“Doimiy tezlanishli chiziqli harakatdagi tezlik” mavzusidagi dars ishlanmasi
sana :
Mavzu: "Doimiy tezlanish bilan to'g'ri chiziqli harakat paytida tezlik"
Maqsadlar:
Tarbiyaviy : Doimiy tezlanish bilan to'g'ri chiziqli harakat paytida tezlik haqidagi bilimlarni ongli ravishda o'zlashtirishni ta'minlash va shakllantirish;
Rivojlanish : Mustaqil faoliyat ko'nikmalarini va guruhda ishlash ko'nikmalarini rivojlantirishni davom eting.
Tarbiyaviy : Yangi bilimlarga kognitiv qiziqishni shakllantirish; xulq-atvor intizomini rivojlantirish.
Dars turi: yangi bilimlarni o'rganish darsi
Uskunalar va ma'lumot manbalari:
Isachenkova, L.A. Fizika: darslik. 9-sinf uchun. davlat muassasalari o'rtacha rus tilida ta'lim til trening / L. A. Isachenkova, G. V. Palchik, A. A. Sokolskiy; tomonidan tahrirlangan A. A. Sokolskiy. Minsk: Xalq asvetasi, 2015 yil
Isachenkova, L. A. Fizikadan muammolar to'plami. 9-sinf: umumiy ta'lim muassasalari o'quvchilari uchun qo'llanma. o'rtacha rus tilida ta'lim til trening / L. A. Isachenkova, G. V. Palchik, V. V. Dorofeychik. Minsk: Aversev, 2016, 2017.
Darsning tuzilishi:
Tashkiliy vaqt (5 daqiqa)
Asosiy bilimlarni yangilash (5 daqiqa)
Yangi materialni o'rganish (15 daqiqa)
Jismoniy tarbiya daqiqasi (2 daqiqa)
Bilimlarni mustahkamlash (13 daqiqa)
Dars xulosasi (5 daqiqa)
Tashkiliy vaqt
Salom, o'tiring! (Hozir bo'lganlarni tekshirish).Bugun darsda biz doimiy tezlanish bilan chiziqli harakat tezligini tushunishimiz kerak. Va bu shuni anglatadikiDars mavzusi : Doimiy tezlanish bilan to'g'ri chiziqli harakat paytida tezlik
Ma'lumotnoma bilimlarini yangilash
Barcha notekis harakatlardan eng oddiyi - doimiy tezlanish bilan to'g'ri chiziqli harakat. U teng o'zgaruvchan deb ataladi.
Bir tekis harakat paytida tananing tezligi qanday o'zgaradi?
Yangi materialni o'rganish
Egri chiziq bo'ylab po'lat sharning harakatini ko'rib chiqing. Tajriba shuni ko'rsatadiki, uning tezlashishi deyarli doimiy:
Mayli V vaqt momenti t = 0 to'pning dastlabki tezligi bor edi (83-rasm).
To'p tezligining vaqtga bog'liqligini qanday topish mumkin?
To'pni tezlashtirishA = . Bizning misolimizdaDt = t , Δ - . Ma'nosi,
, qayerda
Doimiy tezlanish bilan harakat qilganda, jismning tezligi chiziqli ravishda bog'liq vaqt.
Tengliklardan ( 1 ) va (2) proyeksiyalar uchun formulalar quyidagicha:
Keling, qaramlik grafiklarini tuzamiza x ( t ) Va v x ( t ) (guruch. 84, a, b).
Guruch. 84
83-rasmga muvofiqA X = A > 0, = v 0 > 0.
Keyin bog'liqliklar a x ( t ) jadvaliga mos keladi1 (84-rasmga qarang, A). Buvaqt o'qiga parallel to'g'ri chiziq. Bog'liqlarv x ( t ) jadvaliga mos keladi, proyeksiyaning o'sishini tavsiflaydisko o'sadi (rasmga qarang. 84, b). O'sib borayotgani aniqmodultezlik. To'p harakatlanmoqdabir xilda tezlashtirilgan.
Ikkinchi misolni ko'rib chiqamiz (85-rasm). Endi to'pning dastlabki tezligi yiv bo'ylab yuqoriga yo'naltiriladi. Yuqoriga qarab, to'p asta-sekin tezligini yo'qotadi. Shu nuqtadaA U yoqilganmoment to'xtaydi vaboshlanadipastga siljiting. NuqtaA chaqirdiburilish nuqtasi.
Ga binoan chizish 85 A X = - a< 0, = v 0 > 0 va formulalar (3) va (4) grafiklarga mos keladi2 Va 2" (sm. guruch. 84, A , b).
Jadval 2" Bu shuni ko'rsatadiki, boshida, to'p yuqoriga qarab harakatlanayotganda, tezlik proyeksiyasiv x ijobiy edi. Bir vaqtning o'zida kamaydit= nolga teng bo'ldi. Ayni damda to'p burilish nuqtasiga yetib keldiA (85-rasmga qarang). Bu nuqtada to'p tezligining yo'nalishi teskari tomonga o'zgardit> tezlik proyeksiyasi manfiy bo'ldi.
Grafikdan 2" (84-rasmga qarang, b) aylanish momentidan oldin tezlik moduli pasayganligi ham aniq - to'p teng tezlikda yuqoriga qarab harakat qildi. Dat > t n tezlik moduli ortadi - to'p bir tekis tezlashtirilgan pastga siljiydi.
Ikkala misol uchun tezlik modulining vaqtga nisbatan o'z grafiklarini tuzing.
Bir tekis harakatning yana qanday qonunlarini bilish kerak?
8-§da biz bir xil to'g'ri chiziqli harakat uchun grafik orasidagi raqamning maydoni ekanligini isbotladik.v x va vaqt o'qi (57-rasmga qarang) son jihatdan siljish proyeksiyasiga D ga teng.r X . Bu qoida notekis harakatga ham tegishli ekanligini isbotlash mumkin. Keyin, 86-rasmga ko'ra, siljish proyeksiyasi Dr X bir tekis o'zgaruvchan harakat bilan trapezoidning maydoni aniqlanadiA B C D . Bu maydon asoslar yig'indisining yarmiga tengtrapezoid uning balandligiga ko'paytiriladiAD .
Natijada:
(5) formulaning tezlik proyeksiyasining o'rtacha qiymatidan
quyidagicha:
Haydash paytida Bilandoimiy tezlanish, munosabat (6) faqat proyeksiya uchun emas, balki tezlik vektorlari uchun ham qanoatlantiriladi:
Doimiy tezlanish bilan harakatning o'rtacha tezligi dastlabki va oxirgi tezliklar yig'indisining yarmiga teng.
Formulalar (5), (6) va (7) ishlatilmaydiUchun harakat Bilanmos kelmaydigan tezlashuv. Bu olib kelishi mumkinKimga qo'pol xatolar.
Bilimlarni mustahkamlash
Keling, 57-betdagi masalani hal qilish misolini ko'rib chiqaylik:
Mashina moduli = 72 tezlikda harakatlanardi. Qizil svetoforni ko'rib, haydovchi yo'l qismidas= 50 m tezlikni = 18 ga teng ravishda kamaytirdi . Avtomobil harakatining xarakterini aniqlang. Tormozlash paytida avtomobil harakat qilgan tezlanish yo'nalishi va kattaligini toping.
Berilgan: Reshe tion:
72 = 20 Mashinaning harakati bir xilda sekin edi. Usko-
avtomobil haydashqarama-qarshi yo'nalish
18 = 5 uning harakat tezligi.
Tezlashtirish moduli:
s= 50 m
Tormozlash vaqti:
A -? Δ t =
Keyin
Javob:
Dars xulosasi
Haydash paytida BilanDoimiy tezlanish bilan tezlik chiziqli ravishda vaqtga bog'liq.
Bir tekis tezlashtirilgan harakatda oniy tezlik va tezlanish yo'nalishlari bir-biriga to'g'ri keladi, bir tekis sekin harakatda esa qarama-qarshi bo'ladi.
O'rtacha haydash tezligiBilandoimiy tezlanish boshlang'ich va oxirgi tezliklar yig'indisining yarmiga teng.
Uy vazifasini tashkil etish
§ 12, masalan. 7 № 1, 5
Reflektsiya.
Jumlalarni davom ettiring:
Bugun darsda men o'rgandim ...
Bu qiziq edi…
Darsda olgan bilimlarim foydali bo'ladi
Bir tekis tezlashtirilgan harakat uchun quyidagi tenglamalar o'rinli bo'lib, biz ularni hosilasiz keltiramiz:
Siz tushunganingizdek, chapdagi vektor formulasi va o'ngdagi ikkita skaler formulalar tengdir. Algebra nuqtai nazaridan, skalyar formulalar bir tekis tezlashtirilgan harakatda siljish proyeksiyalari kvadratik qonunga muvofiq vaqtga bog'liqligini bildiradi. Buni lahzali tezlik proyeksiyalarining tabiati bilan solishtiring (§ 12-h-ga qarang).
sx = x – xo and sy = y – yo ekanligini bilib (12-§ ga qarang), o‘ng yuqori ustundagi ikkita skalyar formuladan koordinatalar uchun tenglamalarni olamiz:
Jismning bir tekis tezlashtirilgan harakatida tezlanish doimiy bo'lgani uchun koordinata o'qlarini har doim shunday joylashtirish mumkinki, tezlanish vektori bir o'qqa, masalan, Y o'qiga parallel yo'naltiriladi.Demak, X o'qi bo'ylab harakat tenglamasi quyidagicha bo'ladi. sezilarli darajada soddalashtirilgan:
x = xo + yox t + (0) va y = yo + yoy t + ½ ay t²
E'tibor bering, chap tenglama bir tekis to'g'ri chiziqli harakat tenglamasiga to'g'ri keladi (§ 12-g ga qarang). Bu shuni anglatadiki, bir xil tezlashtirilgan harakat bir o'q bo'ylab bir xil harakatdan, ikkinchisi bo'ylab bir xil tezlashtirilgan harakatdan "tarkib" qolishi mumkin. Buni yaxtada yadro bilan ishlash tajribasi tasdiqlaydi (12-b-bandga qarang).
Vazifa. Qo'llarini cho'zib, qiz to'pni tashladi. U 80 sm ko'tarildi va tez orada 180 sm uchib, qizning oyog'iga yiqildi. To'p qanday tezlikda tashlangan va to'p yerga tegganda qanday tezlikda bo'lgan?
Bir lahzali tezlikni Y o'qiga proyeksiya qilish uchun tenglamaning ikkala tomonini kvadratga aylantiramiz: yy = yoy + ay t (12-§ ga qarang). Biz tenglikni olamiz:
yy² = ( yoy + ay t )² = yoy² + 2 yoy ay t + ay² t²
Qavslar ichidan faqat o'ng tomondagi ikkita atama uchun 2 omilni chiqaramiz:
yy² = yoy² + 2 ay ( yoy t + ½ ay t² )
E'tibor bering, qavs ichida biz siljish proyeksiyasini hisoblash formulasini olamiz: sy = yoy t + ½ ay t². Uni sy bilan almashtirsak, biz quyidagilarni olamiz:
Yechim. Keling, rasm chizamiz: Y o'qini yuqoriga yo'naltiring va koordinatalarning kelib chiqishini erga qizning oyoqlariga qo'ying. Keling, tezlik proyeksiyasining kvadrati uchun olingan formulani birinchi navbatda to'pning ko'tarilishining eng yuqori nuqtasida qo'llaymiz:
0 = yoy² + 2·(–g)·(+h) ⇒ yoy = ±√¯2gh = +4 m/s
Keyin, yuqori nuqtadan pastga siljishni boshlaganda:
yy² = 0 + 2·(–g)·(–H) ⇒ yy = ±√¯2gh = –6 m/s
Javob: to'p 4 m/s tezlik bilan yuqoriga otildi va qo'nish vaqtida u Y o'qiga qarshi yo'naltirilgan 6 m/s tezlikka ega edi.
Eslatma. Umid qilamizki, lahzali tezlikning kvadrat proyeksiyasi formulasi X o'qi uchun analogiya bo'yicha to'g'ri bo'ladi:
Agar harakat bir o'lchovli bo'lsa, ya'ni u faqat bitta o'q bo'ylab sodir bo'lsa, siz ramkadagi ikkita formuladan birini ishlatishingiz mumkin.
Kinematika - fizikada klassik mexanik harakatni o'rganuvchi fan. Dinamikadan farqli o'laroq, fan jismlarning nima uchun harakatlanishini o'rganadi. U buni qanday qilish kerakligi haqidagi savolga javob beradi. Ushbu maqolada biz tezlanish va doimiy tezlanish bilan harakat nima ekanligini ko'rib chiqamiz.
Tezlashtirish tushunchasi
Jism fazoda harakat qilganda, ma'lum vaqt oralig'ida u ma'lum bir yo'lni bosib o'tadi, bu traektoriya uzunligi. Ushbu yo'lni hisoblash uchun biz tezlik va tezlanish tushunchalaridan foydalanamiz.
Tezlik jismoniy miqdor sifatida bosib o'tilgan masofani o'zgartirish vaqtidagi tezlikni tavsiflaydi. Tezlik tana harakati yo'nalishi bo'yicha traektoriyaga tangensial yo'naltiriladi.
Tezlashtirish biroz murakkabroq miqdordir. Muxtasar qilib aytganda, u ma'lum bir vaqtning o'zida tezlikning o'zgarishini tavsiflaydi. Matematika quyidagicha ko'rinadi:
Bu formulani aniqroq tushunish uchun oddiy misol keltiramiz: deylik, harakatning 1 soniyasida tananing tezligi 1 m/s ga oshdi. Yuqoridagi ifodaga almashtirilgan bu raqamlar natijaga olib keladi: bu soniya davomida tananing tezlashishi 1 m / s 2 ga teng edi.
Tezlanish yo'nalishi tezlik yo'nalishiga mutlaqo bog'liq emas. Uning vektori bu tezlanishni keltirib chiqaradigan kuch vektoriga to'g'ri keladi.
Tezlashtirishning yuqoridagi ta'rifida muhim bir narsani ta'kidlash kerak. Bu qiymat nafaqat tezlikni kattalikda, balki yo'nalishda ham o'zgarishini tavsiflaydi. Oxirgi fakt egri chiziqli harakatda e'tiborga olinishi kerak. Keyinchalik maqolada faqat to'g'ri chiziqli harakat ko'rib chiqiladi.
Doimiy tezlanish bilan harakatlanayotganda tezlik
Harakat paytida o'zining kattaligi va yo'nalishini saqlab tursa, tezlanish doimiy bo'ladi. Bunday harakat bir xil tezlashtirilgan yoki bir xil sekinlashtirilgan deb ataladi - bularning barchasi tezlanish tezlikni oshirishga yoki tezlikni pasayishiga bog'liq.
Jism doimiy tezlanish bilan harakatlanayotganda tezlikni quyidagi formulalardan biri yordamida aniqlash mumkin:
Birinchi ikkita tenglama bir tekis tezlashtirilgan harakatni tavsiflaydi. Ularning orasidagi farq shundaki, ikkinchi ifoda nolga teng bo'lmagan boshlang'ich tezlik holati uchun qo'llaniladi.
Uchinchi tenglama doimiy tezlanish bilan bir tekis sekin harakat tezligining ifodasidir. Tezlashtirish tezlikka qarshi qaratilgan.
Har uchala v(t) funksiyaning grafiklari to‘g‘ri chiziqlardir. Birinchi ikki holatda to'g'ri chiziqlar x o'qiga nisbatan musbat qiyalikka ega, uchinchi holatda esa bu qiyalik manfiydir.
Bosib o'tgan masofa uchun formulalar
Doimiy tezlanish (tezlanish a = const) bo'lgan harakat holatidagi yo'l uchun vaqt bo'yicha tezlikning integralini hisoblasangiz, formulalarni olish qiyin emas. Yuqorida yozilgan uchta tenglama uchun ushbu matematik amalni bajarib, L yo'li uchun quyidagi ifodalarni olamiz:
L = v 0 *t + a*t 2 /2;
L = v 0 *t - a*t 2 /2.
Barcha uchta yo'l funktsiyasining vaqtga nisbatan grafiklari paraboladir. Birinchi ikki holatda parabolaning o'ng shoxchasi kattalashadi va uchinchi funktsiya uchun u asta-sekin ma'lum bir konstantaga etadi, bu esa tana to'liq to'xtaguncha bosib o'tgan masofaga to'g'ri keladi.
Muammoning yechimi
30 km/soat tezlikda harakatlanayotgan mashina tezlasha boshladi. 30 soniyada u 600 metr masofani bosib o‘tdi. Mashinaning tezlashishi qanday edi?
Avvalo, boshlang'ich tezlikni km/soatdan m/s ga aylantiramiz:
v 0 = 30 km/soat = 30000/3600 = 8,333 m/s.
Endi harakat tenglamasini yozamiz:
L = v 0 *t + a*t 2 /2.
Ushbu tenglikdan biz tezlanishni ifodalaymiz, biz quyidagilarni olamiz:
a = 2*(L - v 0 *t)/t 2.
Bu tenglamadagi barcha fizik miqdorlar muammo shartlaridan ma'lum. Biz ularni formulaga almashtiramiz va javobni olamiz: a ≈ 0,78 m/s 2 . Shunday qilib, doimiy tezlanish bilan harakatlanayotgan avtomobil har soniyada tezligini 0,78 m/s ga oshirdi.
Keling, (o'yin-kulgi uchun) 30 soniya tezlashtirilgan harakatdan keyin qanday tezlikni qo'lga kiritganini hisoblab chiqamiz:
v = v 0 + a*t = 8,333 + 0,78*30 = 31,733 m/s.
Natijada tezlik 114,2 km/soatni tashkil etadi.
Doimiy tezlanishga ega bo'lgan to'g'ri chiziqli harakat, agar tezlik moduli vaqt o'tishi bilan ortib borsa, bir xil tezlashtirilgan yoki pasayganda bir xil sekinlashtirilgan deyiladi.
Tezlashtirilgan harakatga misol qilib, past binoning balkonidan tushgan gul idishi bo'lishi mumkin. Kuzning boshida qozon tezligi nolga teng, biroq bir necha soniya ichida u o'nlab m / s gacha ko'tarilishga muvaffaq bo'ladi. Sekin harakatga misol qilib vertikal yuqoriga tashlangan toshning harakatini keltirish mumkin, uning tezligi dastlab yuqori bo'ladi, lekin keyinchalik traektoriyaning yuqori nuqtasida asta-sekin nolga tushadi. Agar havo qarshiligi kuchini e'tiborsiz qoldiradigan bo'lsak, bu ikkala holatda ham tezlashuv bir xil bo'ladi va har doim vertikal pastga yo'naltirilgan, g harfi bilan belgilanadigan va taxminan 9,8 m / s2 ga teng bo'lgan erkin tushish tezlashishiga teng bo'ladi. .
Gravitatsiya ta'sirida tezlanish, g, Yerning tortishish kuchidan kelib chiqadi. Bu kuch barcha jismlarning yerga qarab harakatlanishini tezlashtiradi va undan uzoqlashayotganlarni sekinlashtiradi.
Bu erda v - tananing t vaqtidagi tezligi, oddiy o'zgarishlardan so'ng, biz qaerdan olamiz uchun tenglama doimiy tezlanish bilan harakatlanayotganda tezlik: v = v0 + at
8. Doimiy tezlanishli harakat tenglamalari.
Doimiy tezlanishli chiziqli harakat paytida tezlik tenglamasini topish uchun t=0 vaqtda jismning v0 boshlang‘ich tezligi bo‘lgan deb faraz qilamiz. Tezlanish a doimiy bo'lgani uchun quyidagi tenglama har qanday t vaqti uchun amal qiladi:
Bu erda v - tananing t vaqtdagi tezligi, bu erdan oddiy o'zgarishlardan so'ng, doimiy tezlanish bilan harakatlanish tezligi uchun tenglamani olamiz: v = v0 + at
Doimiy tezlanishga ega boʻlgan toʻgʻri chiziqli harakatda bosib oʻtgan yoʻl tenglamasini olish uchun avvalo tezlikning vaqtga nisbatan grafigini tuzamiz (5.1). a>0 uchun bu bog'liqlikning grafigi 5-rasmda chap tomonda ko'rsatilgan (ko'k to'g'ri chiziq). §3da aniqlaganimizdek, t vaqt davomida bajarilgan harakatni t=0 va t momentlari orasidagi tezlik va vaqt egri chizig'i ostidagi maydonni hisoblash yo'li bilan aniqlash mumkin. Bizning holatda, t = 0 va t ikkita vertikal chiziqlar bilan chegaralangan egri chiziq ostidagi rasm OABC trapezoididir, uning maydoni S, ma'lumki, uzunliklarning yarmi yig'indisining ko'paytmasiga teng. OA va CB asoslari va OC balandligi:
5-rasmda ko'rinib turibdiki, OA = v0, CB = v0 + at va OC = t. Ushbu qiymatlarni (5.2) ga almashtirib, v0 boshlang'ich tezlikda doimiy tezlanish a bilan to'g'ri chiziqli harakat paytida t vaqtida amalga oshirilgan S siljishi uchun quyidagi tenglamani olamiz:
Formula (5.3) nafaqat tezlanishi a>0 bo'lgan harakat uchun, balki a bo'lgan hollarda ham amal qilishini ko'rsatish oson.<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. Jismlarning erkin tushishi. Gravitatsiya ta'sirida doimiy tezlanishga ega bo'lgan harakat.
Jismlarning erkin tushishi - havo qarshiligi bo'lmaganda (vakuumda) jismlarning Yerga tushishi.
Jismlarning Yerga tushishi tezlashishi tortishish tezlashishi deyiladi. Erkin tushish tezlashuvi vektori belgi bilan ko'rsatilgan, u vertikal pastga yo'naltirilgan. Yer sharining turli nuqtalarida geografik kenglik va dengiz sathidan balandlikka qarab g ning son qiymati bir xil emas, qutblarda taxminan 9,83 m/s2 dan ekvatorda 9,78 m/s2 gacha oʻzgarib turadi. Moskva kengligida g = 9,81523 m/s2. Odatda, agar hisob-kitoblarda yuqori aniqlik talab etilmasa, u holda g ning Yer yuzasidagi son qiymati 9,8 m/s2 yoki hatto 10 m/s2 ga teng qabul qilinadi.
Erkin tushishning oddiy misoli jismning ma'lum h balandlikdan boshlang'ich tezligisiz yiqilishidir. Erkin tushish - doimiy tezlanishga ega chiziqli harakat.
Ideal erkin tushish faqat havo qarshiligi bo'lmagan vakuumdagina mumkin bo'lib, massasi, zichligi va shaklidan qat'i nazar, barcha jismlar bir xil tez tushadi, ya'ni vaqtning istalgan momentida jismlar bir xil oniy tezlik va tezlanishlarga ega.
Bir tekis tezlashtirilgan harakat uchun barcha formulalar erkin tushayotgan jismlarga tegishli.
Jismning istalgan vaqtda erkin tushishi tezligining kattaligi:
tana harakati:
Bunda bir xil tezlashtirilgan harakat formulalariga a tezlanish o'rniga g = 9,8 m/s2 tortishish tezlanishi kiritiladi.
10. Jismlarning harakati. QATTIQ Jismning OLGGA HARAKATI
Qattiq jismning translatsiya harakati shunday harakatki, bunda jism bilan doimo bog'langan har bir to'g'ri chiziq o'ziga parallel ravishda harakatlanadi. Buning uchun tanaga bog'langan ikkita parallel bo'lmagan chiziq o'zlariga parallel ravishda harakatlanishi kifoya. Tarjima harakati paytida tananing barcha nuqtalari bir xil, parallel traektoriyalarni tasvirlaydi va istalgan vaqtda bir xil tezlik va tezlanishlarga ega. Shunday qilib, jismning translatsiya harakati uning O nuqtalaridan birining harakati bilan aniqlanadi.
Umumiy holda, translatsiya harakati uch o'lchovli fazoda sodir bo'ladi, lekin uning asosiy xususiyati - har qanday segmentning o'ziga parallelligini saqlab qolish - o'z kuchida qoladi.
Masalan, lift vagoni oldinga siljiydi. Bundan tashqari, birinchi taxminga ko'ra, Ferris g'ildiragi kabinasi tarjima harakatini amalga oshiradi. Biroq, qat'iy aytganda, Ferris g'ildiragi kabinasining harakatini progressiv deb hisoblash mumkin emas. Agar jism translatsion harakat qilsa, uning harakatini tasvirlash uchun ixtiyoriy nuqtaning harakatini tasvirlash kifoya (masalan, tananing massa markazining harakati).
Agar yopiq mexanik tizimni tashkil etuvchi jismlar bir-biri bilan faqat tortishish va elastiklik kuchlari orqali o'zaro ta'sir qilsa, u holda bu kuchlarning ishi qarama-qarshi belgi bilan olingan jismlarning potentsial energiyasining o'zgarishiga teng bo'ladi: A = –(E r2 – E r1).
Kinetik energiya teoremasiga ko'ra, bu ish jismlarning kinetik energiyasining o'zgarishiga teng
Shuning uchun
Yoki E k 1 + E p 1 = E k 2 + E p 2.
Yopiq tizimni tashkil etuvchi va bir-biri bilan tortishish va elastik kuchlar orqali o'zaro ta'sir qiluvchi jismlarning kinetik va potentsial energiyasi yig'indisi o'zgarishsiz qoladi.
Bu gap mexanik jarayonlarda energiyaning saqlanish qonunini ifodalaydi. Bu Nyuton qonunlarining natijasidir. E = E k + E p yig'indisi umumiy mexanik energiya deb ataladi. Mexanik energiyaning saqlanish qonuni faqat yopiq sistemadagi jismlar bir-biri bilan konservativ kuchlar, ya'ni potensial energiya tushunchasini kiritish mumkin bo'lgan kuchlar orqali o'zaro ta'sir qilganda qondiriladi.
Yopiq jismlar tizimining mexanik energiyasi, agar bu jismlar o'rtasida faqat konservativ kuchlar harakat qilsa, o'zgarmaydi. Konservativ kuchlar - bu har qanday yopiq traektoriya bo'ylab ishi nolga teng bo'lgan kuchlar. Gravitatsiya konservativ kuchlardan biridir.
Haqiqiy sharoitda harakatlanuvchi jismlarga deyarli har doim tortishish kuchlari, elastik kuchlar va boshqa konservativ kuchlar bilan birga ishqalanish kuchlari yoki atrof-muhitga qarshilik kuchlari ta'sir qiladi.
Ishqalanish kuchi konservativ emas. Ishqalanish kuchi bajargan ish yo'lning uzunligiga bog'liq.
Yopiq tizimni tashkil etuvchi jismlar o'rtasida ishqalanish kuchlari ta'sir etsa, mexanik energiya saqlanmaydi. Mexanik energiyaning bir qismi jismlarning ichki energiyasiga aylanadi (isitish).
Har qanday jismoniy o'zaro ta'sirlar paytida energiya paydo bo'lmaydi va yo'qolmaydi. U faqat bir shakldan boshqasiga o'zgaradi.
Energiyaning saqlanish va o'zgarishi qonunining oqibatlaridan biri bu "abadiy harakat mashinasi" (abadiy mobil) - energiya iste'mol qilmasdan cheksiz ishlay oladigan mashinani yaratishning mumkin emasligi haqidagi bayonotdir.
Tarix juda ko'p "abadiy harakat" loyihalarini saqlaydi. Ulardan ba'zilarida "ixtirochi" ning xatolari aniq, boshqalarida bu xatolar qurilmaning murakkab dizayni bilan niqoblangan va bu mashina nima uchun ishlamasligini tushunish juda qiyin bo'lishi mumkin. Bizning davrimizda "abadiy harakat mashinasi" ni yaratish bo'yicha samarasiz urinishlar davom etmoqda. Bu urinishlarning barchasi muvaffaqiyatsizlikka uchraydi, chunki energiyani saqlash va aylantirish qonuni energiya sarflamasdan ishlashni "taqiqlaydi".
31. Molekulyar kinetik nazariyaning asosiy tamoyillari va ularning asoslanishi.
Barcha jismlar bo'shliqlar bilan ajratilgan, tasodifiy harakatlanadigan va bir-biri bilan o'zaro ta'sir qiluvchi molekulalar, atomlar va elementar zarralardan iborat.
Kinematika va dinamika bizga jismning harakatini tasvirlash va bu harakatni keltirib chiqaradigan kuchni aniqlashga yordam beradi. Biroq, mexanik ko'p savollarga javob bera olmaydi. Masalan, jismlar nimadan yasalgan? Nima uchun ko'p moddalar qizdirilganda suyuq bo'lib, keyin bug'lanadi? Va umuman olganda, harorat va issiqlik nima?
Qadimgi yunon faylasufi Demokrit 25 asr oldin shu kabi savollarga javob berishga harakat qilgan. U hech qanday tajriba o'tkazmasdan, jismlar bizga faqat qattiqdek tuyuladi, lekin aslida ular bo'shliq bilan ajratilgan mayda zarralardan iborat degan xulosaga keldi. Bu zarralarni maydalash mumkin emasligini hisobga olib, Demokrit ularni atomlar deb atadi, bu yunon tilidan tarjima qilinganda bo'linmas degan ma'noni anglatadi. U, shuningdek, atomlar har xil bo'lishi va doimiy harakatda bo'lishi mumkin, deb taklif qildi, lekin biz buni ko'rmayapmiz, chunki ular juda kichik.
M.V. molekulyar kinetik nazariyaning rivojlanishiga katta hissa qoʻshdi. Lomonosov. Lomonosov birinchi bo'lib issiqlik tanadagi atomlarning harakatini aks ettiradi, degan fikrni ilgari surdi. Bundan tashqari, u oddiy va murakkab moddalar tushunchasini kiritdi, ularning molekulalari mos ravishda bir xil va turli atomlardan iborat.
Molekulyar fizika yoki molekulyar kinetik nazariya moddaning tuzilishi haqidagi ma'lum g'oyalarga asoslanadi
Shunday qilib, moddaning tuzilishining atom nazariyasiga ko'ra, moddaning barcha kimyoviy xossalarini saqlaydigan eng kichik zarrasi molekuladir. Minglab atomlardan tashkil topgan yirik molekulalar ham shunchalik kichikki, ularni yorug'lik mikroskopi bilan ko'rib bo'lmaydi. Ko'pgina tajribalar va nazariy hisob-kitoblar atomlarning o'lchamlari taxminan 10 -10 m ekanligini ko'rsatadi.Molekulaning o'lchami uning nechta atomdan iboratligi va ularning bir-biriga nisbatan qanday joylashishiga bog'liq.
Molekulyar kinetik nazariya kimyoviy moddalarning eng kichik zarralari sifatida atomlar va molekulalarning mavjudligi haqidagi g'oyaga asoslangan moddaning tuzilishi va xususiyatlarini o'rganadi.
Molekulyar kinetik nazariya uchta asosiy tamoyilga asoslanadi:
1. Barcha moddalar - suyuq, qattiq va gazsimon eng kichik zarrachalar - molekulalardan hosil bo'lib, ular o'zlari atomlardan ("elementar molekulalar") iborat. Kimyoviy moddaning molekulalari oddiy yoki murakkab bo'lishi mumkin, ya'ni. bir yoki bir nechta atomlardan iborat. Molekulalar va atomlar elektr neytral zarralardir. Muayyan sharoitlarda molekulalar va atomlar qo'shimcha elektr zaryadiga ega bo'lib, ijobiy yoki manfiy ionlarga aylanishi mumkin.
2. Atomlar va molekulalar uzluksiz xaotik harakatda.
3. Zarrachalar bir-biri bilan elektr tabiatiga ega bo'lgan kuchlar bilan o'zaro ta'sir qiladi. Zarrachalar orasidagi tortishish o'zaro ta'siri ahamiyatsiz.
Atomlar va molekulalarning tasodifiy harakati haqidagi molekulyar kinetik nazariya g'oyalarining eng yorqin eksperimental tasdig'i Broun harakatidir. Bu suyuqlik yoki gazda to'xtatilgan mayda mikroskopik zarralarning termal harakati. Uni 1827 yilda ingliz botanigi R. Braun kashf etgan. Broun zarralari molekulalarning tasodifiy ta'siri ostida harakatlanadi. Molekulalarning xaotik issiqlik harakati tufayli bu ta'sirlar hech qachon bir-birini muvozanatlashtirmaydi. Natijada, Broun zarrasining tezligi kattaligi va yo'nalishi bo'yicha tasodifiy o'zgaradi va uning traektoriyasi murakkab zigzag egri chiziqdir.
Modda molekulalarining doimiy xaotik harakati boshqa oson kuzatiladigan hodisa - diffuziyada ham namoyon bo'ladi. Diffuziya ikki yoki undan ortiq aloqa qiluvchi moddalarning bir-biriga kirib borishi hodisasidir. Jarayon gazda eng tez sodir bo'ladi.
Molekulalarning tasodifiy xaotik harakati issiqlik harakati deyiladi. Issiqlik harakatining kinetik energiyasi harorat oshishi bilan ortadi.
Mol - 0,012 kg uglerodda atomlar bo'lganidek, bir xil miqdordagi zarrachalar (molekulalar) bo'lgan moddalar miqdori 12 C. Uglerod molekulasi bitta atomdan iborat.
32. Molekulalarning massasi, molekulalarning nisbiy molekulyar massasi. 33. Molekulalarning molyar massasi. 34. Moddaning miqdori. 35. Avogadro doimiysi.
Molekulyar kinetik nazariyada moddaning miqdori zarrachalar soniga proporsional deb hisoblanadi. Moddaning miqdor birligiga mol (mol) deyiladi.
Mol - 0,012 kg (12 g) uglerod 12 S tarkibida atomlar bo'lganidek, bir xil miqdordagi zarrachalar (molekulalar) bo'lgan modda miqdori. Uglerod molekulasi bitta atomdan iborat.
Bir mol moddada Avogadro doimiysiga teng molekulalar yoki atomlar soni mavjud.
Shunday qilib, har qanday moddaning bir molida bir xil miqdordagi zarrachalar (molekulalar) mavjud. Bu son Avogadro doimiysi N A deyiladi: N A = 6,02·10 23 mol –1.
Avogadro doimiysi molekulyar kinetik nazariyaning eng muhim konstantalaridan biridir.
n moddaning miqdori moddaning N zarrachalari (molekulalari) sonining Avogadro konstantasi N A ga nisbati sifatida aniqlanadi:
Molyar massa, M - moddaning berilgan namunasi m massasining undagi moddaning n miqdoriga nisbati:
bir mol miqdorida olingan moddaning massasiga son jihatdan teng. SI tizimidagi molyar massa kg/mol bilan ifodalanadi.
Shunday qilib, moddaning nisbiy molekulyar yoki atom massasi uning molekulasi va atomi massasining uglerod atomi massasining 1/12 qismiga nisbati hisoblanadi.
36. Braun harakati.
Ko'pgina tabiat hodisalari mikrozarralar, molekulalar va moddalar atomlarining tartibsiz harakatini ko'rsatadi. Moddaning harorati qanchalik baland bo'lsa, bu harakat shunchalik kuchli bo'ladi. Demak, jismning issiqligi uni tashkil etuvchi molekulalar va atomlarning tasodifiy harakatining aksidir.
Moddaning barcha atomlari va molekulalari doimiy va tasodifiy harakatda ekanligining isboti diffuziya bo'lishi mumkin - bir moddaning zarrachalarining boshqasiga o'tishi.
Shunday qilib, havo harakati bo'lmasa ham, hid tezda xona bo'ylab tarqaladi. Bir tomchi siyoh tezda butun stakan suvni bir xilda qora rangga aylantiradi.
Diffuziyani qattiq jismlarda ham aniqlash mumkin, agar ular bir-biriga mahkam bosilib, uzoq vaqt qoldirilgan bo'lsa. Diffuziya hodisasi moddaning mikrozarralari barcha yo'nalishlarda o'z-o'zidan harakatlanishga qodir ekanligini ko'rsatadi. Moddaning mikrozarralari, shuningdek uning molekulalari va atomlarining bunday harakati issiqlik harakati deyiladi.
BROWNIAN HARAKATI - suyuqlik yoki gazda muallaq turgan mayda zarrachalarning atrof-muhit molekulalari ta'sirida sodir bo'ladigan tasodifiy harakati; 1827 yilda R. Braun tomonidan kashf etilgan
Kuzatishlar shuni ko'rsatadiki, Braun harakati hech qachon to'xtamaydi. Bir tomchi suvda (agar siz uni quritishga yo'l qo'ymasangiz) donalarning harakati ko'p kunlar, oylar, yillar davomida kuzatilishi mumkin. Yozda ham, qishda ham, kunduzi ham, kechasi ham to'xtamaydi.
Braun harakatining sababi qattiq jismning donalari joylashgan suyuqlik molekulalarining uzluksiz, hech qachon tugamaydigan harakatidadir. Albatta, bu donalar molekulalarning o'zidan bir necha marta kattaroqdir va biz mikroskop ostida donalarning harakatini ko'rganimizda, biz molekulalarning harakatini ko'rmoqdamiz deb o'ylamasligimiz kerak. Molekulalarni oddiy mikroskop bilan ko'rib bo'lmaydi, lekin biz ularning mavjudligi va harakatini ular ishlab chiqaradigan, qattiq jismning donalarini itarib, harakatga keltiradigan ta'sirlari orqali baholay olamiz.
Braun harakatining kashf etilishi materiya tuzilishini o'rganish uchun katta ahamiyatga ega edi. Bu jismlar haqiqatan ham alohida zarralar - molekulalardan iborat ekanligini va molekulalar uzluksiz tasodifiy harakatda ekanligini ko'rsatdi.
Broun harakatining tushuntirishi faqat 19-asrning so'nggi choragida berilgan, o'shanda ko'plab olimlar Braun zarrasining harakati issiqlik harakatini boshdan kechirayotgan muhit (suyuqlik yoki gaz) molekulalarining tasodifiy ta'siridan kelib chiqqanligi aniq bo'lgan. O'rtacha, muhit molekulalari Broun zarrachasini barcha yo'nalishlardan teng kuch bilan ta'sir qiladi, ammo bu ta'sirlar hech qachon bir-birini to'liq bekor qilmaydi va natijada Broun zarrasining tezligi kattaligi va yo'nalishi bo'yicha tasodifiy o'zgaradi. Shuning uchun, Broun zarrasi zigzag yo'li bo'ylab harakatlanadi. Bundan tashqari, Broun zarrasining hajmi va massasi qanchalik kichik bo'lsa, uning harakati shunchalik sezilarli bo'ladi.
Shunday qilib, Braun harakati tahlili materiya tuzilishining zamonaviy molekulyar kinetik nazariyasiga asos soldi.
37. Molekulalar orasidagi o'zaro ta'sir kuchlari. 38. Gazsimon moddalarning tuzilishi. 39. Suyuq moddalarning tuzilishi. 40. Qattiq jismlarning tuzilishi.
Molekulalar orasidagi masofa va ular orasidagi ta'sir qiluvchi kuchlar gazsimon, suyuq va qattiq jismlarning xossalarini aniqlaydi.
Biz suyuqlikni bir idishdan ikkinchisiga quyish mumkinligiga o'rganib qolganmiz va gaz tezda unga berilgan butun hajmni to'ldiradi. Suv faqat daryo bo'ylab oqishi mumkin va uning ustidagi havo chegara bilmaydi.
Barcha molekulalar o'rtasida molekulalararo tortishish kuchlari mavjud bo'lib, ularning kattaligi molekulalar bir-biridan uzoqlashganda juda tez kamayadi va shuning uchun bir necha molekulyar diametrga teng masofada ular umuman o'zaro ta'sir qilmaydi.
Shunday qilib, bir-biriga deyarli yaqin joylashgan suyuqlik molekulalari o'rtasida jozibador kuchlar harakat qiladi, bu molekulalarning turli yo'nalishlarda tarqalishini oldini oladi. Aksincha, gaz molekulalari orasidagi ahamiyatsiz tortishish kuchlari ularni birlashtira olmaydi va shuning uchun gazlar kengayib, ularga berilgan butun hajmni to'ldirishi mumkin. Molekulalararo jozibador kuchlarning mavjudligini oddiy tajriba o'tkazish orqali tekshirish mumkin - ikkita qo'rg'oshinni bir-biriga bosish. Agar aloqa yuzalari etarlicha silliq bo'lsa, barlar bir-biriga yopishadi va ularni ajratish qiyin bo'ladi.
Biroq, molekulalararo tortishish kuchlarining o'zi gazsimon, suyuq va qattiq moddalar xossalari o'rtasidagi barcha farqlarni tushuntirib bera olmaydi. Nima uchun, masalan, suyuqlik yoki qattiq jismning hajmini kamaytirish juda qiyin, lekin balonni siqish nisbatan oson? Bu molekulalar o'rtasida nafaqat jozibador kuchlar, balki qo'shni molekulalar atomlarining elektron qobig'i bir-birining ustiga chiqa boshlaganda ta'sir qiluvchi molekulalararo itarish kuchlari ham mavjudligi bilan izohlanadi. Aynan shu itaruvchi kuchlar bir molekulaning boshqa molekula egallab turgan hajmga kirishiga to'sqinlik qiladi.
Suyuq yoki qattiq jismga tashqi kuchlar ta'sir qilmasa, ularning molekulalari orasidagi masofa shunday bo'ladiki, natijada tortishish va itarilish kuchlari nolga teng bo'ladi. Agar siz tananing hajmini kamaytirishga harakat qilsangiz, molekulalar orasidagi masofa kamayadi va natijada kuchaygan itaruvchi kuchlar siqilgan tananing yonidan harakat qila boshlaydi. Aksincha, jism cho'zilganida, paydo bo'ladigan elastik kuchlar tortishish kuchlarining nisbiy ortishi bilan bog'liq, chunki Molekulalar bir-biridan uzoqlashganda itaruvchi kuchlar jozibador kuchlarga qaraganda ancha tez tushadi.
Gaz molekulalari o'z o'lchamlaridan o'nlab marta kattaroq masofada joylashgan, buning natijasida bu molekulalar bir-biri bilan o'zaro ta'sir qilmaydi va shuning uchun gazlar suyuqlik va qattiq moddalarga qaraganda ancha oson siqiladi. Gazlar o'ziga xos tuzilishga ega emas va harakatlanuvchi va to'qnashuvchi molekulalar yig'indisidir.
Suyuqlik deyarli bir-biriga yaqin joylashgan molekulalar to'plamidir. Issiqlik harakati suyuqlik molekulasiga qo'shnilarini vaqti-vaqti bilan o'zgartirishga, bir joydan ikkinchi joyga sakrashga imkon beradi. Bu suyuqliklarning suyuqligini tushuntiradi.
Qattiq jismlarning atomlari va molekulalari qo'shnilarini o'zgartirish qobiliyatidan mahrum va ularning issiqlik harakati qo'shni atomlar yoki molekulalarning holatiga nisbatan faqat kichik tebranishlardir. Atomlar o'rtasidagi o'zaro ta'sir qattiq jismning kristalga aylanishiga va undagi atomlarning kristall panjara joylarida joylashishiga olib kelishi mumkin. Qattiq jismlarning molekulalari qo'shnilariga nisbatan harakat qilmagani uchun bu jismlar o'z shakllarini saqlab qoladi.
41. Molekulyar kinetik nazariyada ideal gaz.
Ideal gaz - molekulalar orasidagi o'zaro ta'sirlar e'tiborga olinmaydigan noyob gazning modeli. Molekulalar orasidagi o'zaro ta'sir kuchlari juda murakkab. Juda qisqa masofalarda, molekulalar bir-biriga yaqinlashganda, ular o'rtasida katta itaruvchi kuchlar ta'sir qiladi. Molekulalar orasidagi katta yoki oraliq masofalarda nisbatan kuchsiz jozibador kuchlar harakat qiladi. Agar molekulalar orasidagi masofalar o'rtacha katta bo'lsa, bu juda kam uchraydigan gazda kuzatilgan bo'lsa, u holda o'zaro ta'sir molekulalarning bir-biriga yaqin uchib o'tganda nisbatan kam uchraydigan to'qnashuvi shaklida namoyon bo'ladi. Ideal gazda molekulalarning o'zaro ta'siri butunlay e'tiborga olinmaydi.
42. Molekulyar kinetik nazariyada gaz bosimi.
Ideal gaz - molekulalar orasidagi o'zaro ta'sirlar e'tiborga olinmaydigan noyob gazning modeli.
Ideal gazning bosimi molekulalar konsentratsiyasi va ularning o'rtacha kinetik energiyasi mahsulotiga proportsionaldir.
Gaz bizni har tomondan o'rab oladi. Yerning istalgan nuqtasida, hatto suv ostida ham biz atmosferaning bir qismini olib yuramiz, uning pastki qatlamlari yuqoridan tortishish ta'sirida siqiladi. Shuning uchun, atmosfera bosimini o'lchash orqali biz yuqorida nima sodir bo'layotganini hukm qilishimiz va ob-havoni bashorat qilishimiz mumkin.
43. Ideal gaz molekulalarining kvadrat tezligining o'rtacha qiymati.
44. Gazning molekulyar-kinetik nazariyasining asosiy tenglamasini chiqarish. 45. Gaz molekulalarining bosimi va o'rtacha kinetik energiyasiga bog'liq formulani chiqarish.
Berilgan sirt maydonidagi bosim p - bu sirtga perpendikulyar bo'lgan F kuchning uning berilgan maydonining S maydoniga nisbati.
SI bosim birligi Paskal (Pa). 1 Pa = 1 N/m2.
m0 massali molekula orqaga qaytgan sirtga ta’sir qiladigan F kuchni topamiz. Bir sirtdan aks ettirilganda, Dt vaqt oralig'ida, bu sirtga perpendikulyar bo'lgan molekula tezligining komponenti vy, teskari (-vy) ga o'zgaradi. Shuning uchun, sirtdan aks ettirilganda, molekula 2m0vy impulsga ega bo'ladi va shuning uchun Nyutonning uchinchi qonuniga ko'ra, 2m0vy = FDt, undan:
Formula (22.2) Dt oralig'ida bitta gaz molekulasi idish devoriga bosadigan kuchni hisoblash imkonini beradi. Gaz bosimining o'rtacha kuchini aniqlash uchun, masalan, bir soniyada, S maydonning sirtidan soniyada qancha molekula aks etishini topish kerak, shuningdek, o'rtacha tezlikni bilish kerak v. ma'lum sirt yo'nalishi bo'yicha harakatlanadigan molekulalarning.
Gaz hajmi birligida n ta molekula bo'lsin. Barcha gaz molekulalari bir xil tezlikda harakat qiladi, deb faraz qilib, vazifamizni soddalashtiramiz, v. Bunday holda, barcha molekulalarning 1/3 qismi Ox o'qi bo'ylab, bir xil miqdordagi Oy va Oz o'qi bo'ylab harakatlanadi (22c-rasmga qarang). Oy o'qi bo'ylab harakatlanadigan molekulalarning yarmi C devoriga, qolganlari esa teskari yo'nalishda harakat qilsin. Shunda, aniqki, S devoriga shoshilayotgan birlik hajmdagi molekulalar soni n/6 bo'ladi.
Endi bir soniyada S maydonining sirt maydoniga (22c-rasmda soyali) urilgan molekulalar sonini topamiz. Shubhasiz, 1 soniyada unga qarab harakatlanadigan va v dan katta bo'lmagan masofada joylashgan molekulalar devorga etib borishga ulgurishadi. Shunday qilib, shaklda ta'kidlangan to'rtburchaklar parallelepipedda joylashgan barcha molekulalarning 1/6 qismi sirtning ushbu maydoniga tushadi. 22c, uzunligi v, so'nggi yuzlarining maydoni S. Ushbu parallelepipedning hajmi Sv bo'lganligi sababli, devor yuzasining bir qismiga 1 s ichida urilgan molekulalarning umumiy soni N ga teng bo'ladi. :
(22.2) va (22.3) dan foydalanib, biz 1 soniya ichida gaz molekulalariga S maydon devorining bir qismini bergan impulsni hisoblashimiz mumkin. Bu impuls son jihatdan gaz bosimi kuchiga, F ga teng bo'ladi:
shuning uchun (22.1) dan foydalanib, gaz bosimi va uning molekulalarining translatsiya harakatining o'rtacha kinetik energiyasi bilan bog'liq quyidagi ifodani olamiz:
Bu erda E CP - ideal gaz molekulalarining o'rtacha kinetik energiyasi. Formula (22.4) gazlarning molekulyar-kinetik nazariyasining asosiy tenglamasi deb ataladi.
46. Issiqlik muvozanati. 47. Harorat. Harorat o'zgarishi. 48. Haroratni o'lchash uchun asboblar.
Jismlar orasidagi issiqlik muvozanati faqat ularning harorati bir xil bo'lganda mumkin.
Har qanday ob'ektni qo'l bilan tegizish orqali biz uning issiq yoki sovuq ekanligini osongina aniqlashimiz mumkin. Agar biror narsaning harorati qo'lning haroratidan past bo'lsa, ob'ekt sovuq ko'rinadi va aksincha, issiq ko'rinadi. Agar siz sovuq tangani mushtingizga tutsangiz, qo'lning issiqligi tangani qizdira boshlaydi va bir muncha vaqt o'tgach, uning harorati qo'lning haroratiga teng bo'ladi yoki ular aytganidek, issiqlik muvozanati paydo bo'ladi. Shuning uchun harorat bir xil haroratga ega bo'lgan ikki yoki undan ortiq jismlar tizimining termal muvozanat holatini tavsiflaydi.
Harorat, gaz hajmi va bosimi bilan birga, makroskopik parametrlardir. Termometrlar haroratni o'lchash uchun ishlatiladi. Ulardan ba'zilari qizdirilganda suyuqlik hajmining o'zgarishini qayd etadi, boshqalari elektr qarshiligining o'zgarishini qayd etadi va hokazo. Eng keng tarqalgani shved fizigi A. Tselsiy nomi bilan atalgan Tselsiy bo'yicha harorat shkalasi. Suyuq termometr uchun Tselsiy bo'yicha harorat shkalasini olish uchun u birinchi navbatda erigan muzga botiriladi va ustun uchining holati qayd etiladi, keyin esa qaynoq suvda. Ustunning bu ikki pozitsiyasi orasidagi segment muzning erish harorati nol daraja Selsiy (o C) ga, qaynayotgan suvning harorati esa 100 o C ga to'g'ri keladi deb hisoblab, 100 ta teng qismga bo'linadi.
49. Issiqlik muvozanatidagi gaz molekulalarining o'rtacha kinetik energiyasi.
Molekulyar kinetik nazariyaning asosiy tenglamasi (22.4) gaz bosimi, molekulalarning konsentratsiyasi va ularning o'rtacha kinetik energiyasi bilan bog'liq. Biroq, molekulalarning o'rtacha kinetik energiyasi, qoida tariqasida, noma'lum, garchi ko'plab tajribalar natijalari haroratning oshishi bilan molekulalarning tezligi ortib borishini ko'rsatadi (masalan, 20-banddagi Braun harakati). Gaz molekulalarining o'rtacha kinetik energiyasining uning haroratiga bog'liqligini fransuz fizigi J. Sharl 1787 yilda kashf etgan qonundan olish mumkin.
50. Issiqlik muvozanat holatidagi gazlar (tajribani tasvirlab bering).
51. Mutlaq harorat. 52. Absolyut harorat shkalasi. 53. Harorat - molekulalarning o'rtacha kinetik energiyasining o'lchovidir.
Gaz molekulalarining o'rtacha kinetik energiyasining uning haroratiga bog'liqligini fransuz fizigi J. Sharl 1787 yilda kashf etgan qonundan olish mumkin.
Charlz qonuniga ko'ra, agar berilgan gaz massasining hajmi o'zgarmasa, uning bosimi pt t haroratga chiziqli bog'liq:
bu erda t - o C da o'lchangan gaz harorati va p 0 - 0 o C haroratda gaz bosimi (23b-rasmga qarang). Shunday qilib, Charlz qonunidan kelib chiqadiki, doimiy hajmni egallagan gazning bosimi yig'indiga (t + 273 o C) proportsionaldir. Boshqa tomondan, (22.4) dan kelib chiqadiki, agar molekulalarning konsentratsiyasi doimiy bo'lsa, ya'ni. gaz egallagan hajm o'zgarmaydi, keyin gaz bosimi molekulalarning o'rtacha kinetik energiyasiga mutanosib bo'lishi kerak. Bu shuni anglatadiki, gaz molekulalarining o'rtacha kinetik energiyasi E SR oddiygina qiymatga proportsionaldir (t + 273 o C):
bu erda b - doimiy koeffitsient, uning qiymatini keyinroq aniqlaymiz. (23.2) dan kelib chiqadiki, molekulalarning o'rtacha kinetik energiyasi -273 o S da nolga teng bo'ladi. Bunga asoslanib, ingliz olimi V. Kelvin 1848 yilda mutlaq harorat shkalasidan foydalanishni taklif qildi, bunda nol harorat mos keladi. -273 o C gacha, va har bir harorat darajasi Selsiy shkalasi bo'yicha darajaga teng bo'ladi. Shunday qilib, mutlaq harorat, T, Tselsiy bo'yicha o'lchangan harorat, t bilan quyidagicha bog'liq:
Mutlaq haroratning SI birligi Kelvin (K).
(23.3) ni hisobga olgan holda (23.2) tenglama quyidagicha o'zgartiriladi:
(22.4) ni almashtirib, biz quyidagilarni olamiz:
(23.5) dagi kasrdan qutulish uchun biz 2b/3 ni k bilan almashtiramiz va (23.4) va (23.5) o'rniga ikkita juda muhim tenglamani olamiz:
bu yerda k Boltsman doimiysi, L. Boltsman nomi bilan atalgan. Tajribalar k=1.38.10 -23 J/K ekanligini koʻrsatdi. Shunday qilib, gazning bosimi va uning molekulalarining o'rtacha kinetik energiyasi uning mutlaq haroratiga proportsionaldir.
54. Gaz bosimining uning molekulalari konsentratsiyasiga va haroratga bog'liqligi.
Ko'pgina hollarda, gaz bir holatdan ikkinchi holatga o'tganda, uning barcha parametrlari o'zgaradi - harorat, hajm va bosim. Bu gaz ichki yonish dvigatelining silindridagi piston ostida siqilganida sodir bo'ladi, bu gaz harorati va bosimining oshishiga va uning hajmining pasayishiga olib keladi. Biroq, ba'zi hollarda, gaz parametrlaridan biridagi o'zgarishlar nisbatan kichik yoki hatto yo'q. Uch parametrdan biri - harorat, bosim yoki hajm o'zgarishsiz qoladigan bunday jarayonlar izoprosesslar, ularni tavsiflovchi qonunlar esa gaz qonunlari deb ataladi.
55. Gaz molekulalarining tezligini o'lchash. 56. Stern tajribasi.
Avvalo, molekulalarning tezligi deganda nimani anglatishini aniqlab olaylik. Eslatib o'tamiz, tez-tez to'qnashuvlar tufayli har bir alohida molekulaning tezligi doimo o'zgarib turadi: molekula ba'zan tez, ba'zan sekin harakat qiladi va bir muncha vaqt (masalan, bir soniya) molekula tezligi juda ko'p turli qiymatlarni oladi. . Boshqa tomondan, ko'rib chiqilayotgan gaz hajmini tashkil etuvchi juda ko'p miqdordagi molekulalar ichida har qanday vaqtda juda boshqacha tezlikka ega bo'lgan molekulalar mavjud. Shubhasiz, gazning holatini tavsiflash uchun biz o'rtacha tezlik haqida gapirishimiz kerak. Bu molekulalardan birining etarlicha uzoq vaqt davomida tezligining o'rtacha qiymati yoki bu ma'lum bir vaqtda ma'lum bir hajmdagi barcha gaz molekulalarining tezligining o'rtacha qiymati deb taxmin qilishimiz mumkin.
Molekulalarning harakat tezligini aniqlashning turli usullari mavjud. Eng oddiylaridan biri 1920 yilda Stern tajribasida amalga oshirilgan usuldir.
Guruch. 390. A oynasi ostidagi bo'shliq vodorod bilan to'ldirilganda; keyin voronka uchidan pufakchalar chiqadi, ular g'ovakli idish B bilan yopiladi
Buni tushunish uchun quyidagi o'xshashlikni ko'rib chiqing. Harakatlanuvchi nishonga o'q otishda, uni urish uchun nishon oldidagi nuqtani nishonga olish kerak. Agar siz nishonni nishonga olsangiz, o'qlar nishon orqasiga tegadi. Ta'sir joyining nishondan bu og'ishi nishon qanchalik tez harakat qilsa va o'qlarning tezligi shunchalik past bo'ladi.
Otto Sternning (1888-1969) tajribasi gaz molekulalarining tezlik taqsimotini eksperimental tasdiqlash va vizuallashtirishga bag'ishlangan. Bu yana bir go'zal tajriba bo'lib, eksperimental qurilmada ushbu taqsimotning grafigini tom ma'noda "chizish" imkonini berdi. Sternning o'rnatilishi bir-biriga mos keladigan o'qlari bo'lgan ikkita aylanadigan ichi bo'sh silindrdan iborat edi (o'ngdagi rasmga qarang; katta silindr to'liq chizilmagan). Ichki tsilindrda kumush ip 1 to'g'ridan-to'g'ri o'z o'qi bo'ylab cho'zilgan, u orqali oqim o'tgan, bu uning isishi, qisman erishi va uning yuzasidan kumush atomlarining keyinchalik bug'lanishiga olib keldi. Natijada, dastlab vakuum bo'lgan ichki tsilindr asta-sekin past konsentratsiyali gazsimon kumush bilan to'ldirilgan. Ichki tsilindrda, rasmda ko'rsatilganidek, yupqa yoriq 2 qilingan, shuning uchun silindrga etib borgan kumush atomlarining ko'pchiligi unga joylashdi. Atomlarning kichik bir qismi bo'shliqdan o'tib, tashqi tsilindrga tushdi, unda vakuum saqlanib qoldi. Bu erda bu atomlar endi boshqa atomlar bilan to'qnashmaydi va shuning uchun radial yo'nalishda doimiy tezlikda harakatlanib, bu tezlikka teskari proportsional vaqtdan keyin tashqi silindrga etib boradi:
bu erda ichki va tashqi silindrlarning radiuslari va zarracha tezligining radial komponenti. Natijada, vaqt o'tishi bilan tashqi silindrda 3 kumush qoplamali qatlam paydo bo'ldi. Tsilindrlar tinch holatda bo'lsa, bu qatlam ichki silindrdagi uyaga to'liq qarama-qarshi joylashgan chiziq shakliga ega edi. Ammo agar silindrlar bir xil burchak tezligida aylangan bo'lsa, molekula tashqi silindrga yetib borgunga qadar, ikkinchisi allaqachon masofaga siljigan edi.
tirqishga to'g'ridan-to'g'ri qarama-qarshi bo'lgan nuqta bilan solishtirganda (ya'ni, statsionar silindrlar holatida zarralar joylashadigan nuqta).
57. Ideal gazning holat tenglamasini chiqarish (Mendeleyev-Klayperon tenglamasi)
Gazlar ko'pincha reaksiyaga kirishuvchi moddalar va kimyoviy reaktsiyalarning mahsulotlaridir. Oddiy sharoitlarda ularni bir-biri bilan reaksiyaga kirishish har doim ham mumkin emas. Shuning uchun, odatdagidan boshqa sharoitlarda gazlarning mol sonini qanday aniqlashni o'rganishingiz kerak.
Buning uchun ideal gaz holat tenglamasidan (Klapeyron-Mendeleyev tenglamasi deb ham ataladi) foydalaning: PV = nRT
bu erda n - gazning mollari soni;
P - gaz bosimi (masalan, atm);
V – gaz hajmi (litrda);
T – gaz harorati (kelvinda);
R – gaz doimiysi (0,0821 l atm/mol K).
Men tenglamaning hosilasini topdim, lekin bu juda murakkab. Biz hali ham qarashimiz kerak.
58. Izotermik jarayon.
Izotermik jarayon - bu gaz holatining o'zgarishi, uning harorati doimiy bo'lib qoladi. Bunday jarayonga misol sifatida avtomobil shinalarini havo bilan to'ldirish mumkin. Biroq, havoning nasosga kirishidan oldingi holatini shina va uning atrofidagi havo harorati tenglashgandan keyin shinadagi holati bilan solishtiradigan bo'lsak, bunday jarayonni izotermik deb hisoblash mumkin. Doimiy haroratga ega bo'lgan katta gaz, suyuqlik yoki qattiq massa bilan o'ralgan kichik hajmdagi gaz bilan sodir bo'ladigan har qanday sekin jarayonlar izotermik deb hisoblanishi mumkin.
Izotermik jarayonda gazning berilgan massasi va uning hajmining bosimining mahsuloti doimiy qiymatdir. Boyl-Mario qonuni deb ataladigan bu qonun ingliz olimi R.Boyl va fransuz fizigi E.Mario tomonidan kashf etilgan va quyidagicha yozilgan.
Misollar toping!
59. Izobarik jarayon.
Izobar jarayon - doimiy bosimda sodir bo'ladigan gaz holatining o'zgarishi.
Izobarik jarayonda gazning berilgan massasi hajmining uning haroratiga nisbati doimiydir. Fransuz olimi J. Gey-Lyusak sharafiga Gey-Lyussak qonuni deb ataladigan bu xulosani quyidagicha yozish mumkin:
Izobarik jarayonning bir misoli, xamirni pechga qo'yish paytida uning tarkibidagi kichik havo va karbonat angidrid pufakchalarining kengayishidir. Pech ichidagi va tashqarisidagi havo bosimi bir xil va ichidagi harorat tashqaridan taxminan 50% yuqori. Gey-Lyussak qonuniga ko'ra, xamirdagi gaz pufakchalari hajmi ham 50% ga oshadi, bu esa tortni havodor qiladi.
60. Izoxorik jarayon.
Gazning holati o'zgargan, lekin uning hajmi o'zgarmagan jarayonga izoxorik deyiladi. Mendeleyev-Klapeyron tenglamasidan kelib chiqadiki, doimiy hajmni egallagan gaz uchun uning bosimining haroratga nisbati ham doimiy bo'lishi kerak:
Misollar toping!
61. Bug'lanish va kondensatsiya.
Bug ' suyuqlikdan qochish uchun etarli kinetik energiyaga ega bo'lgan molekulalardan hosil bo'lgan gazdir.
Biz suv va uning bug'i bir-biriga aylanishiga o'rganib qolganmiz. Yomg'irdan keyin asfaltdagi ko'lmaklar quriydi va havodagi suv bug'lari ko'pincha ertalab tumanning mayda tomchilariga aylanadi. Barcha suyuqliklar bug'ga aylanish qobiliyatiga ega - gazsimon holatga o'tish. Suyuqlikni bug'ga aylantirish jarayoni bug'lanish deb ataladi. Uning bug'idan suyuqlik hosil bo'lishiga kondensatsiya deyiladi.
Molekulyar kinetik nazariya bug'lanish jarayonini quyidagicha tushuntiradi. Ma'lumki (21-bandga qarang) suyuqlik molekulalari o'rtasida jozibador kuch ta'sir qilib, ularning bir-biridan uzoqlashishiga to'sqinlik qiladi va suyuqlik molekulalarining o'rtacha kinetik energiyasi ular orasidagi yopishish kuchlarini engish uchun etarli emas. Biroq, vaqtning istalgan momentida suyuqlikning turli molekulalari har xil kinetik energiyaga ega va ba'zi molekulalarning energiyasi uning o'rtacha qiymatidan bir necha baravar yuqori bo'lishi mumkin. Bu yuqori energiyali molekulalar sezilarli darajada yuqori harakat tezligiga ega va shuning uchun qo'shni molekulalarning jozibador kuchlarini engib, suyuqlikdan uchib chiqib, uning yuzasidan bug' hosil qiladi (26a-rasmga qarang).
Suyuqlikni qoldiradigan bug'ni tashkil etuvchi molekulalar tasodifiy harakat qiladi, xuddi shunday issiqlik harakati paytida gaz molekulalari bir-biri bilan to'qnashadi. Shu bilan birga, ba'zi bug 'molekulalarining xaotik harakati ularni suyuqlik yuzasidan shunchalik uzoqlashtirishi mumkinki, ular hech qachon u erga qaytib kelmaydi. Albatta, shamol ham bunga hissa qo'shadi. Aksincha, boshqa molekulalarning tasodifiy harakati ularni suyuqlikka qaytarishi mumkin, bu esa bug 'kondensatsiyasi jarayonini tushuntiradi.
Suyuqlikdan faqat kinetik energiyasi o'rtachadan ancha yuqori bo'lgan molekulalar ucha oladi, ya'ni bug'lanish paytida qolgan suyuqlik molekulalarining o'rtacha energiyasi kamayadi. Va suyuqlik molekulalarining o'rtacha kinetik energiyasi, gaz kabi (23.6 ga qarang) haroratga mutanosib bo'lgani uchun, bug'lanish paytida suyuqlikning harorati pasayadi. Shuning uchun biz suvni tark etishimiz bilanoq, suyuqlikning nozik plyonkasi bilan qoplangan, darhol bug'lanib, soviy boshlaydi.
62. To'yingan bug '. To'yingan bug 'bosimi.
Agar ma'lum hajmdagi suyuqlik bo'lgan idish qopqoq bilan yopilsa nima bo'ladi (26b-rasm)? Har soniyada eng tez molekulalar suyuqlik sirtini tark etishda davom etadi, uning massasi kamayadi va bug 'molekulalarining kontsentratsiyasi ortadi. Shu bilan birga, uning molekulalarining bir qismi bug'dan suyuqlikka qaytadi va bug'ning konsentratsiyasi qanchalik ko'p bo'lsa, bu kondensatsiya jarayoni shunchalik kuchli bo'ladi. Nihoyat, suyuqlik ustidagi bug 'kontsentratsiyasi shunchalik yuqori bo'ladiki, vaqt birligida suyuqlikka qaytib keladigan molekulalar soni uni tark etadigan molekulalar soniga teng bo'ladi. Bu holat dinamik muvozanat, mos keladigan bug' esa to'yingan bug' deyiladi. Suyuqlik ustidagi bug 'molekulalarining kontsentratsiyasi ularning to'yingan bug'dagi kontsentratsiyasidan katta bo'lishi mumkin emas. Agar bug 'molekulalarining kontsentratsiyasi to'yingan bug'dan kamroq bo'lsa, unda bunday bug' to'yinmagan deb ataladi.
Harakatlanuvchi bug 'molekulalari bosim hosil qiladi, uning kattaligi gaz uchun bo'lgani kabi, bu molekulalar kontsentratsiyasi va harorat mahsulotiga mutanosibdir. Shuning uchun, ma'lum bir haroratda, bug 'kontsentratsiyasi qanchalik yuqori bo'lsa, uning bosimi shunchalik yuqori bo'ladi. To'yingan bug 'bosimi suyuqlik turiga va haroratga bog'liq. Suyuqlik molekulalarini bir-biridan yirtib tashlash qanchalik qiyin bo'lsa, uning to'yingan bug' bosimi shunchalik past bo'ladi. Shunday qilib, 20 o C haroratda suvning to'yingan bug 'bosimi taxminan 2 kPa, simobning 20 o C haroratda to'yingan bug' bosimi esa atigi 0,2 Pa ni tashkil qiladi.
Odamlar, hayvonlar va o'simliklarning hayoti atmosferaning suv bug'ining (namligi) kontsentratsiyasiga bog'liq bo'lib, u yilning joyi va vaqtiga qarab keng tarqalgan. Odatda, atrofimizdagi suv bug'lari to'yinmagan. Nisbiy namlik - suv bug'i bosimining bir xil haroratdagi to'yingan bug' bosimiga nisbati, foizda ifodalangan. Havoning namligini o'lchash asboblaridan biri psixrometr bo'lib, ikkita bir xil termometrdan iborat bo'lib, ulardan biri nam mato bilan o'ralgan.
63. To'yingan bug' bosimining haroratga bog'liqligi.
Bug' suyuqlikning bug'langan molekulalaridan hosil bo'lgan gazdir va shuning uchun bug' bosimi, p, undagi molekulalarning konsentratsiyasi, n va mutlaq harorat, T bilan bog'liq bo'lgan tenglama (23.7) to'g'ri keladi:
(27.1) dan kelib chiqadiki, to'yingan bug 'bosimi, izoxorik jarayonlarda ideal gazlar uchun bo'lgani kabi, harorat oshishi bilan chiziqli ravishda oshishi kerak (25-bandga qarang). Biroq, o'lchovlar ko'rsatganidek, to'yingan bug'ning bosimi harorat bilan ideal gaz bosimidan ancha tezroq ortadi (27a-rasmga qarang). Bu harorat va shuning uchun o'rtacha kinetik energiya oshishi bilan ko'proq suyuqlik molekulalari uni tark etib, uning ustidagi bug'ning n kontsentratsiyasini oshirishi bilan bog'liq. Va chunki (27.1) ga ko'ra bosim n ga proportsional bo'lsa, bug 'kontsentratsiyasining bu ortishi ideal gazga nisbatan harorat bilan to'yingan bug' bosimining tezroq oshishini tushuntiradi. To'yingan bug 'bosimining harorat bilan ortishi, qizdirilganda suyuqliklar tezroq bug'lanadi, degan ma'lum haqiqatni tushuntiradi. E'tibor bering, harorat ko'tarilishi suyuqlikning to'liq bug'lanishiga olib kelishi bilanoq, bug 'to'yinmagan bo'ladi.
Pufakchalarning har biridagi suyuqlik qizdirilganda bug'lanish jarayoni tezlashadi va to'yingan bug' bosimi ortadi. Pufakchalar kengayadi va Arximedning suzuvchi kuchi ta'sirida pastdan uzilib, yuqoriga suzib yuradi va sirtda yorilib ketadi. Bunday holda, pufakchalarni to'ldirgan bug' atmosferaga olib tashlanadi.
Atmosfera bosimi qanchalik past bo'lsa, bu suyuqlik qaynaydigan harorat shunchalik past bo'ladi (27c-rasmga qarang). Demak, Elbrus tog'ining tepasida havo bosimi normaning yarmi bo'lgan joyda oddiy suv 100 o C emas, balki 82 o C da qaynaydi. Aksincha, suyuqlikning qaynash nuqtasini oshirish kerak bo'lsa. , keyin u yuqori bosim ostida isitiladi. Bu, masalan, suvni o'z ichiga olgan ovqatni qaynatmasdan 100 o C dan yuqori haroratda pishirish mumkin bo'lgan bosimli pechlarning ishlashi uchun asosdir.
64. Qaynatish.
Qaynatish - suyuqlikning butun hajmida va uning yuzasida sodir bo'ladigan kuchli bug'lanish jarayoni. Suyuqlik to'yingan bug' bosimi suyuqlik ichidagi bosimga yaqinlashganda qaynay boshlaydi.
Qaynatish - suyuqlik qizdirilganda uning yuzasida suzuvchi va yorilib ketadigan ko'p miqdorda bug' pufakchalarining paydo bo'lishi. Darhaqiqat, bu pufakchalar doimo suyuqlikda bo'ladi, lekin ularning hajmi kattalashadi va ular faqat qaynatilganda sezilarli bo'ladi. Suyuqlikda doimo mikropufakchalar bo'lishining sabablaridan biri quyidagilardir. Suyuqlik, idishga quyilganda, u erdan havoni siqib chiqaradi, lekin buni to'liq bajara olmaydi va uning kichik pufakchalari idishning ichki yuzasida mikro yoriqlar va tartibsizliklarda qoladi. Bundan tashqari, suyuqliklar odatda mayda chang zarralariga yopishgan bug 'va havoning mikro pufakchalarini o'z ichiga oladi.
Pufakchalarning har biridagi suyuqlik qizdirilganda, bug'lanish jarayoni tezlashadi va to'yingan bug 'bosimi ortadi. Pufakchalar kengayadi va Arximedning suzuvchi kuchi ta'sirida pastdan uzilib, yuqoriga suzib yuradi va sirtda yorilib ketadi. Bunday holda, pufakchalarni to'ldirgan bug' atmosferaga olib tashlanadi. Shuning uchun qaynatish bug'lanish deb ataladi, bu suyuqlikning butun hajmida sodir bo'ladi. Qaynatish gaz pufakchalari kengayishi mumkin bo'lgan haroratda boshlanadi va bu to'yingan bug 'bosimi atmosfera bosimidan oshsa sodir bo'ladi. Shunday qilib, qaynash nuqtasi ma'lum suyuqlikning to'yingan bug 'bosimi atmosfera bosimiga teng bo'lgan haroratdir. Suyuqlik qaynayotganda uning harorati doimiy bo'lib qoladi.
Qaynatish jarayoni Arximed suzuvchi kuchi ishtirokisiz mumkin emas. Shuning uchun, vaznsizlik sharoitida kosmik stantsiyalarda qaynash bo'lmaydi va suvning isishi faqat bug 'pufakchalari hajmining oshishiga va ularning suv bilan idish ichida bitta katta bug' pufakchasiga birlashishiga olib keladi.
65. Kritik harorat.
Kritik harorat degan narsa ham bor; agar gaz kritik haroratdan yuqori haroratda bo'lsa (har bir gaz uchun individual, masalan, karbonat angidrid uchun taxminan 304 K), u holda uni suyuqlikka aylantirib bo'lmaydi. unga qanday bosim qo'llaniladi. Bu hodisa kritik haroratda suyuqlikning sirt taranglik kuchlari nolga teng bo'lganligi sababli yuzaga keladi.
23-jadval. Ayrim moddalarning kritik harorati va kritik bosimi
Kritik haroratning mavjudligi nimani ko'rsatadi? Bundan ham yuqori haroratlarda nima sodir bo'ladi?
Tajriba shuni ko'rsatadiki, kritikdan yuqori haroratlarda modda faqat gaz holatida bo'lishi mumkin.
Kritik haroratning mavjudligi birinchi marta 1860 yilda Dmitriy Ivanovich Mendeleev tomonidan ta'kidlangan.
Kritik harorat kashf etilgandan so'ng, nima uchun kislorod yoki vodorod kabi gazlar uzoq vaqt davomida suyuqlikka aylana olmasligi aniq bo'ldi. Ularning kritik harorati juda past (23-jadval). Bu gazlarni suyuqlikka aylantirish uchun ularni kritik haroratdan pastroq sovutish kerak. Busiz, ularni suyultirishga bo'lgan barcha urinishlar muvaffaqiyatsizlikka uchraydi.
66. Qisman bosim. Nisbiy namlik. 67. Havoning nisbiy namligini o'lchash asboblari.
Odamlar, hayvonlar va o'simliklarning hayoti atmosferaning suv bug'ining (namligi) kontsentratsiyasiga bog'liq bo'lib, u yilning joyi va vaqtiga qarab keng tarqalgan. Odatda, atrofimizdagi suv bug'lari to'yinmagan. Nisbiy namlik - suv bug'i bosimining bir xil haroratdagi to'yingan bug' bosimiga nisbati, foizda ifodalangan. Havo namligini o'lchash asboblaridan biri psixrometr bo'lib, ikkita bir xil termometrdan iborat bo'lib, ulardan biri nam lattaga o'raladi.Havoning namligi 100% dan kam bo'lsa, matodagi suv bug'lanadi va termometr B. salqin, A dan past haroratni ko'rsatadi Va havo namligi qanchalik past bo'lsa, A va B termometrlari ko'rsatkichlari o'rtasidagi farq katta bo'ladi, Dt. Maxsus psikrometrik jadval yordamida havo namligini bu harorat farqidan aniqlash mumkin.
Qisman bosim gaz aralashmasiga kiritilgan ma'lum bir gazning bosimi bo'lib, agar bu gaz aralashmaning haroratida aralashmaning butun hajmini egallagan bo'lsa, uni o'z ichiga olgan idishning devorlariga ta'sir qiladi.
Qisman bosim to'g'ridan-to'g'ri o'lchanmaydi, lekin aralashmaning umumiy bosimi va tarkibiga qarab baholanadi.
Suvda yoki tana to'qimalarida erigan gazlar ham bosim o'tkazadi, chunki erigan gaz molekulalari tasodifiy harakatda va kinetik energiyaga ega. Agar suyuqlikda erigan gaz sirtga, masalan, hujayra membranasiga tushsa, u gaz aralashmasidagi gaz kabi qisman bosim o'tkazadi.
Bosim bosimini to'g'ridan-to'g'ri o'lchash mumkin emas, u aralashmaning umumiy bosimi va tarkibi asosida hisoblanadi.
Suyuqlikda erigan gazning parsial bosimining kattaligini belgilovchi omillar. Eritmadagi gazning qisman bosimi nafaqat uning konsentratsiyasi, balki eruvchanlik koeffitsienti bilan ham aniqlanadi, ya'ni. Ba'zi turdagi molekulalar, masalan, karbonat angidrid, suv molekulalariga fizik yoki kimyoviy jihatdan biriktirilgan, boshqalari esa qaytariladi. Bu munosabat Genri qonuni deb ataladi va quyidagi formula bilan ifodalanadi: Qisman bosim = Erigan gaz konsentratsiyasi / Eruvchanlik koeffitsienti.
68. Sirt tarangligi.
Suyuqliklarning eng qiziqarli xususiyati - erkin sirt mavjudligi. Suyuqlik, gazlardan farqli o'laroq, u quyilgan idishning butun hajmini to'ldirmaydi. Suyuqlik va gaz (yoki bug ') o'rtasida suyuqlikning qolgan qismiga nisbatan maxsus sharoitda bo'lgan interfeys hosil bo'ladi. Suyuqlikning chegara qatlamidagi molekulalar, uning chuqurligidagi molekulalardan farqli o'laroq, har tomondan bir xil suyuqlikning boshqa molekulalari bilan o'ralgan emas. Qo'shni molekulalardan suyuqlik ichidagi molekulalardan biriga ta'sir qiluvchi molekulalararo o'zaro ta'sir kuchlari, o'rtacha, o'zaro kompensatsiyalanadi. Chegara qatlamidagi har qanday molekula suyuqlik ichida joylashgan molekulalar tomonidan tortiladi (ma'lum suyuqlik molekulasiga gaz (yoki bug ') molekulalaridan ta'sir qiluvchi kuchlarni e'tiborsiz qoldirish mumkin). Natijada, suyuqlikka chuqur yo'naltirilgan ma'lum bir natijaviy kuch paydo bo'ladi. Yuzaki molekulalar molekulalararo tortishish kuchlari bilan suyuqlikka tortiladi. Lekin barcha molekulalar, shu jumladan chegara qatlamining molekulalari ham muvozanat holatida bo'lishi kerak. Bu muvozanat sirt qatlami molekulalari va suyuqlik ichidagi eng yaqin qo'shnilari orasidagi masofani biroz qisqartirish orqali erishiladi. Shakldan ko'rinib turibdiki. 3.1.2, molekulalar orasidagi masofa qisqarganda, itaruvchi kuchlar paydo bo'ladi. Agar suyuqlik ichidagi molekulalar orasidagi o'rtacha masofa r0 ga teng bo'lsa, u holda sirt qatlamining molekulalari biroz zichroq bo'ladi va shuning uchun ular ichki molekulalarga nisbatan qo'shimcha potentsial energiya ta'minotiga ega (3.1.2-rasmga qarang). . Shuni yodda tutish kerakki, juda past siqilish tufayli, zichroq o'ralgan sirt qatlamining mavjudligi suyuqlik hajmining sezilarli o'zgarishiga olib kelmaydi. Agar molekula sirtdan suyuqlikka o'tsa, molekulalararo o'zaro ta'sir kuchlari ijobiy ish qiladi. Aksincha, suyuqlikning chuqurligidan ma'lum miqdordagi molekulalarni sirtga tortish uchun (ya'ni, suyuqlikning sirt maydonini oshirish) tashqi kuchlar DS ning o'zgarishiga mutanosib ravishda DAext musbat ishni bajarishi kerak. sirt maydoni: DAext = sDS.
s koeffitsienti sirt taranglik koeffitsienti (s > 0) deb ataladi. Shunday qilib, sirt taranglik koeffitsienti doimiy haroratda suyuqlikning sirt maydonini bir birlikka oshirish uchun zarur bo'lgan ishga tengdir.
SIda sirt taranglik koeffitsienti kvadrat metr uchun joulda (J/m2) yoki nyutonda (1 N/m = 1 J/m2) o'lchanadi.
Mexanikadan ma'lumki, tizimning muvozanat holatlari uning potensial energiyasining minimal qiymatiga mos keladi. Bundan kelib chiqadiki, suyuqlikning erkin yuzasi uning maydonini kamaytirishga intiladi. Shu sababli suyuqlikning erkin tomchisi sharsimon shaklga ega bo'ladi. Suyuqlik o'zini xuddi uning yuzasiga tangensial ta'sir etuvchi kuchlar bu sirtni qisqarayotgan (tortayotgan) kabi tutadi. Bu kuchlar sirt taranglik kuchlari deyiladi.
Sirt taranglik kuchlarining mavjudligi suyuqlik yuzasini elastik cho'zilgan plyonkaga o'xshatadi, yagona farq shundaki, plyonkadagi elastik kuchlar uning sirt maydoniga (ya'ni, plyonka qanday deformatsiyalanganiga) va sirt tarangligiga bog'liq. kuchlar suyuqliklarning sirt maydoniga bog'liq emas.
Ba'zi suyuqliklar, masalan, sovunli suv, nozik plyonka hosil qilish qobiliyatiga ega. Taniqli sovun pufakchalari muntazam sharsimon shaklga ega - bu ham sirt taranglik kuchlarining ta'sirini ko'rsatadi. Agar siz yon tomonlaridan biri harakatlanuvchi simli ramkani sovun eritmasiga tushirsangiz, butun ramka suyuqlik plyonkasi bilan qoplanadi.
69. Namlash.
Har bir inson biladi, agar siz bir tomchi suyuqlikni tekis yuzaga qo'ysangiz, u yo bo'ylab tarqaladi yoki yumaloq shaklga ega bo'ladi. Bundan tashqari, yotgan tomchining o'lchami va qavariqligi (kontakt burchagi deb ataladigan qiymat) ma'lum bir sirtni qanchalik yaxshi namlashi bilan belgilanadi. Namlanish hodisasini quyidagicha tushuntirish mumkin. Agar suyuqlik molekulalari qattiq moddaning molekulalariga qaraganda bir-biriga ko'proq tortilsa, suyuqlik tomchi hosil qilishga intiladi.
O'tkir kontakt burchagi ho'l bo'lmagan (liofob) sirtda, o'tkir kontakt burchagi esa nam bo'lmagan (liofob) yuzada paydo bo'ladi.
Simob shisha ustida, suv kerosinda yoki "yog'li" sirtda shunday tutadi. Aksincha, suyuqlik molekulalari bir-biriga qattiq jism molekulalariga qaraganda kamroq kuchli tortilsa, suyuqlik sirtga "bosiladi" va uning ustiga tarqaladi. Bu sink plastinada bir tomchi simob yoki toza shisha ustida bir tomchi suv bilan sodir bo'ladi. Birinchi holda, suyuqlik sirtni namlantirmaydi (aloqa burchagi 90 ° dan katta), ikkinchi holatda esa uni namlaydi (aloqa burchagi 90 ° dan kam).
Bu suv o'tkazmaydigan moylash vositasi bo'lib, ko'plab hayvonlarni haddan tashqari namlikdan xalos qiladi. Masalan, dengiz hayvonlari va qushlari - mo'ynali muhrlar, muhrlar, pingvinlar, loonlarni o'rganish shuni ko'rsatdiki, ularning tukli tuklari va patlari hidrofobik xususiyatga ega, hayvonlarning himoya tuklari va qushlarning kontur patlarining yuqori qismi yaxshi namlanadi. suv bilan. Natijada, hayvonning tanasi va suv o'rtasida havo qatlami hosil bo'lib, u termoregulyatsiya va issiqlik izolatsiyasida muhim rol o'ynaydi.
Ammo moylash hamma narsa emas. Namlanish hodisasida sirt tuzilishi ham muhim rol o'ynaydi. Qo'pol, notekis yoki g'ovakli erlar namlanishni yaxshilashi mumkin. Misol uchun, suvni mukammal o'zlashtiradigan gubkalar va terri sochiqlarni eslaylik. Ammo agar sirt dastlab suvdan "qo'rqsa", unda ishlab chiqilgan relef vaziyatni yanada og'irlashtiradi: suv tomchilari to'siqlarda to'planib, pastga aylanadi.
70. Kapillyar hodisalar.
Kapillyar hodisalar - kichik diametrli naychalarda - kapillyarlarda suyuqlikning ko'tarilishi yoki tushishi. Kapillyarlar orqali namlanadigan suyuqliklar ko'tariladi, namlanmaydigan suyuqliklar tushadi.
Shaklda. 3.5.6-rasmda ma'lum r radiusli kapillyar nay ko'rsatilgan, uning pastki uchida zichligi r bo'lgan namlovchi suyuqlikka tushirilgan. Kapillyarning yuqori uchi ochiq. Kapillyardagi suyuqlikning ko'tarilishi kapillyardagi suyuqlik ustuniga ta'sir qiluvchi tortishish kuchi suyuqlikning kapillyar yuzasi bilan aloqa chegarasi bo'ylab ta'sir qiluvchi Fn sirt taranglik kuchlariga teng bo'lguncha davom etadi: Ft = Fn, bu erda Ft = mg = rhr2g, Fn = s2pr cos th.
Bu quyidagilarni nazarda tutadi:
3.5.6-rasm.
Kapillyarda namlovchi suyuqlikning ko'tarilishi.
To'liq namlash bilan th = 0, cos th = 1. Bu holda
To'liq namlanmaydigan th = 180 °, cos th = -1 va shuning uchun h< 0. Уровень несмачивающей жидкости в капилляре опускается ниже уровня жидкости в сосуде, в которую опущен капилляр.
Suv toza shisha sirtini deyarli butunlay namlaydi. Aksincha, simob shisha sirtini to'liq ho'llamaydi. Shuning uchun shisha kapillyardagi simob darajasi idishdagi darajadan pastga tushadi.
71. Kristal jismlar va ularning xossalari.
Suyuqliklardan farqli o'laroq, qattiq jism nafaqat hajmini, balki shaklini ham saqlaydi va sezilarli kuchga ega.
Qattiq jismlarning xilma-xilligini o'z xususiyatlaridan sezilarli darajada farq qiladigan ikkita guruhga bo'lish mumkin: kristalli va amorf.
Kristal jismlarning asosiy xossalari
1. Kristal jismlar ma'lum bir erish temperaturasiga ega bo'ladi t eritish , u doimiy bosimda erish jarayonida o'zgarmaydi (1-rasm, egri chiziq 1).
2. Kristal jismlar fazoviy kristall panjaraning mavjudligi bilan tavsiflanadi, bu molekulalar, atomlar yoki ionlarning tartibli joylashuvi bo'lib, tananing butun hajmida takrorlanadi (uzoq masofali tartib). Har qanday kristall panjara uning tuzilishining shunday elementining mavjudligi bilan tavsiflanadi, uning kosmosda takroriy takrorlanishi butun kristalni hosil qilishi mumkin. Bu bitta kristall. Polikristal kosmosda tasodifiy yo'naltirilgan ko'plab juda kichik monokristallardan iborat.
