9. Билет №16

Уравнение состояния идеального газа. Изопроцессы

Состояние данной массы полностью определено, если известны давление р, температураТи объем газаV. Эти величины называют параметрами состояния газа. Уравнение, связывающее параметры состояния, называют уравнением состояния.

Для произвольной массы газа единичное состояние газа описывается уравнением Менделеева— Клапейрона: pV = mRT/M, где р — давление, V — объем, m — масса, М — молярная масса, R — универсальная газовая постоянная. Физический смысл универсальной газовой постоянной в том, что она показывает, какую работу совершает один моль идеального газа при изобарном расширении при нагревании на 1 К (R = 8,31 Дж/моль • К).

Из уравнения Менделеева – Клапейрона вытекает связь между давлением, объемом и температурой идеального газа данной массы, который может находится в двух любых состояниях: = .

Многие процессы в газах, происходящие в природе и осуществляемые в технике, можно рассматривать приближенно как процессы, в которых изменяются лишь два параметра. Особую роль в физике и технике играют три процесса: изотермический, изохорный и изобарный.

Изопроцессом называют процесс, происходящий с данной массой газа при одном постоянном параметре — температуре или давлении или объеме. Из уравнения состояния как частные случаи получаются законы для изопроцессов.

Газовые законы – количественные зависимости между двумя параметрами газа при неизменном значении третьего.

Изотермическим называют процесс, протекающий при постоянной температуре.

Т = const. Он описывается законом Бойля-Мариотта:pV = const.

Изобарным называют процесс, протекающий при постоянном давлениир = const. Уравнение этого процесса имеет вид V/T = const и называется законом Гей-Люссака. Изохорным называют процесс, протекающий при постоянном объемеV = const. Для него справедлив закон Шарля: p/T = const.

Все процессы можно изобразить графически (рис.).

p V p

0 V 0 T 0 T

Реальные газы удовлетворяют уравнению состояния идеального газа при не слишком высоких давлениях (пока собственный объем молекул пренебрежительно мал по сравнению с объемом сосуда, в котором находится газ) и при не слишком низких температурах (пока потенциальной энергией межмолекулярного взаимодействия можно пренебречь по сравнению с кинетической энергией теплового движения молекул), т. е. для реального газа это уравнение и его следствия являются хорошим приближением.

10. Билет № 27

Строение и свойства жидкостей. Поверхностное натяжение

Строение жидкостей: Молекулы жидкости расположены почти вплотную друг к другу. Зажатая, как в клетке, другими молекулами, она совершает «бег на месте» - колеблется около положения равновесия, сталкиваясь с соседними молекулами. Лишь время от времени она совершает «прыжок», прорываясь сквозь «прутья клетки», но тут же попадает в новую «клетку», образованную новыми соседями. Время оседлой жизни очень мало – порядка 10^-11 с. С повышением температуры оно уменьшается.

По своим физическим свойствам жидкости занимают промежуточное положение между газами и твердыми телами. Жидкости не сохраняют формы, передают производимое на них давление по всем направлениям без изменения. Свойства жидкости не зависят от направления действия (изотропия). Жидкости сохраняют свой объем, практически не подаются сжатию, образуют границу раздела.

Жидкости обладают свойством текучести: при сохранении объема они принимают форму сосуда. Таким образом, жидкости обладают некоторыми общими свойствами как с газами, так и с твердыми телами.

Особыми свойствами обладает поверхность жидкости: молекулы внутри жидкости испытывают со стороны соседних молекул воздействия взаимно компенсирующие

друг друга; молекулы на поверхности жидкости испытывают меньшее воздействие со стороны молекул газа и большее со стороны молекул жидкости, результирующая этих сил направлена внутрь жидкости.

Поверхностное натяжение – явление возникновения молекулярного давления поверхностного слоя на жидкость, под действием которого молекулы жидкости стремятся перейти из поверхностного слоя вглубь жидкости.

Вследствие поверхностного натяжения жидкость стремиться сократить площадь своего поверхностного слоя (свободной поверхности), в результате чего площадь становится минимальной для данных условий. Под действием сил поверхностного натяжения жидкость стремится принять форму шара (капли росы, капли жидкости в свободном падении или в невесомости).

Явление поверхностного натяжения характеризуется коэффициентом поверхностного натяжения.

Коэффициент поверхностного натяжения - физическая величина численно равная работе, которую нужно совершить, чтобы увеличить площадь свободной поверхности жидкости на 1м² при постоянной температуре = .

Эта работа совершается против сил молекулярного давления поверхностного слоя и идет на увеличение потенциальной энергии поверхностного слоя данной жидкости.

Единицей измерения коэффициента поверхностного натяжения является 1 Дж/м².

Сила поверхностного натяжения прямо пропорциональна длине границы раздела жидкости: F_пов = l. Эта сила лежит в плоскости, касательной к свободной поверхности жидкости. Согласно этой формуле единицей коэффициента поверхностного натяжения является 1Н/м.

Примеры: благодаря силам поверхностного натяжения на поверхности воды удерживаются насекомые водомерки, не тонут осторожно положенные металлические скрепки.

Коэффициент поверхностного натяжения зависит от:

1)рода жидкости, 2) температуры жидкости, 3)наличия примесей.

Применение:мыло и стиральные порошки содержат поверхностно активные вещества (ПАВ), которые при растворении в воде уменьшают ее поверхностное натяжение. Растворив грязь, мыльный раствор окружает ее частички тонкой пленкой и выносит их на поверхность жидкости (грязная вода оказывается наверху).