Физика. Жидкость. Модель строения жидкости. Влажность воздуха. Поверхностное натяжение и смачивание. Капиллярные явления
 Скачать 5.77 Mb.
|
Модель строения жидкости. Влажность воздуха. Поверхностное натяжение и смачивание. Капиллярные явленияГазообразное состояние Газ Пар Вещество, находящееся при Т > Ткр Вещество, находящееся при Т < Ткр Не может превратиться в жидкость Может превратиться в жидкость От чего зависит скорость испарения?вода эфир Какая жидкость будет испаряться быстрее? Молекулы которой притягиваются друг к другу с меньшей силой Скорость испарения зависит от рода жидкости В каком сосуде вода испарится быстрее? Чем больше площадь поверхности жидкости, тем быстрее происходит испарение ? вода вода ? вода вода ? В каком сосуде испарение будет происходить быстрее? Испарение происходит тем быстрее, чем выше температура жидкости ветер Как дующий ветер влияет на скорость испарения жидкости? Чем сильнее дует ветер, тем больше скорость испарения Это объясняется тем, что ветер уносит с поверхности жидкости ее пар Что происходит с температурой тела при испарении с него жидкости? При испарении температура жидкости понижается Почему жирный суп остывает медленнее, чем постный? Испарению жидкости с поверхности супа препятствует жирная пленка на его поверхности Кипение.Испарение = парообразование происходит со свободной поверхности жидкости при любой положительной температуре. При определенных условиях – может происходить внутри жидкости начинается кипение Разница лишь в количестве молекул, которое испаряется со свободной поверхности жидкости Кипение.Кипение – это парообразование во всем объеме жидкости, происходящее, при определенной температуре. Кипение.Процесс: 1. В жидкости всегда есть небольшое количество воздуха в виде пузырьков, невидимых невооруженным глазом. 2. При незначительном нагревании жидкости растет температура пара в пузырьках, возрастает его давление, увеличивается объем пузырька. 3. Под действием силы Архимеда пузырьки начинают подниматься вверх. 4. Попадая в верхние, более холодные слои воды, пузырьки охлаждаются, уменьшаются в объеме и с шумом схлопываются не достигнув поверхности. 5. Последующее увеличение температуры приводит к тому, что внутрь пузырьков с их поверхности испаряются молекулы жидкости. В объеме пузырька получается смесь воздуха и насыщенного пара. 6. При увеличении температуры, давление насыщенного пара растет быстрее, чем давление воздуха => можно считать давление внутри пузырька = давлению насыщенного пара. Кипение происходит при температуре, которая называется температурой кипения. Для каждого вещества она своя. Берется из таблиц. Кипение.Процесс: 7. Увеличение объема пузырька: когда давление насыщенного пара внутри превосходит внешнее давление 8. Если глубина сосуда 1 м, то ρ ∙ g ∙ h < pa. Значит им можно пренебречь. 9. При увеличении температуры жидкости объем пузырька возрастает. Когда сила Архимеда становится больше силы тяжести и силы сцепления пузырька со стенкой, то пузырек всплывает. 10. Если пузырьки поднимаются в жидкости, имеющей постоянную температуру, то они увеличиваются в объеме в соответствии с законом Бойля-Мариотта, так как давление в верхних слоях жидкости уменьшается. 11. Всплывая, пузырьки переносят содержащийся в них насыщенный пар к свободной поверхности жидкости. 12. Всплывшие пузырьки начинают лопаться, когда давление насыщенного пара внутри будет превосходить внешнее давление. Кипение происходит с поглощением теплоты. Во время кипения температура жидкости не меняется Для начала процесса кипения необходимо наличие центров кипения (растворенный газ или неровности сосуда) Происходит непрерывное образование и рост пузырьков, внутри которых происходит испарение жидкости При достижении определенных размеров, пузырек поднимается к поверхности и лопается. В этот момент пар покидает жидкость. Для этого этапа характерны ударные волны ультразвуковых частот – характерный шум Точка кипения – температура кипения при нормальном атмосферном давлении Температура кипения зависит от внешнего давления, т.к. оно влияет на процесс испарения уменьшение p – уменьшение T увеличение p – увеличение T При отсутствии растворенного газа в жидкости происходит нагревание жидкости выше температуры кипения. Такая жидкость называется перегретой Температура кипения.Температура кипения – температура, при которой давление насыщенного пара жидкости начинает превосходить внешнее давление на жидкость. Температура кипения зависит от внешнего давления на жидкость!!! На высоте h = 5 км над уровнем моря tk (воды) = 83 °C, так как давление в 2 раза ниже атмосферного. Эверест - tk (воды) = 74 °C Температура кипения.При более высоком давлении и температура кипения выше В котлах паровых машин, где давление пара порядка 15 атмосфер (1,5 ∙ 106 Па) tk (воды) = 200 °C ТЕМПЕРАТУРА КИПЕНИЯ ОСТАЕТСЯ ПОСТОЯННОЙ В ПРОЦЕССЕ КИПЕНИЯ!!! Конденсация - переход вещества из газообразного в жидкое состояние.Процесс превращения пара в жидкость идет с выделением некоторого количества тепла. Температура вещества в процессе конденсации не изменяется. Температура конденсации паров вещества равна температуре кипения этого вещества. Насыщенный пар - пар, который находится в состоянии подвижного равновесия со всей жидкостью Ненасыщенный пар - пар, который находится над поверхностью жидкости, когда испарение преобладает над конденсацией Точка росы – температура, при которой пар, находящийся в воздухе, становится насыщенным Точка росы характеризует влажность воздуха Величина, характеризующая содержание водяных паров в различных частях атмосферы Земли, называется влажностью воздуха. Влажность воздуха Абсолютная Относительная Масса водяного пара, содержащегося в 1м3 или плотность водяного пара в воздухе Отношение плотности водяного пара, содержащегося в воздухе, к плотности насыщенного пара при данной температуре Приборы для измерения влажности воздухаЧеловеческий волос (1) при увеличении влажности воздуха удлиняется; при уменьшении – длина волоса уменьшается. Стрелка (2) показывает относительную влажность воздуха. Гигрометр 1 2 3 4 Мениск выпуклый, угол тупой Мениск вогнутый, угол острый Несмачивание Смачивание Смачивание - искривление поверхности жидкости у поверхности твердого тела в результате взаимодействия молекул жидкости с молекулами твердого тела 1. Мениск — форма поверхности жидкости вблизи стенки сосуда 2. Угол смачивания — угол между плоскостью, касательной к поверхности жидкости, и стенкой сосуда СмачиваниеСтандартная форма капли - сферическая После соприкосновения с поверхностью твердого тела не сохраняется Изменение формы зависит от материала, из которого сделано твердое тело Зависимость формы капли от материала подложки объясняется различием: Сил взаимодействия между молекулами жидкости Сил взаимодействия молекул жидкости с молекулами твердого тела на границе раздела двух сред СмачиваниеЕсли сила притяжения между молекулами жидкости и твердого тела больше, чем силы притяжения между молекулами жидкости, то жидкость смачивает поверхность. Смачивание – искривление поверхности жидкости у поверхности твердого тела в результате взаимодействия молекул жидкости с молекулами твердого тела. Смачивание твердых поверхностей жидкостью характеризуется: мениском углом смачивания СмачиваниеМениск - это форма поверхности жидкости вблизи стенки сосуда Угол смачивания - это угол между плоскостью, касательной к поверхности жидкости, и стенкой. Смачивание в природеВода как опора для движения (водомерки, некоторые пауки) Непромокаемость перьев водоплавающих птиц Капли воды в невесомости Непромокаемые устьица у растений Смачивание в промышленностиОтливка сферических форм (в оружейном деле) Флотация Крашение Капиллярностьявление подъема или опускания жидкости в капиллярах под действием сил поверхностного натяжения. Высота подъема жидкости в капилляре Примеры капиллярных системКровеносная система человека Корневая система растений (для сохранения влаги надо почву перекапывать, а для осушения – утрамбовывать) Фитиль Промокательная бумага (сорта бумаги зависят от ее пропитки специальными растворами) Молекулы расположенные на поверхности жидкости, и молекулы в ее глубине находятся в разных условияхМолекулы поверхностного слоя находятся в особом силовом поле, которое по мере увеличения глубины ослабевает и исчезает на некоторой глубине R=0 R=0 / Поверхностная энергия относится к внутренней энергии жидкости Свободная жидкость всегда стремится принять форму с минимальной площадью поверхности, т.е. сферическуюВ поверхностном слое жидкость растянута, и потому вдоль поверхности действует сила, стремящаяся сократить эту поверхность. Эти силы называют силами поверхностного натяжения Молекулы поверхностного слоя находятся в среднем на больших расстояниях друг от друга, чем молекулы внутри жидкости Поверхностное натяжение жидкости – скалярная положительная величинаЗависит от Рода жидкости Температуры Наличия примесей Поверхностное натяжение жидкости равно отношению изменения ее поверхностной энергии к изменению площади ее поверхности при этом- удельная поверхностная энергия жидкости Поверхностное натяжение.Газ Жидкость при уменьшении температуры газа и увеличении давления уменьшается скорость движения молекул + сокращается расстояние между ними Силы притяжения становятся существенными Поверхностное натяжение.Жидкость сохраняет объем Образует свободную поверхность на границе с газом (паром) Молекулы на поверхности жидкости находятся в особых условиях по сравнению с молекулами ее внутренних слоев. Внутри жидкости результирующая сила притяжения, действующая на молекулу со стороны соседних молекул равна нулю. Поверхностное натяжение.На поверхности остается такое число молекул, при котором площадь поверхности жидкости оказывается минимальной при данном ее объеме. жидкость принимает сферическую форму Капли дождя Сферическая форма жидкости в космосе Молекулы поверхностного слоя оказывают молекулярное давление на жидкость, стягивая ее поверхность к минимуму. Поверхностное натяжение.Поверхностное натяжение – явление молекулярного давления на жидкость, вызванное притяжением молекул поверхностного слоя к молекулам внутри жидкости. Это притяжение обусловливает дополнительную потенциальную энергию молекул на поверхности жидкости. Поверхностная энергия – дополнительная потенциальная энергия молекул поверхностного слоя жидкости. Сила поверхностного натяжения – сила, направленная по касательной к поверхности жидкости, перпендикулярно участку контура, ограничивающего поверхность, в сторону ее сокращения. Сила поверхностного натяжения в отсутствие внешней силы сокращает до минимума площадь поверхности пленки. Fпов = σ ∙ l Благодаря силе поверхностного натяжения по поверхности воды могут плавать легкие предметы и удерживаться водомерки. Чем меньше сила поверхностного натяжения, тем легче жидкость проникает в ткань и смачивает различные тела. Поверхностное натяжениеМолекулы поверхностного слоя жидкости, равного радиусу молекулярного действия втягиваются внутрь жидкости Поверхностный слой создает молекулярное давление, которое стремится стянуть поверхность к ее минимуму Такой эффект называется поверхностным натяжением Тест по теме «Поверхностное натяжение, смачивание»1. Способность жидкости сокращать свою поверхность называют: а) смачиванием, б) поверхностным натяжением, в) капиллярными явлениями. 2. Поверхностное натяжение зависит: а) от рода жидкости, б) от объема сосуда, в) от давления. 3. Чему равен краевой угол при полном смачивании: а) θ = 0°, б) θ = 90°, в) θ = 180°. 4. Как направлены силы поверхностного натяжения относительно поверхности жидкости: а) параллельно, б) перпендикулярно, в) вдоль. 5. Подъем или опускание жидкости в трубках малого диаметра называется: а) капиллярными явлениями, в) смачиванием, в) диффузией. Ответы:1-б 2-а 3-а 4-б 5-а |