglo, nang maging malinaw sa maraming siyentipiko na ang paggalaw ng isang Brownian particle ay sanhi ng mga random na epekto ng mga molekula ng medium (likido o gas) na sumasailalim sa thermal motion. Sa karaniwan, ang mga molecule ng medium ay nakakaapekto sa isang Brownian particle mula sa lahat ng direksyon na may pantay na puwersa, gayunpaman, ang mga epektong ito ay hindi kailanman eksaktong magkakansela sa isa't isa, at bilang resulta, ang bilis ng Brownian particle ay random na nag-iiba sa magnitude at direksyon. Samakatuwid, gumagalaw ang Brownian particle sa isang zigzag path. Bukod dito, mas maliit ang sukat at masa ng isang Brownian particle, mas kapansin-pansin ang paggalaw nito.

Kaya, ang pagsusuri ng Brownian motion ay naglatag ng mga pundasyon ng modernong molecular kinetic theory ng istruktura ng bagay.

37. Mga puwersa ng pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga molekula. 38. Istraktura ng mga gaseous substance. 39. Istraktura ng mga likidong sangkap. 40. Istraktura ng solids.

Ang distansya sa pagitan ng mga molekula at ang mga puwersang kumikilos sa pagitan ng mga ito ay tumutukoy sa mga katangian ng mga gas, likido at solidong katawan.

Nakasanayan na namin ang katotohanan na ang likido ay maaaring ibuhos mula sa isang sisidlan patungo sa isa pa, at mabilis na pinupuno ng gas ang buong dami na ibinigay dito. Ang tubig ay maaari lamang dumaloy sa ilalim ng ilog, at ang hangin sa itaas nito ay walang mga hangganan.

Sa pagitan ng lahat ng mga molekula mayroong mga intermolecular na puwersa ng pagkahumaling, ang magnitude nito ay bumababa nang napakabilis habang ang mga molekula ay lumalayo sa isa't isa, at samakatuwid sa layo na katumbas ng ilang mga diameter ng mga molekula, hindi sila nakikipag-ugnayan sa lahat.

Kaya, sa pagitan ng mga likidong molekula na matatagpuan halos malapit sa isa't isa, kumikilos ang mga kaakit-akit na pwersa, na pumipigil sa mga molekulang ito na kumalat sa iba't ibang direksyon. Sa kabaligtaran, ang mga hindi gaanong puwersa ng atraksyon sa pagitan ng mga molekula ng gas ay hindi kayang hawakan ang mga ito nang sama-sama, at samakatuwid ang mga gas ay maaaring lumawak, na pinupuno ang buong dami na ibinigay sa kanila. Ang pagkakaroon ng mga intermolecular na kaakit-akit na pwersa ay mapapatunayan sa pamamagitan ng pagsasagawa ng isang simpleng eksperimento - pagpindot sa dalawang lead bar laban sa isa't isa. Kung ang mga contact surface ay sapat na makinis, ang mga bar ay magkakadikit at magiging mahirap paghiwalayin.

Gayunpaman, ang mga intermolecular na kaakit-akit na pwersa lamang ay hindi maaaring ipaliwanag ang lahat ng mga pagkakaiba sa pagitan ng mga katangian ng gas, likido at solidong mga sangkap. Bakit, halimbawa, napakahirap bawasan ang volume ng isang likido o solid, ngunit medyo madaling i-compress ang isang lobo? Ito ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng katotohanan na sa pagitan ng mga molekula ay hindi lamang mga kaakit-akit na puwersa, kundi pati na rin ang mga intermolecular repulsive na pwersa, na kumikilos kapag ang mga electron shell ng mga atomo ng mga kalapit na molekula ay nagsimulang mag-overlap. Ito ang mga salungat na pwersa na pumipigil sa isang molekula mula sa pagtagos sa isang volume na inookupahan na ng isa pang molekula.

Kapag walang mga panlabas na puwersa na kumikilos sa isang likido o solidong katawan, ang distansya sa pagitan ng kanilang mga molekula ay magiging zero na ang resultang pwersa ng pagkahumaling at pagtanggi. Kung susubukan mong bawasan ang volume ng isang katawan, ang distansya sa pagitan ng mga molekula ay bumababa, at ang nagreresultang tumaas na mga puwersang salungat ay nagsisimulang kumilos mula sa gilid ng naka-compress na katawan. Sa kabaligtaran, kapag ang isang katawan ay nakaunat, ang mga nababanat na puwersa na lumitaw ay nauugnay sa isang kamag-anak na pagtaas sa mga puwersa ng pagkahumaling, dahil Kapag ang mga molekula ay lumayo sa isa't isa, ang mga salungat na pwersa ay bumagsak nang mas mabilis kaysa sa mga kaakit-akit na pwersa.

Ang mga molekula ng gas ay matatagpuan sa mga distansya na sampu-sampung beses na mas malaki kaysa sa kanilang mga sukat, bilang isang resulta kung saan ang mga molekula na ito ay hindi nakikipag-ugnayan sa isa't isa, at samakatuwid ang mga gas ay mas madaling ma-compress kaysa sa mga likido at solido. Ang mga gas ay walang anumang tiyak na istraktura at isang koleksyon ng mga gumagalaw at nagbabanggaan na mga molekula.

Ang likido ay isang koleksyon ng mga molekula na halos magkadikit sa isa't isa. Ang thermal motion ay nagpapahintulot sa isang likidong molekula na baguhin ang mga kapitbahay nito paminsan-minsan, tumatalon mula sa isang lugar patungo sa isa pa. Ipinapaliwanag nito ang pagkalikido ng mga likido.

Ang mga atomo at molekula ng mga solido ay pinagkaitan ng kakayahang baguhin ang kanilang mga kapitbahay, at ang kanilang thermal motion ay maliit na pagbabagu-bago lamang na may kaugnayan sa posisyon ng mga kalapit na atomo o molekula. Ang pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga atomo ay maaaring humantong sa katotohanan na ang isang solid ay nagiging isang kristal, at ang mga atomo sa loob nito ay sumasakop sa mga posisyon sa mga site ng kristal na sala-sala. Dahil ang mga molekula ng mga solidong katawan ay hindi gumagalaw na may kaugnayan sa kanilang mga kapitbahay, ang mga katawan na ito ay nagpapanatili ng kanilang hugis.

41. Ideal na gas sa molecular kinetic theory.

Ang ideal na gas ay isang modelo ng isang rarefied gas kung saan ang mga interaksyon sa pagitan ng mga molecule ay napapabayaan. Ang mga puwersa ng pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga molekula ay medyo kumplikado. Sa napakaikling mga distansya, kapag ang mga molekula ay lumalapit sa isa't isa, kumikilos ang malalaking puwersa sa pagitan nila. Sa malaki o intermediate na distansya sa pagitan ng mga molekula, kumikilos ang medyo mahinang mga puwersang nakakaakit. Kung ang mga distansya sa pagitan ng mga molekula ay nasa average na malaki, na sinusunod sa isang medyo bihirang gas, kung gayon ang pakikipag-ugnayan ay nagpapakita ng sarili sa anyo ng medyo bihirang banggaan ng mga molekula sa bawat isa kapag lumipad sila nang malapit. Sa isang perpektong gas, ang pakikipag-ugnayan ng mga molekula ay ganap na napapabayaan.

42. Gas pressure sa molecular kinetic theory.

Ang ideal na gas ay isang modelo ng isang rarefied gas kung saan ang mga interaksyon sa pagitan ng mga molecule ay napapabayaan.

Ang presyon ng isang perpektong gas ay proporsyonal sa produkto ng konsentrasyon ng mga molekula at ang kanilang average na kinetic energy.

Ang gas ay pumapalibot sa amin sa lahat ng panig. Saanman sa mundo, kahit na sa ilalim ng tubig, nagdadala tayo ng isang bahagi ng atmospera, ang mga mas mababang mga layer na kung saan ay naka-compress sa ilalim ng impluwensya ng grabidad mula sa itaas. Samakatuwid, sa pamamagitan ng pagsukat ng atmospheric pressure maaari nating hatulan kung ano ang nangyayari sa itaas natin at mahulaan ang lagay ng panahon.

43. Ang average na halaga ng parisukat ng bilis ng mga molekula ng isang perpektong gas.

44. Pinagmulan ng pangunahing equation ng molecular kinetic theory ng gas. 45. Derivation ng isang formula na may kaugnayan sa pressure at average na kinetic energy ng mga molecule ng gas.

Ang presyon p sa isang partikular na lugar sa ibabaw ay ang ratio ng puwersa F na kumikilos patayo sa ibabaw na ito sa lugar S ng ibinigay nitong lugar

Ang SI unit ng presyon ay Pascal (Pa). 1 Pa = 1 N/m2.

Hanapin natin ang puwersa F kung saan kumikilos ang isang molekula ng mass m0 sa ibabaw kung saan ito bumabalik. Kapag naaninag mula sa isang ibabaw, na tumatagal ng isang tagal ng panahon Dt, ang bahagi ng bilis ng molekula na patayo sa ibabaw na ito, vy, ay nagbabago sa kabaligtaran (-vy). Samakatuwid, kapag makikita mula sa ibabaw, ang molekula ay nakakakuha ng momentum, 2m0vy, at samakatuwid, ayon sa ikatlong batas ni Newton, 2m0vy = FDt, kung saan:

Ginagawang posible ng formula (22.2) na kalkulahin ang puwersa kung saan pinindot ng isang molekula ng gas sa dingding ng sisidlan sa pagitan ng Dt. Upang matukoy ang average na puwersa ng presyon ng gas, halimbawa, sa isang segundo, kinakailangan upang mahanap kung gaano karaming mga molekula ang makikita sa bawat segundo mula sa isang ibabaw na lugar ng lugar S, at kinakailangan ding malaman ang average na bilis vy ng mga molekula na gumagalaw sa direksyon ng isang ibinigay na ibabaw.

Hayaang magkaroon ng n molekula bawat yunit ng dami ng gas. Pasimplehin natin ang ating gawain sa pamamagitan ng pag-aakalang lahat ng mga molekula ng gas ay gumagalaw sa parehong bilis, v. Sa kasong ito, 1/3 ng lahat ng molekula ay gumagalaw sa kahabaan ng axis ng Ox, at ang parehong halaga sa kahabaan ng axis ng Oy at Oz (tingnan ang Fig. 22c). Hayaang lumipat ang kalahati ng mga molekula sa kahabaan ng axis ng Oy patungo sa dingding C, at ang natitira - sa kabaligtaran ng direksyon. Pagkatapos, malinaw naman, ang bilang ng mga molekula sa bawat dami ng yunit na nagmamadali patungo sa pader C ay magiging n/6.

Hanapin natin ngayon ang bilang ng mga molecule na tumama sa isang surface area ng area S (shaded in Fig. 22c) sa isang segundo. Malinaw, sa loob ng 1 s ang mga molekulang iyon na gumagalaw patungo dito at nasa layong hindi hihigit sa v ay magkakaroon ng oras upang maabot ang pader. Samakatuwid, 1/6 ng lahat ng mga molekula na matatagpuan sa hugis-parihaba na parallelepiped na naka-highlight sa Fig. ay tatama sa lugar na ito ng ibabaw. 22c, ang haba nito ay v, at ang lugar ng mga dulong mukha ay S. Dahil ang dami ng parallelepiped na ito ay Sv, ang kabuuang bilang ng N ng mga molekula na tumatama sa isang seksyon ng ibabaw ng dingding sa loob ng 1 s ay magiging katumbas ng :

Gamit ang (22.2) at (22.3), maaari nating kalkulahin ang impulse na, sa 1 s, ay nagbigay sa mga molekula ng gas ng isang seksyon ng ibabaw ng dingding ng lugar S. Ang salpok na ito ay magiging numerically katumbas ng puwersa ng presyon ng gas, F:

kung saan, gamit ang (22.1), nakukuha natin ang sumusunod na expression na nauugnay sa presyon ng gas at ang average na kinetic energy ng translational motion ng mga molekula nito:

kung saan ang E CP ay ang average na kinetic energy ng mga ideal na molekula ng gas. Ang formula (22.4) ay tinatawag na pangunahing equation ng molecular kinetic theory ng mga gas.

46. ​​​​Thermal equilibrium. 47. Temperatura. Pagbabago ng temperatura. 48. Mga instrumento para sa pagsukat ng temperatura.

Ang thermal equilibrium sa pagitan ng mga katawan ay posible lamang kapag ang kanilang temperatura ay pareho.

Sa pamamagitan ng paghawak ng anumang bagay gamit ang ating kamay, madali nating matukoy kung ito ay mainit o malamig. Kung ang temperatura ng isang bagay ay mas mababa kaysa sa temperatura ng kamay, ang bagay ay lumilitaw na malamig, at kung, sa kabaligtaran, ito ay lumilitaw na mainit. Kung hawak mo ang isang malamig na barya sa iyong kamao, ang init ng kamay ay magsisimulang magpainit ng barya, at pagkaraan ng ilang oras ang temperatura nito ay magiging katumbas ng temperatura ng kamay, o, gaya ng sinasabi nila, magaganap ang thermal equilibrium. Samakatuwid, ang temperatura ay nagpapakilala sa estado ng thermal equilibrium ng isang sistema ng dalawa o higit pang mga katawan na may parehong temperatura.

Ang temperatura, kasama ang dami ng gas at presyon, ay mga macroscopic na parameter. Ang mga thermometer ay ginagamit upang masukat ang temperatura. Ang ilan sa kanila ay nagtatala ng mga pagbabago sa dami ng likido kapag pinainit, ang iba ay nagtatala ng mga pagbabago sa electrical resistance, atbp. Ang pinakakaraniwan ay ang sukat ng temperatura ng Celsius, na pinangalanan sa Swedish physicist na si A. Celsius. Upang makuha ang sukat ng temperatura ng Celsius para sa isang likidong thermometer, ito ay unang inilulubog sa natutunaw na yelo at ang posisyon ng dulo ng haligi ay nabanggit, at pagkatapos ay sa tubig na kumukulo. Ang segment sa pagitan ng dalawang posisyon na ito ng column ay nahahati sa 100 pantay na bahagi, sa pag-aakalang ang temperatura ng natutunaw na yelo ay tumutugma sa zero degrees Celsius (o C), at ang temperatura ng kumukulong tubig ay 100 o C.

49. Average na kinetic energy ng mga molekula ng gas sa thermal equilibrium.

Ang pangunahing equation ng molecular kinetic theory (22.4) ay nag-uugnay ng gas pressure, konsentrasyon ng mga molekula at ang kanilang average na kinetic energy. Gayunpaman, ang average na kinetic energy ng mga molekula ay, bilang panuntunan, ay hindi kilala, bagaman ang mga resulta ng maraming mga eksperimento ay nagpapahiwatig na ang bilis ng mga molekula ay tumataas sa pagtaas ng temperatura (tingnan, halimbawa, Brownian motion sa §20). Ang pag-asa ng average na kinetic energy ng mga molekula ng gas sa temperatura nito ay maaaring makuha mula sa batas na natuklasan ng French physicist na si J. Charles noong 1787.

50. Mga gas sa isang estado ng thermal equilibrium (ilarawan ang eksperimento).

51. Ganap na temperatura. 52. Ganap na sukat ng temperatura. 53. Ang temperatura ay isang sukatan ng average na kinetic energy ng mga molecule.

Ang pag-asa ng average na kinetic energy ng mga molekula ng gas sa temperatura nito ay maaaring makuha mula sa batas na natuklasan ng French physicist na si J. Charles noong 1787.

Ayon sa batas ni Charles, kung ang volume ng isang binigay na masa ng gas ay hindi nagbabago, ang pressure pt nito ay nakadepende nang linear sa temperatura t:

kung saan ang t ay ang temperatura ng gas na sinusukat sa o C, at ang p 0 ay ang presyon ng gas sa temperatura na 0 o C (tingnan ang Fig. 23b). Kaya, mula sa batas ni Charles ay sumusunod na ang presyon ng isang gas na sumasakop sa isang pare-parehong dami ay proporsyonal sa kabuuan (t + 273 o C). Sa kabilang banda, ito ay sumusunod mula sa (22.4) na kung ang konsentrasyon ng mga molekula ay pare-pareho, i.e. ang dami na inookupahan ng gas ay hindi nagbabago, kung gayon ang presyon ng gas ay dapat na proporsyonal sa average na kinetic energy ng mga molekula. Nangangahulugan ito na ang average na kinetic energy, E SR ng mga molekula ng gas, ay proporsyonal lamang sa halaga (t + 273 o C):

kung saan ang b ay isang pare-parehong koepisyent, ang halaga kung saan matutukoy natin sa ibang pagkakataon. Mula sa (23.2) ito ay sumusunod na ang average na kinetic energy ng mga molekula ay magiging katumbas ng zero sa -273 o C. Batay dito, ang Ingles na siyentipiko na si W. Kelvin noong 1848 ay iminungkahi gamit ang isang absolute temperature scale, ang zero temperature kung saan ay tumutugma. hanggang -273 o C, at bawat antas ng temperatura ay magiging katumbas ng isang degree sa Celsius na sukat. Kaya, ang ganap na temperatura, T, ay nauugnay sa temperatura, t, sinusukat sa Celsius, tulad ng sumusunod:

Ang SI unit ng absolute temperature ay Kelvin (K).

Isinasaalang-alang ang (23.3), ang equation (23.2) ay binago sa:

palitan ang alin sa (22.4), makuha natin ang sumusunod:

Upang maalis ang fraction sa (23.5), pinapalitan namin ang 2b/3 ng k, at sa halip na (23.4) at (23.5) nakakakuha kami ng dalawang napakahalagang equation:

kung saan ang k ay ang pare-pareho ng Boltzmann, na pinangalanang L. Boltzmann. Ipinakita ng mga eksperimento na k=1.38.10 -23 J/K. Kaya, ang presyon ng isang gas at ang average na kinetic energy ng mga molekula nito ay proporsyonal sa ganap na temperatura nito.

54. Pagdepende ng presyon ng gas sa konsentrasyon ng mga molekula at temperatura nito.

Sa karamihan ng mga kaso, kapag ang isang gas ay lumipat mula sa isang estado patungo sa isa pa, nagbabago ang lahat ng mga parameter nito - temperatura, dami at presyon. Nangyayari ito kapag ang gas ay na-compress sa ilalim ng isang piston sa isang internal combustion engine cylinder, na nagiging sanhi ng pagtaas ng temperatura at presyon ng gas at ang volume nito ay bumaba. Gayunpaman, sa ilang mga kaso, ang mga pagbabago sa isa sa mga parameter ng gas ay medyo maliit o kahit na wala. Ang ganitong mga proseso, kung saan ang isa sa tatlong mga parameter - temperatura, presyon o dami ay nananatiling hindi nagbabago, ay tinatawag na isoprocesses, at ang mga batas na naglalarawan sa kanila ay tinatawag na mga batas ng gas.

55. Pagsukat ng bilis ng mga molekula ng gas. 56. Mahigpit na eksperimento.

Una sa lahat, linawin natin kung ano ang ibig sabihin ng bilis ng mga molekula. Alalahanin natin na dahil sa madalas na pagbangga, ang bilis ng bawat indibidwal na molekula ay nagbabago sa lahat ng oras: ang molekula ay gumagalaw kung minsan ay mabilis, minsan ay mabagal, at sa ilang panahon (halimbawa, isang segundo) ang bilis ng molekula ay tumatagal sa maraming iba't ibang mga halaga. . Sa kabilang banda, sa anumang sandali sa napakalaking bilang ng mga molekula na bumubuo sa dami ng gas na isinasaalang-alang, may mga molekula na may ibang-iba na bilis. Malinaw, upang makilala ang estado ng gas, dapat nating pag-usapan ang ilang average na bilis. Maaari nating ipagpalagay na ito ang average na halaga ng bilis ng isa sa mga molekula sa isang sapat na mahabang panahon o ito ang average na halaga ng mga bilis ng lahat ng mga molekula ng gas sa isang naibigay na dami sa ilang mga punto ng oras.

Mayroong iba't ibang mga paraan upang matukoy ang bilis ng paggalaw ng mga molekula. Isa sa pinakasimple ay ang pamamaraan na ipinatupad noong 1920 sa eksperimento ng Stern.

kanin. 390. Kapag ang espasyo sa ilalim ng salamin A ay napuno ng hydrogen; pagkatapos ay may lumabas na mga bula mula sa dulo ng funnel, na sarado ng buhaghag na sisidlan B

Upang maunawaan ito, isaalang-alang ang sumusunod na pagkakatulad. Kapag bumaril sa isang gumagalaw na target, upang maabot ito, kailangan mong maglayon sa isang punto sa harap ng target. Kung maglalayon ka sa isang target, ang mga bala ay tatama sa likod ng target. Ang paglihis na ito ng impact site mula sa target ay magiging mas malaki kapag mas mabilis na gumagalaw ang target at mas mababa ang bilis ng mga bala.

Ang eksperimento ni Otto Stern (1888–1969) ay nakatuon sa pang-eksperimentong pagkumpirma at paggunita ng bilis ng pamamahagi ng mga molekula ng gas. Ito ay isa pang magandang eksperimento na naging posible upang literal na "gumuhit" ng graph ng distribusyon na ito sa isang pang-eksperimentong setup. Ang pag-install ni Stern ay binubuo ng dalawang umiikot na guwang na silindro na may magkasabay na mga palakol (tingnan ang pigura sa kanan; ang malaking silindro ay hindi ganap na iginuhit). Sa panloob na silindro, tuwid sa kahabaan ng axis nito, isang pilak na sinulid 1 ang nakaunat, kung saan dumaan ang isang kasalukuyang, na humantong sa pag-init nito, bahagyang pagkatunaw at kasunod na pagsingaw ng mga atomo ng pilak mula sa ibabaw nito. Bilang isang resulta, ang panloob na silindro, na sa una ay naglalaman ng isang vacuum, ay unti-unting napuno ng gas na pilak na may mababang konsentrasyon. Sa panloob na silindro, tulad ng ipinapakita sa figure, isang manipis na hiwa 2 ang ginawa, kaya karamihan sa mga atomo ng pilak, na umaabot sa silindro, ay nanirahan dito. Ang isang maliit na bahagi ng mga atomo ay dumaan sa puwang at nahulog sa panlabas na silindro, kung saan napanatili ang isang vacuum. Dito, ang mga atomo na ito ay hindi na bumangga sa iba pang mga atomo at samakatuwid ay lumipat sa direksyon ng radial sa isang pare-parehong bilis, na umaabot sa panlabas na silindro pagkatapos ng isang oras na inversely proporsyonal sa bilis na ito:

nasaan ang radii ng panloob at panlabas na mga silindro, at ang radial na bahagi ng bilis ng butil. Bilang resulta, sa paglipas ng panahon, lumitaw ang isang layer ng silver coating sa panlabas na silindro 3. Sa kaso ng mga cylinders sa pahinga, ang layer na ito ay may anyo ng isang strip na matatagpuan eksakto sa tapat ng slot sa panloob na silindro. Ngunit kung ang mga cylinder ay umiikot na may parehong angular na bilis, pagkatapos ay sa oras na ang molekula ay umabot sa panlabas na silindro, ang huli ay lumipat na sa isang distansya.

kumpara sa puntong direktang nasa tapat ng slit (i.e., ang punto kung saan tumira ang mga particle sa kaso ng mga nakatigil na cylinder).

57. Pinagmulan ng equation ng estado ng isang ideal na gas (Mendeleev-Clayperon equation)

Ang mga gas ay kadalasang mga reactant at produkto sa mga reaksiyong kemikal. Ito ay hindi palaging posible upang makakuha ng mga ito upang tumugon sa isa't isa sa ilalim ng normal na mga kondisyon. Samakatuwid, kailangan mong matutunan kung paano matukoy ang bilang ng mga moles ng mga gas sa ilalim ng mga kondisyon maliban sa normal.

Upang gawin ito, gamitin ang perpektong gas equation ng estado (tinatawag ding Clapeyron-Mendeleev equation): PV = nRT

kung saan ang n ay ang bilang ng mga moles ng gas;

P - presyon ng gas (halimbawa, sa atm;

V - dami ng gas (sa litro);

T - temperatura ng gas (sa Kelvin);

R – gas constant (0.0821 l atm/mol K).

Nakakita ako ng derivation ng equation, ngunit napakakomplikado nito. Kailangan pa nating tumingin.

58. Isothermal na proseso.

Ang isothermal na proseso ay isang pagbabago sa estado ng isang gas kung saan ang temperatura nito ay nananatiling pare-pareho. Ang isang halimbawa ng naturang proseso ay ang pagpapalaki ng mga gulong ng kotse gamit ang hangin. Gayunpaman, ang ganitong proseso ay maaaring ituring na isothermal kung ihahambing natin ang estado ng hangin bago ito pumasok sa pump kasama ang estado nito sa gulong pagkatapos maging pantay ang temperatura ng gulong at ang nakapaligid na hangin. Anumang mabagal na prosesong nagaganap na may maliit na volume ng gas na napapalibutan ng malaking masa ng gas, likido o solid na may pare-parehong temperatura ay maaaring ituring na isothermal.

Sa isang isothermal na proseso, ang produkto ng presyon ng isang naibigay na masa ng gas at ang dami nito ay isang pare-parehong halaga. Ang batas na ito, na tinatawag na Boyle-Mariotte law, ay natuklasan ng English scientist na si R. Boyle at ng French physicist na si E. Mariotte at isinulat tulad ng sumusunod:

Maghanap ng mga halimbawa!

59. Isobaric na proseso.

Ang proseso ng isobaric ay isang pagbabago sa estado ng isang gas na nangyayari sa pare-pareho ang presyon.

Sa isang prosesong isobaric, ang ratio ng dami ng isang naibigay na masa ng gas sa temperatura nito ay pare-pareho. Ang konklusyong ito, na tinatawag na batas ni Gay-Lussac bilang parangal sa siyentipikong Pranses na si J. Gay-Lussac, ay maaaring isulat bilang:

Ang isang halimbawa ng prosesong isobaric ay ang pagpapalawak ng maliliit na bula ng hangin at carbon dioxide na nasa masa kapag inilagay ito sa oven. Ang presyon ng hangin sa loob at labas ng oven ay pareho, at ang temperatura sa loob ay humigit-kumulang 50% na mas mataas kaysa sa labas. Ayon sa batas ng Gay-Lussac, ang dami ng mga bula ng gas sa masa ay tumataas din ng 50%, na ginagawang mahangin ang cake.

60. Isochoric na proseso.

Ang isang proseso kung saan nagbabago ang estado ng isang gas, ngunit ang dami nito ay nananatiling hindi nagbabago, ay tinatawag na isochoric. Mula sa equation ng Mendeleev-Clapeyron sumusunod na para sa isang gas na sumasakop sa isang pare-parehong dami, ang ratio ng presyon nito sa temperatura ay dapat ding pare-pareho:

Maghanap ng mga halimbawa!

61. Pagsingaw at paghalay.

Ang singaw ay isang gas na nabuo mula sa mga molecule na may sapat na kinetic energy upang makatakas sa isang likido.

Nakasanayan na natin na ang tubig at ang singaw nito ay maaaring mag-transform sa isa't isa. Ang mga puddle sa aspalto ay natutuyo pagkatapos ng ulan, at ang singaw ng tubig sa hangin ay kadalasang nagiging maliliit na patak ng fog sa umaga. Ang lahat ng mga likido ay may kakayahang maging singaw - upang pumunta sa isang gas na estado. Ang proseso ng pagbabago ng likido sa singaw ay tinatawag na pagsingaw. Ang pagbuo ng isang likido mula sa singaw nito ay tinatawag na condensation.

Ipinapaliwanag ng molecular kinetic theory ang proseso ng evaporation tulad ng sumusunod. Ito ay kilala (tingnan ang §21) na ang isang kaakit-akit na puwersa ay kumikilos sa pagitan ng mga likidong molekula, na pumipigil sa kanila na lumayo sa isa't isa, at ang average na kinetic energy ng mga likidong molekula ay hindi sapat upang madaig ang mga puwersa ng pagdirikit sa pagitan nila. Gayunpaman, sa anumang naibigay na sandali ng oras, ang iba't ibang mga molekula ng isang likido ay may iba't ibang kinetic energy, at ang enerhiya ng ilang mga molekula ay maaaring ilang beses na mas mataas kaysa sa average na halaga nito. Ang mga molekulang ito na may mataas na enerhiya ay may mas mataas na bilis ng paggalaw at samakatuwid ay maaaring madaig ang mga kaakit-akit na puwersa ng mga kalapit na molekula at lumipad palabas ng likido, kaya bumubuo ng singaw sa ibabaw nito (tingnan ang Fig. 26a).

Ang mga molekula na bumubuo sa singaw na nag-iiwan sa likido ay gumagalaw nang sapalaran, na nagbabanggaan sa isa't isa sa parehong paraan tulad ng ginagawa ng mga molekula ng gas sa panahon ng thermal motion. Kasabay nito, ang magulong paggalaw ng ilang mga molekula ng singaw ay maaaring dalhin sila nang napakalayo mula sa ibabaw ng likido na hindi na sila bumalik doon. Siyempre, ang hangin ay nag-aambag din dito. Sa kabaligtaran, ang random na paggalaw ng iba pang mga molekula ay maaaring humantong sa kanila pabalik sa likido, na nagpapaliwanag sa proseso ng vapor condensation.

Ang mga molekula lamang na may kinetic energy na mas mataas kaysa sa average ang maaaring lumipad palabas ng likido, na nangangahulugan na sa panahon ng pagsingaw ang average na enerhiya ng natitirang mga molekula ng likido ay bumababa. At dahil ang average na kinetic energy ng mga molekula ng isang likido, tulad ng isang gas (tingnan ang 23.6), ay proporsyonal sa temperatura, sa panahon ng pagsingaw ang temperatura ng likido ay bumababa. Iyon ang dahilan kung bakit nilalamig kami sa sandaling umalis kami sa tubig, na natatakpan ng isang manipis na pelikula ng likido, na agad na nagsisimulang sumingaw at lumamig.

62. Saturated steam. Saturated na presyon ng singaw.

Ano ang mangyayari kung ang isang sisidlan na may tiyak na dami ng likido ay sarado na may takip (Larawan 26b)? Bawat segundo, ang pinakamabilis na molekula ay patuloy na aalis sa ibabaw ng likido, bababa ang masa nito, at tataas ang konsentrasyon ng mga molekula ng singaw. Kasabay nito, ang ilan sa mga molekula nito ay babalik sa likido mula sa singaw, at kung mas malaki ang konsentrasyon ng singaw, mas matindi ang proseso ng paghalay na ito. Sa wakas, ang konsentrasyon ng singaw sa itaas ng likido ay magiging napakataas na ang bilang ng mga molekula na bumabalik sa likido sa bawat yunit ng oras ay magiging katumbas ng bilang ng mga molekula na umaalis dito. Ang estadong ito ay tinatawag na dynamic equilibrium, at ang katumbas na singaw ay tinatawag na saturated steam. Ang konsentrasyon ng mga molekula ng singaw sa itaas ng likido ay hindi maaaring mas malaki kaysa sa kanilang konsentrasyon sa puspos na singaw. Kung ang konsentrasyon ng mga molecule ng singaw ay mas mababa kaysa sa saturated vapor, kung gayon ang naturang singaw ay tinatawag na unsaturated.

Ang paglipat ng mga molekula ng singaw ay lumilikha ng presyon, ang magnitude nito, tulad ng para sa isang gas, ay proporsyonal sa produkto ng konsentrasyon ng mga molekulang ito at ang temperatura. Samakatuwid, sa isang naibigay na temperatura, mas mataas ang konsentrasyon ng singaw, mas malaki ang presyon na ginagawa nito. Ang saturated vapor pressure ay depende sa uri ng likido at temperatura. Ang mas mahirap na mapunit ang mga molekula ng isang likido mula sa isa't isa, mas mababa ang puspos na presyon ng singaw nito. Kaya, ang saturated vapor pressure ng tubig sa temperatura na 20 o C ay humigit-kumulang 2 kPa, at ang saturated vapor pressure ng mercury sa 20 o C ay 0.2 Pa lamang.

Ang buhay ng mga tao, hayop at halaman ay nakasalalay sa konsentrasyon ng singaw ng tubig (humidity) ng atmospera, na malawak na nag-iiba depende sa lugar at oras ng taon. Karaniwan, ang singaw ng tubig sa paligid natin ay hindi puspos. Ang relatibong halumigmig ay ang ratio ng presyon ng singaw ng tubig sa puspos na presyon ng singaw sa parehong temperatura, na ipinahayag bilang isang porsyento. Ang isa sa mga instrumento para sa pagsukat ng kahalumigmigan ng hangin ay isang psychrometer, na binubuo ng dalawang magkaparehong thermometer, ang isa ay nakabalot sa isang basang tela.

63. Pagdepende ng saturated vapor pressure sa temperatura.

Ang singaw ay isang gas na nabuo sa pamamagitan ng mga evaporated na molekula ng isang likido, at samakatuwid ang equation (23.7) ay wasto para dito, na nauugnay ang presyon ng singaw, p, ang konsentrasyon ng mga molekula sa loob nito, n at ang ganap na temperatura, T:

Mula sa (27.1) sumusunod na ang saturated vapor pressure ay dapat tumaas ng linearly sa pagtaas ng temperatura, tulad ng kaso para sa mga ideal na gas sa isochoric na proseso (tingnan ang §25). Gayunpaman, tulad ng ipinakita ng mga sukat, ang presyon ng saturated vapor ay tumataas sa temperatura nang mas mabilis kaysa sa presyon ng isang perpektong gas (tingnan ang Fig. 27a). Nangyayari ito dahil sa ang katunayan na sa pagtaas ng temperatura, at samakatuwid ay ang average na kinetic energy, mas maraming likidong molekula ang umalis dito, na nagdaragdag ng konsentrasyon n ng singaw sa itaas nito. At dahil ayon sa (27.1) ang presyon ay proporsyonal sa n, kung gayon ang pagtaas na ito sa konsentrasyon ng singaw ay nagpapaliwanag ng mas mabilis na pagtaas ng puspos na presyon ng singaw na may temperatura kumpara sa isang perpektong gas. Ang pagtaas ng puspos na presyon ng singaw na may temperatura ay nagpapaliwanag ng kilalang katotohanan na kapag pinainit, ang mga likido ay mas mabilis na sumingaw. Tandaan na sa sandaling ang pagtaas ng temperatura ay humantong sa kumpletong pagsingaw ng likido, ang singaw ay magiging unsaturated.

Kapag ang likido sa bawat isa sa mga bula ay pinainit, ang proseso ng pagsingaw ay nagpapabilis at ang puspos na presyon ng singaw ay tumataas. Lumalawak ang mga bula at, sa ilalim ng impluwensya ng malakas na puwersa ni Archimedes, humiwalay mula sa ibaba, lumutang at sumabog sa ibabaw. Sa kasong ito, ang singaw na pumuno sa mga bula ay dinadala sa kapaligiran.

Kung mas mababa ang presyon ng atmospera, mas mababa ang temperatura na kumukulo ang likidong ito (tingnan ang Fig. 27c). Kaya, sa tuktok ng Mount Elbrus, kung saan ang presyon ng hangin ay kalahati ng normal, ang ordinaryong tubig ay kumukulo hindi sa 100 o C, ngunit sa 82 o C. Sa kabilang banda, kung kinakailangan upang madagdagan ang kumukulo na punto ng likido. , pagkatapos ay pinainit ito sa tumaas na presyon. Ito, halimbawa, ang batayan para sa pagpapatakbo ng mga pressure cooker, kung saan ang pagkain na naglalaman ng tubig ay maaaring lutuin sa temperatura na higit sa 100 o C nang hindi kumukulo.

64. Pagpapakulo.

Ang pagkulo ay isang matinding proseso ng pagsingaw na nangyayari sa buong dami ng isang likido at sa ibabaw nito. Nagsisimulang kumulo ang isang likido kapag ang saturated vapor pressure nito ay lumalapit sa pressure sa loob ng likido.

Ang pagkulo ay ang pagbuo ng isang malaking bilang ng mga bula ng singaw na lumulutang at sumasabog sa ibabaw ng isang likido kapag ito ay pinainit. Sa katunayan, ang mga bula na ito ay palaging naroroon sa likido, ngunit ang kanilang laki ay tumataas at sila ay nagiging kapansin-pansin lamang kapag kumukulo. Ang isa sa mga dahilan kung bakit laging may mga microbubble sa isang likido ay ang mga sumusunod. Ang isang likido, kapag ito ay ibinuhos sa isang sisidlan, ay nag-aalis ng hangin mula doon, ngunit hindi ito ganap na magagawa, at ang mga maliliit na bula nito ay nananatili sa mga microcrack at mga iregularidad sa panloob na ibabaw ng sisidlan. Bilang karagdagan, ang mga likido ay kadalasang naglalaman ng mga microbubble ng singaw at hangin na nakadikit sa maliliit na particle ng alikabok.

Kapag ang likido sa bawat isa sa mga bula ay pinainit, ang proseso ng pagsingaw ay nagpapabilis at ang puspos na presyon ng singaw ay tumataas. Lumalawak ang mga bula at, sa ilalim ng impluwensya ng malakas na puwersa ni Archimedes, humiwalay mula sa ibaba, lumutang at sumabog sa ibabaw. Sa kasong ito, ang singaw na pumuno sa mga bula ay dinadala sa kapaligiran. Samakatuwid, ang pagkulo ay tinatawag na pagsingaw, na nangyayari sa buong dami ng likido. Ang pagkulo ay nagsisimula sa temperatura kapag ang mga bula ng gas ay maaaring lumawak, at ito ay nangyayari kung ang saturated vapor pressure ay lumampas sa atmospheric pressure. Kaya, ang boiling point ay ang temperatura kung saan ang saturated vapor pressure ng isang naibigay na likido ay katumbas ng atmospheric pressure. Habang kumukulo ang likido, nananatiling pare-pareho ang temperatura nito.

Imposible ang proseso ng pagkulo nang walang partisipasyon ng Archimedean buoyancy force. Samakatuwid, sa mga istasyon ng kalawakan sa mga kondisyon ng walang timbang ay walang kumukulo, at ang pag-init ng tubig ay humahantong lamang sa pagtaas ng laki ng mga bula ng singaw at ang kanilang kumbinasyon sa isang malaking bula ng singaw sa loob ng isang sisidlan na may tubig.

65. Kritikal na temperatura.

Mayroon ding isang konsepto bilang kritikal na temperatura kung ang isang gas ay nasa temperatura na mas mataas sa kritikal na temperatura (indibidwal para sa bawat gas, halimbawa para sa carbon dioxide na humigit-kumulang 304 K), kung gayon hindi na ito maaaring gawing likido, anuman ang mangyari. ang presyon ay inilalapat dito. Ang hindi pangkaraniwang bagay na ito ay nangyayari dahil sa ang katunayan na sa isang kritikal na temperatura ang mga puwersa ng pag-igting sa ibabaw ng likido ay zero.

Talahanayan 23. Kritikal na temperatura at kritikal na presyon ng ilang mga sangkap

Ano ang ipinahihiwatig ng pagkakaroon ng isang kritikal na temperatura? Ano ang nangyayari sa mas mataas na temperatura?

Ipinapakita ng karanasan na sa mga temperaturang mas mataas kaysa sa kritikal, ang isang substance ay maaari lamang nasa isang gas na estado.

Ang pagkakaroon ng isang kritikal na temperatura ay unang itinuro noong 1860 ni Dmitry Ivanovich Mendeleev.

Matapos ang pagtuklas ng kritikal na temperatura, naging malinaw kung bakit ang mga gas tulad ng oxygen o hydrogen ay hindi maaaring ma-convert sa likido sa loob ng mahabang panahon. Ang kanilang kritikal na temperatura ay napakababa (Talahanayan 23). Upang gawing likido ang mga gas na ito, dapat silang palamig sa ilalim ng isang kritikal na temperatura. Kung wala ito, ang lahat ng mga pagtatangka na tunawin ang mga ito ay tiyak na mabibigo.

66. Bahagyang presyon. Kamag-anak na kahalumigmigan. 67. Mga instrumento para sa pagsukat ng relatibong halumigmig ng hangin.

Ang buhay ng mga tao, hayop at halaman ay nakasalalay sa konsentrasyon ng singaw ng tubig (humidity) ng atmospera, na malawak na nag-iiba depende sa lugar at oras ng taon. Karaniwan, ang singaw ng tubig sa paligid natin ay hindi puspos. Ang relatibong halumigmig ay ang ratio ng presyon ng singaw ng tubig sa puspos na presyon ng singaw sa parehong temperatura, na ipinahayag bilang isang porsyento. Ang isa sa mga instrumento para sa pagsukat ng halumigmig ng hangin ay isang psychrometer, na binubuo ng dalawang magkatulad na thermometer, ang isa ay nakabalot sa isang basang tela Kapag ang kahalumigmigan ng hangin ay mas mababa sa 100%, ang tubig mula sa tela ay sumingaw, at ang thermometer B ay sumingaw. cool, na nagpapakita ng isang mas mababang temperatura kaysa sa A. At mas mababa ang air humidity, mas malaki ang pagkakaiba, Dt, sa pagitan ng mga pagbabasa ng mga thermometer A at B. Gamit ang isang espesyal na psychrometric table, ang air humidity ay maaaring matukoy mula sa pagkakaiba ng temperatura na ito.

Ang bahagyang presyon ay ang presyon ng isang tiyak na gas na kasama sa isang halo ng gas, na ipapatupad ng gas na ito sa mga dingding ng lalagyan na naglalaman nito kung ito lamang ang sumasakop sa buong dami ng pinaghalong sa temperatura ng pinaghalong.

Ang bahagyang presyon ay hindi direktang sinusukat, ngunit tinatantya batay sa kabuuang presyon at komposisyon ng pinaghalong.

Ang mga gas na natunaw sa tubig o tissue ng katawan ay nagdudulot din ng presyon dahil ang mga natunaw na molekula ng gas ay nasa random na paggalaw at may kinetic energy. Kung ang isang gas na natunaw sa isang likido ay tumama sa isang ibabaw, tulad ng isang cell membrane, ito ay nagsasagawa ng bahagyang presyon sa parehong paraan tulad ng isang gas sa isang halo ng gas.

Ang presyon ng presyon ay hindi masusukat nang direkta ito ay kinakalkula batay sa kabuuang presyon at komposisyon ng pinaghalong.

Mga kadahilanan na tumutukoy sa magnitude ng bahagyang presyon ng isang gas na natunaw sa isang likido. Ang bahagyang presyon ng isang gas sa isang solusyon ay tinutukoy hindi lamang sa pamamagitan ng konsentrasyon nito, kundi pati na rin sa solubility coefficient nito, i.e. Ang ilang mga uri ng mga molekula, tulad ng carbon dioxide, ay pisikal o kemikal na nakakabit sa mga molekula ng tubig, habang ang iba ay tinataboy. Ang relasyong ito ay tinatawag na batas ni Henry at ipinahayag ng sumusunod na pormula: Partial pressure = Dissolved gas concentration / Solubility coefficient.

68. Pag-igting sa ibabaw.

Ang pinaka-kagiliw-giliw na tampok ng mga likido ay ang pagkakaroon ng isang libreng ibabaw. Ang likido, hindi tulad ng mga gas, ay hindi pinupuno ang buong dami ng lalagyan kung saan ito ibinuhos. Ang isang interface ay nabuo sa pagitan ng likido at gas (o singaw), na nasa mga espesyal na kondisyon kumpara sa natitirang bahagi ng likido. Ang mga molekula sa boundary layer ng isang likido, hindi katulad ng mga molekula sa lalim nito, ay hindi napapalibutan ng iba pang mga molekula ng parehong likido sa lahat ng panig. Ang mga puwersa ng intermolecular na interaksyon na kumikilos sa isa sa mga molekula sa loob ng isang likido mula sa mga kalapit na molekula ay, sa karaniwan, kapwa nabayaran. Ang anumang molekula sa boundary layer ay naaakit ng mga molekula na matatagpuan sa loob ng likido (ang mga puwersang kumikilos sa isang partikular na molekula ng likido mula sa mga molekula ng gas (o singaw) ay maaaring mapabayaan). Bilang resulta, lumilitaw ang isang tiyak na resultang puwersa, na nakadirekta nang malalim sa likido. Ang mga molekula sa ibabaw ay iginuhit sa likido sa pamamagitan ng mga puwersa ng intermolecular attraction. Ngunit ang lahat ng mga molekula, kabilang ang mga molekula ng layer ng hangganan, ay dapat na nasa isang estado ng balanse. Ang ekwilibriyong ito ay nakakamit sa pamamagitan ng bahagyang pagbabawas ng distansya sa pagitan ng mga molekula ng layer sa ibabaw at ng kanilang pinakamalapit na kapitbahay sa loob ng likido. Tulad ng makikita mula sa Fig. 3.1.2, kapag ang distansya sa pagitan ng mga molekula ay bumababa, ang mga salungat na pwersa ay bumangon. Kung ang average na distansya sa pagitan ng mga molekula sa loob ng likido ay katumbas ng r0, kung gayon ang mga molekula ng layer ng ibabaw ay medyo mas makapal, at samakatuwid mayroon silang karagdagang supply ng potensyal na enerhiya kumpara sa mga panloob na molekula (tingnan ang Fig. 3.1.2) . Dapat itong isipin na dahil sa sobrang mababang compressibility, ang pagkakaroon ng isang mas makapal na nakaimpake na layer sa ibabaw ay hindi humantong sa anumang kapansin-pansing pagbabago sa dami ng likido. Kung ang isang molekula ay gumagalaw mula sa ibabaw patungo sa likido, ang mga puwersa ng intermolecular na pakikipag-ugnayan ay gagawa ng positibong gawain. Sa kabaligtaran, upang hilahin ang isang tiyak na bilang ng mga molekula mula sa kalaliman ng likido patungo sa ibabaw (i.e., dagdagan ang ibabaw na lugar ng likido), ang mga panlabas na puwersa ay dapat magsagawa ng positibong gawain ΔAext, proporsyonal sa pagbabago ΔS ng ang ibabaw na lugar: ΔAext = σΔS.

Ang coefficient σ ay tinatawag na surface tension coefficient (σ > 0). Kaya, ang koepisyent ng pag-igting sa ibabaw ay katumbas ng trabaho na kinakailangan upang madagdagan ang ibabaw na lugar ng isang likido sa pare-pareho ang temperatura ng isang yunit.

Sa SI, ang koepisyent ng pag-igting sa ibabaw ay sinusukat sa joules per square meter (J/m2) o sa newtons per meter (1 N/m = 1 J/m2).

Ito ay kilala mula sa mechanics na ang equilibrium states ng isang system ay tumutugma sa pinakamababang halaga ng potensyal na enerhiya nito. Ito ay sumusunod na ang libreng ibabaw ng likido ay may posibilidad na bawasan ang lugar nito. Para sa kadahilanang ito, ang isang libreng patak ng likido ay tumatagal ng isang spherical na hugis. Ang likido ay kumikilos na para bang ang mga puwersang kumikilos nang tangential sa ibabaw nito ay kumukuha (hinatak) ang ibabaw na ito. Ang mga puwersang ito ay tinatawag na mga puwersa ng pag-igting sa ibabaw.

Ang pagkakaroon ng mga puwersa ng pag-igting sa ibabaw ay ginagawang ang ibabaw ng isang likido ay parang isang nababanat na nakaunat na pelikula, na may pagkakaiba lamang na ang mga puwersang nababanat sa pelikula ay nakasalalay sa lugar ng ibabaw nito (i.e., kung paano nababago ang anyo ng pelikula), at ang pag-igting sa ibabaw Ang mga puwersa ay hindi nakasalalay sa mga likido sa ibabaw na lugar.

Ang ilang mga likido, tulad ng tubig na may sabon, ay may kakayahang bumuo ng mga manipis na pelikula. Ang mga kilalang bula ng sabon ay may regular na spherical na hugis - nagpapakita rin ito ng epekto ng mga puwersa ng pag-igting sa ibabaw. Kung ibababa mo ang isang wire frame, ang isa sa mga gilid nito ay naitataas, sa isang solusyon sa sabon, pagkatapos ay ang buong frame ay tatakpan ng isang pelikula ng likido.

69. Pagbasa.

Alam ng lahat na kung maglalagay ka ng isang patak ng likido sa isang patag na ibabaw, ito ay maaaring kumalat sa kabuuan nito o magkakaroon ng isang bilog na hugis. Bukod dito, ang laki at convexity (ang halaga ng tinatawag na contact angle) ng isang nakahiga na drop ay natutukoy sa pamamagitan ng kung gaano kahusay nito basa ang isang naibigay na ibabaw. Ang kababalaghan ng basa ay maaaring ipaliwanag tulad ng sumusunod. Kung ang mga molekula ng isang likido ay naaakit sa isa't isa nang higit kaysa sa mga molekula ng isang solid, ang likido ay may posibilidad na bumuo ng isang patak.

Ang isang matinding contact angle ay nangyayari sa isang wettable (lyophilic) surface, habang ang isang obtuse contact angle ay nangyayari sa isang non-wettable (lyophobic) surface.

Ito ay kung paano kumikilos ang mercury sa salamin, tubig sa paraffin o sa isang "mamantika" na ibabaw. Kung, sa kabaligtaran, ang mga molekula ng isang likido ay naaakit sa isa't isa nang hindi gaanong malakas kaysa sa mga molekula ng isang solid, ang likido ay "pinipilit" sa ibabaw at kumakalat sa ibabaw nito. Nangyayari ito sa isang patak ng mercury sa isang zinc plate o sa isang patak ng tubig sa malinis na baso. Sa unang kaso, sinasabi nila na ang likido ay hindi nabasa ang ibabaw (ang anggulo ng contact ay mas malaki kaysa sa 90 °), at sa pangalawang kaso, binabasa ito (ang anggulo ng contact ay mas mababa sa 90 °).

Ito ang water-repellent lubricant na tumutulong sa maraming hayop na makatakas mula sa sobrang basa. Halimbawa, ang mga pag-aaral ng mga hayop at ibon sa dagat - mga fur seal, seal, penguin, loon - ay nagpakita na ang kanilang mahinhin na buhok at mga balahibo ay may hydrophobic properties, habang ang mga guard hair ng mga hayop at ang itaas na bahagi ng contour na mga balahibo ng mga ibon ay mahusay na nabasa. sa pamamagitan ng tubig. Bilang resulta, ang isang layer ng hangin ay nilikha sa pagitan ng katawan ng hayop at ng tubig, na gumaganap ng isang mahalagang papel sa thermoregulation at thermal insulation.

Ngunit ang pagpapadulas ay hindi lahat. Ang istraktura ng ibabaw ay gumaganap din ng isang makabuluhang papel sa hindi pangkaraniwang bagay ng basa. Maaaring mapabuti ng magaspang, matigtig o buhaghag na lupain ang basa. Alalahanin natin, halimbawa, ang mga espongha at terry na tuwalya, na perpektong sumisipsip ng tubig. Ngunit kung ang ibabaw ay sa una ay "natatakot" sa tubig, kung gayon ang nabuo na kaluwagan ay magpapalubha lamang sa sitwasyon: ang mga patak ng tubig ay magtitipon sa mga gilid at gumulong pababa.

70. Capillary phenomena.

Ang mga capillary phenomena ay ang pagtaas o pagbagsak ng likido sa maliliit na diameter na tubo - mga capillary. Ang mga basang likido ay tumataas sa pamamagitan ng mga capillary, ang mga hindi basang likido ay bumababa.

Sa Fig. Ipinapakita ng Figure 3.5.6 ang isang capillary tube ng isang tiyak na radius r, na ibinaba sa ibabang dulo nito sa isang basang likido na may density na ρ. Ang itaas na dulo ng capillary ay bukas. Ang pagtaas ng likido sa capillary ay nagpapatuloy hanggang sa ang puwersa ng gravity na kumikilos sa haligi ng likido sa capillary ay naging katumbas ng magnitude sa nagreresultang Fn na mga puwersa ng pag-igting sa ibabaw na kumikilos kasama ang hangganan ng pakikipag-ugnay ng likido sa ibabaw ng capillary: Fт = Fн, kung saan Fт = mg = ρhπr2g, Fн = σ2πr cos θ.

Ito ay nagpapahiwatig:

Larawan 3.5.6.

Pagtaas ng basang likido sa capillary.

Sa kumpletong basa θ = 0, cos θ = 1. Sa kasong ito

Sa kumpletong hindi basa θ = 180°, cos θ = –1 at, samakatuwid, h< 0. Уровень несмачивающей жидкости в капилляре опускается ниже уровня жидкости в сосуде, в которую опущен капилляр.

Halos binabasa ng tubig ang malinis na ibabaw ng salamin. Sa kabaligtaran, ang mercury ay hindi ganap na nabasa ang ibabaw ng salamin. Samakatuwid, ang antas ng mercury sa glass capillary ay bumaba sa ibaba ng antas sa sisidlan.

71. Mga mala-kristal na katawan at ang kanilang mga katangian.

Hindi tulad ng mga likido, ang isang solid ay nagpapanatili hindi lamang sa dami nito, kundi pati na rin sa hugis nito at may makabuluhang lakas.

Ang iba't ibang mga solidong nakatagpo ay maaaring nahahati sa dalawang pangkat na malaki ang pagkakaiba sa kanilang mga katangian: mala-kristal at walang hugis.

Mga pangunahing katangian ng mga mala-kristal na katawan

1. Ang mga mala-kristal na katawan ay may isang tiyak na temperatura ng pagkatunaw na tmelt, na hindi nagbabago sa panahon ng proseso ng pagtunaw sa pare-parehong presyon (Larawan 1, curve 1).

2. Ang mga mala-kristal na katawan ay nailalarawan sa pagkakaroon ng spatial na kristal na sala-sala, na isang nakaayos na pag-aayos ng mga molekula, atomo o ion, na paulit-ulit sa buong dami ng katawan (mahabang pagkakasunud-sunod). Ang anumang kristal na sala-sala ay nailalarawan sa pagkakaroon ng gayong elemento ng istraktura nito, ang paulit-ulit na pag-uulit na kung saan sa espasyo ay maaaring makagawa ng buong kristal. Ito ay isang solong kristal. Ang polycrystal ay binubuo ng maraming napakaliit na solong kristal na pinagsama-sama, na random na naka-orient sa espasyo.