фізика / молекулярна фізика / Заняття22
.docЗаняття 8
Освоєння навичок рішення задач по темі «Властивості газів, рідин м твердих тел. Взаємні перетворення»
Ціль: перевірка і закріплення одержаних знань по темі; розвиток логіки і здатності використовування одержаних знань при рішенні задач
Ключові слова: випаровування, конденсація, кипіння, насичена і ненасичена пара, вологість, психрометр, гігрометр, точка роси, коефіцієнт поверхневого натягу, тиск Лапласа, повне змочування і повне незмочування, підняття рідини по капіляру, механічна напруга, абсолютне і відносне подовження, модуль Юнга, межа міцності.
Теоретичні відомості
Критична температура - температура, при якій зникають відмінності у фізичних властивостях між рідиною і її насиченою парою. При температурах вище за критичну ні при якому тиску газ не можна перевести в рідину.
Відносною вологістю повітря називають відношення парціального тиску р водяної пари, що міститься в повітрі при даній температурі, до тиску ро насиченої пари при тій же температурі, виражене в % .
або, де о - густина насиченої пари при тій же температурі.
Температура, при якій водяна пара, що знаходиться в повітрі, стає насиченою, називається точкою роси.
Сили поверхні рідини, яка прагне до скорочення поверхні рідини, називається силою поверхневого натягу . Сила спрямована по дотичній до поверхні рідини. Сила поверхневого натягу, що приходить на одиницю довжини контура, називається коефіцієнтом поверхневого натягу (часто позначають ). [] = . При розчиненні NaCl у воді підвищується, при додаванні мила - знижується.
F = l, де l - довжина контура.
Додатковий тиск, викликаний викривленням поверхні рідини - тиск Лапласа: .
Між рідиною в капілярі і в широкому посуді встановлюється така різниця рівнів h, щоб гідростатичний тиск дорівнює тиску Лапласа, де R - радіус кривизни меніска. R = rCos, де r - радіус капіляра. Тоді , причому відповідає ж,г.
Відлічуваний усередині рідини краєвий кут між дотичними до поверхні твердого тіла і до поверхні рідини можна визначити .
Краєвий кут визначається, якщо дріб не більше одиниці. Якщо ця умова не здійснена, то в системі не може встановитися рівновага. Це має місце в двох випадках:
-
коли 0, тобто рідина необмежено розтікається по поверхні твердого тіла - явище повного змочування;
-
коли , тобто поверхня, по якій рідина межує з твердим тілом, стягується в крапку, рідина відділяється від твердої поверхні - має місце повне незмочування.
Механічною напругою називають відношення модуля сили пружності F до площі поперечного перетину: ,
де F - сила, S - площа перетину, на який діє (по якому розподілена) сила. В СІ
Енергія пружно деформованого тіла , де F - деформуюча сила, l - подовження тіла.
Закон Гука: механічна напруга деформації пружно деформованого тіла () прямо пропорційна модулю Юнга (Е) і відносній деформації (): = Е
Відносну деформацію можна визначити ,
де l - довжина деформованого тіла, lo - початкова довжина тіла.
Приклади рішення задач
Приклад 1. При пониженні температури від 16 до 10оС з одиниці об'єму повітря виділилося 1,5 г води. Яка відносна вологість повітря при 16 оС?
Рішення. За умовою при температурі 283 К повітря насичено водяною парою. Знаходимо по таблиці густину 1 пари насищаючого повітря при 10 оС;
t1 = 16oC додавши до цього числа кількість вологи, що виділилася
t2 = 10 oC з кожного кубічного метра, одержимо густину пари, що
= 1,5 г = 0,0015 кг знаходився в повітрі при 16 оС, тобто абсолютну
- ? вологість повітря а = 1 + . Знайшовши в таблиці
густину пари, що насищає повітря при при 16 оС, вирахуємо відносну вологість повітря .
Підставив в формулу числові значення, одержуємо
.
Відповідь: відносна вологість повітря при 16 оС дорівнює 80%.
Якісні задачі
-
Чому при дощі стає холодніше?
-
Чим пояснити, що в гумовому одязі важко переносити спеку?
-
Що швидше згасить полум'я - кип'яток або холодна вода?
-
Чому алюміній не можна паяти олов'яним припоєм?
-
Поверхневий натяг мильної води майже в два рази менше ніж у води чистої. Чому ж мильна вода утворює такі міцні бульбашки і плівки, які з чистої води одержати не вдається?
-
Кулеподібний скляний сосуд, на ¾ заповнений водою, приведений в стан невагомості. Що відбудеться з водою?
-
Як пояснити дію фітілю, бинта з марлі, промокального паперу?
-
Під час засухи на поверхні ґрунту утворюється тверда кромка. Чи слід зберігати її, щоб запобігти висиханню нижніх прошарків ґрунту?
Задачі для закріплення матеріалу
-
При температурі 22 оС відносна вологість повітря рівна 60 %. Чи з'явиться роса при пониженні температури до 16 оС? До 11 оС? Скільки вологи виділиться з одиниці об'єму повітря?
-
При 15 оС в приміщенні з розмірами 6х4х3 м відносна вологість повітря складала 80% Скільки вологи виділиться з повітря при пониженні температури до 10 оС? На скільки потрібно нагрівати повітря, щоб відносна вологість його стала рівна 60%?
-
Температура повітря рівна 27 оС, відносна вологість 54%. На скільки зміниться атмосферний тиск, якщо при незмінній температурі відносна вологість збільшиться до 70%? Зменшиться до 45%?
-
Гас по краплях витікає з бюретки через отвір діаметром 2 мм, причому краплі падають одна за одною з інтервалом 1 с. За скільки часу витече 25 см3 керосину?
-
Обчислити діаметри каналів трьох капілярних трубок, якщо відомо, що вода при 293 К підіймається в них відповідно на висоту 2,5, 5 і 8 см.
-
На скільки підніметься ефір в капілярній трубці з діаметром каналу 0,66 мм, якщо краєвий кут на межі стику скла, ефір і повітря рівний 20 о? На скільки опуститься в цьому ж капілярі ртуть? Краєвий кут для ртуті прийняти рівним 155 о.
-
Яку площу поперечного перетину повинен мати мідний стрижень завдовжки 5 м, щоб під дією сили 480 Н він подовжився не більше ніж на 1 мм? Чи витримає стрижень таку напругу, якщо межа міцності міді при розтягуванні рівна 0,22 ГПа? Масу стрижня не враховувати.
-
На скільки подовжиться сталевий дріт завдовжки 1,8 м і діаметром 0,5 мм під дією вантажу, вага яких 15 Н? Чи витримає дріт вантаж вагою 100 Н, якщо її межа міцності на розрив складає 1,2 ГПа?
-
При якому абсолютному подовженні сталевий стрижень завдовжки 2 м і площею поперечного перетину 10 мм2 володіє потенційній енергія 44 мДж?
-
Визначити відносне подовження мідного стрижня, якщо при його розтягуванні робота пружної сили рівна 0,24 Дж. Довжина стрижня рівна 2 м, а площа його поперечного перетину - 2 мм2.