Ciało stałe to stan skupienia substancji, charakteryzujący się stałością kształtu i charakterem ruchu atomów, które wykonują niewielkie drgania wokół położeń równowagi.

W przypadku braku wpływów zewnętrznych ciało stałe zachowuje swój kształt i objętość.

Wyjaśnia to fakt, że przyciąganie między atomami (lub cząsteczkami) jest większe niż przyciąganie cieczy (a zwłaszcza gazów). Wystarczy utrzymać atomy w pobliżu ich położeń równowagi.

Cząsteczki lub atomy większości ciał stałych, takich jak lód, sól, diament i metale, są ułożone w określonej kolejności. Takie ciała stałe nazywane są krystaliczny . Chociaż cząstki tych ciał są w ruchu, ruchy te reprezentują oscylacje wokół pewnych punktów (położeń równowagi). Cząsteczki nie mogą oddalić się od tych punktów, więc bryła zachowuje swój kształt i objętość.

Ponadto, w przeciwieństwie do cieczy, punkty równowagi połączonych atomów lub jonów ciała stałego znajdują się w wierzchołkach regularnej siatki przestrzennej, zwanej krystaliczny.

Położenia równowagi, względem których występują drgania termiczne cząstek, nazywane są węzły sieci krystalicznej.

Monokryształ- ciało stałe, którego cząstki tworzą sieć monokrystaliczną (monokryształ).

Jedną z głównych właściwości monokryształów, która odróżnia je od cieczy i gazów, jest anizotropia ich właściwości fizyczne. Pod anizotropia odnosi się do zależności właściwości fizycznych od kierunku w krysztale . Anizotropowe są właściwości mechaniczne (wiadomo, że mikę łatwo złuszcza się w jednym kierunku, a bardzo trudno w prostopadłym), właściwości elektryczne (przewodność elektryczna wielu kryształów zależy od kierunku), właściwości optyczne (zjawisko dwójłomność i dichroizm - anizotropia absorpcji; więc na przykład pojedynczy kryształ turmalinu jest „kolorowany” na różne kolory - zielony i brązowy, w zależności od tego, z której strony na niego patrzysz).

Polikryształ- ciało stałe składające się z losowo zorientowanych monokryształów. Większość ciał stałych, z którymi mamy do czynienia na co dzień, to substancje polikrystaliczne – sól, cukier, różne wyroby metalowe. Przypadkowa orientacja stopionych mikrokryształów, z których się składają, prowadzi do zaniku anizotropii właściwości.

Ciała krystaliczne mają określoną temperaturę topnienia.

Ciała amorficzne. Oprócz ciał krystalicznych, ciała amorficzne są również klasyfikowane jako ciała stałe. Amorficzny oznacza po grecku „bezkształtny”.

Ciała amorficzne- są to ciała stałe, które charakteryzują się nieuporządkowanym układem cząstek w przestrzeni.

W tych ciałach cząsteczki (lub atomy) wibrują wokół losowo rozmieszczonych punktów i, podobnie jak cząsteczki cieczy, mają określony czas życia. Ale w przeciwieństwie do płynów czas ten jest bardzo długi.

Ciała amorficzne obejmują szkło, bursztyn, różne inne żywice i tworzywa sztuczne. Chociaż w temperaturze pokojowej ciała te zachowują swój kształt, ale wraz ze wzrostem temperatury stopniowo miękną i zaczynają płynąć jak ciecze: Ciała amorficzne nie mają określonej temperatury ani punktu topnienia.

Różnią się tym od ciał krystalicznych, które wraz ze wzrostem temperatury nie przechodzą stopniowo, ale gwałtownie w stan ciekły (w bardzo określonej temperaturze - temperatura topnienia).

Wszystkie ciała amorficzne izotropowy, tj. mają te same właściwości fizyczne w różnych kierunkach. Pod wpływem uderzenia zachowują się jak ciała stałe – rozszczepiają się, a przy długotrwałym kontakcie płyną.

Obecnie istnieje wiele substancji w stanie amorficznym otrzymywanych sztucznie, na przykład półprzewodniki amorficzne i szkliste, materiały magnetyczne, a nawet metale.

2. Rozproszenie światła. Rodzaje widm. Spektrograf i spektroskop. Analiza spektralna. Rodzaje promieniowania elektromagnetycznego i ich zastosowanie w transporcie kolejowym.

Promień białego światła przechodzący przez trójkątny pryzmat jest nie tylko odchylany, ale także rozkładany na składowe kolorowe promienie.
Zjawisko to odkrył Izaak Newton w wyniku serii eksperymentów.

Eksperymenty Newtona

Doświadczenie w rozkładaniu światła białego na widmo:

Newton skierował wiązkę światło słoneczne przez mały otwór na szklany pryzmat.
Po uderzeniu w pryzmat wiązka załamała się i na przeciwległej ścianie dała wydłużony obraz z tęczową przemianą kolorów - widmo.
Newton umieścił na drodze promienia słonecznego czerwone szkło, za którym otrzymał światło monochromatyczne (czerwone), następnie pryzmat i obserwował na ekranie jedynie czerwoną plamkę promienia świetlnego.
Najpierw Newton skierował promień światła słonecznego na pryzmat. Następnie, po zebraniu kolorowych promieni wychodzących z pryzmatu za pomocą soczewki zbierającej, Newton zamiast kolorowego paska otrzymał biały obraz dziury na białej ścianie.

Wnioski Newtona:

Pryzmat nie zmienia światła, a jedynie rozkłada je na składniki
- promienie świetlne różniące się kolorem różnią się stopniem załamania; Najsilniej załamywane są promienie fioletowe, najsłabiej promienie czerwone.
- największą prędkość ma światło czerwone, które mniej załamuje się, a najmniejszą światło fioletowe, dlatego pryzmat rozkłada światło.
Zależność współczynnika załamania światła od jego barwy nazywa się dyspersją.
Spektrum światła białego:

Wnioski:
- pryzmat rozkłada światło
- światło białe jest złożone (kompozytowe)
- promienie fioletowe załamują się silniej niż promienie czerwone.
Kolor wiązki światła zależy od częstotliwości jej drgań.
Podczas przechodzenia z jednego ośrodka do drugiego zmienia się prędkość światła i długość fali, ale częstotliwość określająca kolor pozostaje stała.
Światło białe to zbiór fal o długościach od 380 do 760 nm.
Oko postrzega promienie o określonej długości fali odbite od obiektu i w ten sposób dostrzega kolor obiektu.

Widma emisyjne Nazywa się zbiór częstotliwości (lub długości fal) zawartych w promieniowaniu substancji widmo emisyjne. Występują w trzech rodzajach.

Ciało stałe to widmo zawierające wszystkie długości fal w pewnym zakresie od czerwieni z λ ≈ 7,6. 10 -7 m do fioletu przy λ ≈ 4. 10 -7 m. Widmo ciągłe emitowane jest przez ogrzane substancje stałe i ciekłe, gazy ogrzewane pod wysokim ciśnieniem.

Widmo liniowe to widmo emitowane przez gazy i pary o małej gęstości w stanie atomowym. Składa się z oddzielnych linii różne kolory(długości fal, częstotliwości) mające różne lokalizacje. Każdy atom emituje zestaw fale elektromagnetyczne określone częstotliwości. Dlatego wszyscy pierwiastek chemiczny ma swoje spektrum

Pasmowe to widmo emitowane przez gaz w stanie molekularnym.

Widma liniowe i paskowe można uzyskać poprzez ogrzewanie substancji lub przepuszczanie prądu elektrycznego.

Widma absorpcyjne Widma absorpcyjne uzyskuje się poprzez przepuszczanie światła ze źródła. dając ciągłe widmo przez substancję, której atomy są w stanie niewzbudnym. .

Widmo absorpcyjne to zbiór częstotliwości pochłanianych przez daną substancję

Analiza spektralna Badanie widm emisyjnych i absorpcyjnych pozwala ustalić skład jakościowy substancji. Ilościową zawartość pierwiastka w związku określa się poprzez pomiar jasności linii widmowych. Metodę określania składu jakościowego i ilościowego substancji na podstawie jej widma nazywa się spektroskopią. analiza tralna. Znając długości fal emitowane przez różne pary, można ustalić obecność określonych pierwiastków w substancji. Metoda ta jest bardzo czuła. Poszczególne linie w widmach różnych pierwiastków mogą się pokrywać, ale generalnie widmo każdego pierwiastka jest jego indywidualną cechą. Analiza spektralna odegrała dużą rolę w nauce. Za jego pomocą badano skład Słońca i gwiazd. W widmie Słońca odkryto ciemne linie Fraunhofera (1814). Słońce jest gorącą kulą gazu ( T ≈ 6000 °C), emitując widmo ciągłe. Promienie słoneczne przechodzą przez atmosferę słoneczną, gdzie T ≈ 2000-3000 °C. Korona pochłania pewne częstotliwości z widma ciągłego, a my na Ziemi otrzymujemy widmo absorpcji Słońca. Można go wykorzystać do określenia, które pierwiastki są obecne w koronie słonecznej.

Pomógł odkryć wszystkie pierwiastki Ziemi, a także nieznany pierwiastek tzw hel. 26 lat później (1894) odkryto na Ziemi hel. Dzięki analizie spektralnej odkryto 25 pierwiastków. Ze względu na swoją porównywalną prostotę i wszechstronność analiza spektralna jest główną metodą monitorowania składu substancji w metalurgii i inżynierii mechanicznej. Do określenia służy analiza spektralna

skład chemiczny

rudy i minerały. Analizę spektralną można przeprowadzić przy użyciu widm emisyjnych i absorpcyjnych. ν Skład złożonych mieszanin analizuje się za pomocą widma molekularnego. λ Widmo

promieniowanie elektromagnetyczne w kolejności rosnącej częstotliwości są: 1) Fale o niskiej częstotliwości; 2) Fale radiowe; 3) Promieniowanie podczerwone; 4) Promieniowanie świetlne; 5) promieniowanie rentgenowskie; 6) Promieniowanie gamma. Wszystkie te fale mają wspólne właściwości: absorpcję, odbicie, interferencję, dyfrakcję, dyspersję. Właściwości te mogą jednak objawiać się na różne sposoby. Źródła i odbiorniki fal są różne. Fale radiowe:

Uzyskiwane za pomocą obwodów oscylacyjnych i wibratorów makroskopowych. Właściwości.

Fale radiowe o różnych częstotliwościach i długościach fal są w różny sposób absorbowane i odbijane przez media. stany skupienia.

Gaz– stan skupienia, w którym substancja nie ma określonej objętości i kształtu. W gazach cząstki substancji są usuwane na odległości znacznie przekraczające wielkość cząstek. Siły przyciągania pomiędzy cząstkami są małe i nie mogą utrzymać ich blisko siebie. Energię potencjalną oddziaływania cząstek uważa się za równą zeru, to znaczy jest znacznie mniejsza niż energia kinetyczna ruchu cząstek. Cząsteczki rozpraszają się chaotycznie, zajmując całą objętość naczynia, w którym znajduje się gaz. Trajektorie cząstek gazu są przerywane linie(od jednego uderzenia do drugiego cząstka porusza się równomiernie i prostoliniowo). Gazy można łatwo sprężyć.

Płyn- stan skupienia, w którym substancja ma określoną objętość, ale nie zachowuje swojego kształtu. W cieczach odległości między cząstkami są porównywalne z wielkością cząstek, dlatego siły oddziaływania pomiędzy cząstkami w cieczach są duże. Energia potencjalna oddziaływania cząstek jest porównywalna z ich energią kinetyczną. Ale to nie wystarczy do uporządkowanego układu cząstek. W cieczach obserwuje się jedynie wzajemną orientację sąsiadujących cząstek. Cząsteczki cieczy wykonują chaotyczne oscylacje wokół pewnych położeń równowagi i po pewnym czasie zamieniają się miejscami z sąsiadami. Skoki te wyjaśniają płynność cieczy.

Solidny– stan skupienia, w którym substancja ma określoną objętość i zachowuje swój kształt. W ciałach stałych odległości między cząstkami są porównywalne z wielkością cząstek, ale mniejsze niż w cieczach, dlatego siły oddziaływania między cząstkami są ogromne, co pozwala substancji zachować swój kształt. Energia potencjalna oddziaływania cząstek jest większa od ich energii kinetycznej, dlatego w ciałach stałych istnieje uporządkowany układ cząstek, zwany siecią krystaliczną. Cząstki ciał stałych podlegają chaotycznym oscylacjom wokół położenia równowagi (węzła sieci krystalicznej) i bardzo rzadko zamieniają się miejscami z sąsiadami. Kryształy mają charakterystyczną właściwość - anizotropię - zależność właściwości fizycznych od wyboru kierunku w krysztale.

Lekcja nr 2/5 2

Temat nr 26: „Model budowy cieczy. Pary nasycone i nienasycone. Wilgotność powietrza.”

1 Model struktury cieczy

Płynny jeden z stany materii. Główną właściwością cieczy, odróżniającą ją od innych stanów skupienia, jest zdolność do nieskończonej zmiany kształtu pod wpływem stycznych naprężeń mechanicznych, nawet dowolnie małych, przy praktycznie zachowaniu jej objętości.

Ryc.1

Stan ciekły jest zwykle uważany za pośredni pomiędzy stałe i gazowe : gaz nie zachowuje ani objętości, ani kształtu, ale ciało stałe zachowuje jedno i drugie.

Cząsteczki ciecze nie mają określonego położenia, ale jednocześnie nie mają całkowitej swobody ruchu. Między nimi istnieje przyciąganie, wystarczająco silne, aby utrzymać ich blisko siebie.

Substancja w stanie ciekłym występuje w pewnym zakresie temperatury , poniżej którego zamienia się wstan stały(następuje krystalizacja lub przemiana w stały stan amorficzny szkło), powyżej w stan gazowy (następuje parowanie). Granice tego przedziału zależą od ciśnienie

Wszystkie płyny są zwykle podzielone na czyste płyny i mieszaniny . Niektóre płynne mieszaniny tak mają wielka wartość na całe życie: krew, woda morska itp. Tę funkcję mogą pełnić ciecze rozpuszczalniki

Główną właściwością cieczy jest płynność. Jeśli zastosujesz do części cieczy, która jest w równowadze siła zewnętrzna , wówczas następuje przepływ cząstek cieczy w kierunku, w którym przyłożona jest ta siła: ciecz płynie. Zatem pod wpływem niezrównoważonych sił zewnętrznych ciecz nie zachowuje swojego kształtu i względnego układu części, dlatego przyjmuje kształt naczynia, w którym się znajduje.

W przeciwieństwie do ciał stałych z tworzyw sztucznych, ciecze nie majągranica plastyczności: wystarczy przyłożyć dowolnie małą siłę zewnętrzną, aby ciecz płynęła.

Jeden z charakterystyczne właściwości płyn to jest to co ma pewna objętość ( w stałych warunkach zewnętrznych). Ciecz jest niezwykle trudna do skompresowania mechanicznego, ponieważ w przeciwieństwie do niej gaz , pomiędzy cząsteczkami jest bardzo mało wolnej przestrzeni. Ciśnienie wywierane na ciecz zamkniętą w naczyniu jest przenoszone bez zmiany na każdy punkt objętości tej cieczy ( Prawo Pascala , obowiązuje także dla gazów). Cecha ta, wraz z bardzo niską ściśliwością, stosowana jest w maszynach hydraulicznych.

Ciecze na ogół zwiększają swoją objętość (rozszerzają się) po podgrzaniu i zmniejszają objętość (kurczą się) po ochłodzeniu. Są jednak wyjątki, np. woda kurczy się pod wpływem ogrzewania, pod normalnym ciśnieniem i w temperaturze od 0°C do około 4°C.

Ponadto scharakteryzowano ciecze (takie jak gazy). lepkość . Definiuje się je jako zdolność przeciwstawiania się ruchowi jednej części względem drugiej, czyli jako tarcie wewnętrzne.

Kiedy sąsiednie warstwy cieczy poruszają się względem siebie, nieuchronnie dochodzi do zderzeń cząsteczek, oprócz tych spowodowanych przezruch termiczny. Powstają siły, które utrudniają uporządkowany ruch. W tym przypadku energia kinetyczna uporządkowanego ruchu przekształca się w energię cieplną chaotycznego ruchu cząsteczek.

Ciecz w naczyniu, wprawiona w ruch i pozostawiona sama sobie, będzie stopniowo zatrzymywana, ale jej temperatura wzrośnie.W parze, podobnie jak w gazie, można niemal zignorować siły adhezji i uznać ruch za swobodny lot cząsteczek i ich zderzenia ze sobą oraz z otaczającymi je ciałami (ścianami i cieczą pokrywającą dno naczynia). W cieczy cząsteczki, podobnie jak w ciele stałym, silnie oddziałują, trzymając się nawzajem. Jednakże, podczas gdy w ciele stałym każda cząsteczka zachowuje wewnątrz ciała nieokreśloną pozycję równowagi, a jej ruch sprowadza się do oscylacji wokół tej pozycji równowagi, w cieczy natura ruchu jest inna. Cząsteczki cieczy poruszają się znacznie swobodniej niż cząsteczki stałe, chociaż nie tak swobodnie jak cząsteczki gazu. Każda cząsteczka cieczy porusza się tu i tam przez jakiś czas, nie oddalając się jednak od swoich sąsiadów. Ruch ten przypomina drgania stałej cząsteczki wokół jej położenia równowagi. Jednak od czasu do czasu cząsteczka cieczy ucieka ze swojego otoczenia i przemieszcza się w inne miejsce, trafiając do nowego środowiska, gdzie ponownie przez pewien czas wykonuje ruch podobny do wibracji.

Zatem ruch cząsteczek cieczy przypomina mieszaninę ruchów w ciele stałym i gazie: ruch „oscylacyjny” w jednym miejscu zostaje zastąpiony „swobodnym” przejściem z jednego miejsca do drugiego. Zgodnie z tym struktura cieczy jest czymś pomiędzy strukturą ciała stałego a strukturą gazu. Im wyższa temperatura, czyli im większa energia kinetyczna cząsteczek cieczy, tym większą rolę odgrywa ruch „swobodny”: im krótsze są okresy stanu „wibracyjnego” cząsteczki i częstsze przejścia „swobodne”, tj. , tym bardziej ciecz staje się gazem. Przy odpowiednio wysokiej temperaturze charakterystycznej dla każdej cieczy (tzw. temperaturze krytycznej) właściwości cieczy nie odbiegają od właściwości silnie sprężonego gazu.

2 Pary nasycone i nienasycone oraz ich właściwości

Nad swobodną powierzchnią cieczy zawsze znajdują się pary tej cieczy. Jeśli naczynie z cieczą nie jest zamknięte, wówczas stężenie cząstek pary w stałej temperaturze może zmieniać się w szerokich granicach, w dół i w górę.

Proces odparowania w zamkniętej przestrzeni(zamknięty pojemnik z płynem)może wystąpić w danej temperaturze tylko do pewnego limitu. Wyjaśnia to fakt, że kondensacja pary następuje jednocześnie z odparowaniem cieczy. Po pierwsze, liczba cząsteczek opuszczających ciecz w ciągu 1 sekundy wynosi więcej numeru cząsteczki wracają, a gęstość, a co za tym idzie, prężność pary, wzrasta. Prowadzi to do wzrostu szybkości kondensacji. Po pewnym czasie następuje równowaga dynamiczna, w której gęstość pary nad cieczą staje się stała.

Para znajdująca się w stanie dynamicznej równowagi ze swoją cieczą nazywana jest parą nasyconą. Parę, która nie znajduje się w stanie równowagi dynamicznej z cieczą, nazywamy nienasyconą.

Doświadczenie pokazuje, że pary nienasycone są posłuszne wszystkim ustawy gazowe , a im dokładniej, im dalej od nasycenia. Pary nasycone charakteryzują się następującymi właściwościami:

1. gęstość i ciśnienie pary nasyconej w danej temperaturze to maksymalna gęstość i ciśnienie, jakie może mieć para w danej temperaturze;
2. Gęstość i ciśnienie pary nasyconej zależą od rodzaju substancji. Im niższe ciepło właściwe parowania cieczy, tym szybciej ona odparowuje i tym większe jest ciśnienie i gęstość jej pary;
3. ciśnienie i gęstość pary nasyconej są jednoznacznie określone przez jej temperaturę (nie zależą od tego, w jaki sposób para osiągnęła tę temperaturę: podczas ogrzewania lub chłodzenia);
4. ciśnienie i gęstość pary szybko rosną wraz ze wzrostem temperatury (ryc. 1, a, b).

Doświadczenie pokazuje, że podczas podgrzewania cieczy poziom cieczy w zamkniętym naczyniu spada. W rezultacie wzrasta masa i gęstość pary. Silniejszy wzrost ciśnienia pary nasyconej w porównaniu do gazu doskonałego (prawo Gay-Lussaca nie ma zastosowania do pary nasyconej) tłumaczy się tym, że tutaj ciśnienie wzrasta nie tylko ze względu na wzrost średniej energii kinetycznej cząsteczek (jak w gazie doskonałym), ale także w wyniku wzrostu stężenia cząsteczek;

1. w stałej temperaturze ciśnienie i gęstość pary nasyconej nie zależą od objętości. Dla porównania rysunek 2 pokazuje izotermy gazu doskonałego (a) i pary nasyconej (b).

Ryż. 2

Doświadczenie pokazuje, że podczas rozprężania izotermicznego poziom cieczy w naczyniu maleje, a podczas sprężania wzrasta, tj. liczba cząsteczek pary zmienia się tak, że gęstość pary pozostaje stała.

3 Wilgotność

Powietrze zawierające parę wodną nazywa się mokry . Aby scharakteryzować zawartość pary wodnej w powietrzu, wprowadza się szereg wielkości: wilgotność bezwzględną, ciśnienie pary wodnej i wilgotność względną.

Absolutna wilgotnośćρ powietrze to ilość liczbowo równa masie pary wodnej zawartej w 1 m 3 powietrze (czyli gęstość pary wodnej w powietrzu w danych warunkach).

Prężność pary wodnej s. 25 to ciśnienie cząstkowe pary wodnej zawartej w powietrzu. Jednostki wilgotności bezwzględnej i elastyczności w układzie SI to odpowiednio kilogram na metr sześcienny (kg/m 3) i paskal (Pa).

Jeśli znana jest tylko wilgotność bezwzględna lub ciśnienie pary wodnej, nadal nie można ocenić, jak suche lub wilgotne jest powietrze. Aby określić stopień wilgotności powietrza, musisz wiedzieć, czy para wodna jest bliska, czy daleka od nasycenia.

Wilgotność względna powietrze φ to stosunek wilgotności bezwzględnej do gęstości wyrażony w procentachρ 0 para nasycona w danej temperaturze (lub stosunek ciśnienia pary wodnej do ciśnienia p 0 para nasycona w danej temperaturze):

Im niższa wilgotność względna, im dalej para znajduje się od nasycenia, tym intensywniejsze jest parowanie. Ciśnienie pary nasyconej p 0 przy danej wartości z tabeli temperatur. Ciśnienie pary wodnej (a tym samym wilgotność bezwzględna) zależy od punktu rosy.

Po izobarycznym ochłodzeniu do temperatury t str para staje się nasycona, a jej stan jest oznaczony kropką W . Temperatura tp , przy którym następuje nasycenie pary wodnej, nazywa się punkt rosy . Podczas chłodzenia poniżej punktu rosy rozpoczyna się kondensacja pary wodnej: pojawia się mgła, opada rosa i zaparowują szyby.

4 Pomiar wilgotności powietrza

Przyrządy pomiarowe służą do pomiaru wilgotności powietrza higrometry. Istnieje kilka rodzajów higrometrów, ale najważniejsze z nich to: włosy i psychrometryczny.

Ponieważ trudno jest bezpośrednio zmierzyć ciśnienie pary wodnej w powietrzu, mierzy się wilgotność względnąpośrednio.

Zasada działaniahigrometr do włosówna podstawie właściwości odtłuszczonej sierści (ludzkiej lub zwierzęcej)zmień długośćw zależności od wilgotności powietrza, w którym się znajduje.

Włosy naciągnięty na metalową ramę. Zmiana długości włosów przekazywana jest na strzałkę poruszającą się po skali. Zimą głównym narzędziem do pomiaru wilgotności powietrza na zewnątrz jest higrometr do włosów.

Bardziej dokładnym higrometrem jest higrometr psychrometryczny psychrometr
(w innym greckim „psychros” oznacza zimno).
Wiadomo, że wilgotność względna powietrza zależy szybkość parowania.
Im niższa wilgotność powietrza, tym łatwiej wilgoć odparowuje.

Psychrometr ma dwa termometry . Jeden jest zwyczajny, tak to nazywają suchy Mierzy temperaturę powietrza otoczenia. Gruszkę innego termometru owińmy tkaninowym knotem i włóżmy do pojemnika z wodą. Drugi termometr nie pokazuje temperatury powietrza, ale temperaturę mokrego knota, stąd nazwa nawilżony termometr. Im niższa wilgotność powietrza, tym bardziej intensywne wilgoć odparowuje z knota, im większa ilość ciepła w jednostce czasu jest usuwana z zwilżonego termometru, tym niższe są jego odczyty, tym większa jest różnica między odczytami termometru suchego i zwilżonego.

Punkt rosy określa się za pomocą higrometrów. Higrometr kondensacyjny ma postać metalowej skrzynki A , ściana przednia DO dobrze wypolerowany (rys. 2) Do pudełka wlewa się łatwo odparowujący ciekły eter i wkłada termometr. Przepuszczanie powietrza przez skrzynkę za pomocą gumowej gruszki G , powodują silne odparowanie eteru i szybkie ochłodzenie skrzynki. Termometr mierzy temperaturę, w której na wypolerowanej powierzchni ściany pojawiają się kropelki rosy. DO . Ciśnienie w obszarze przylegającym do ściany można uznać za stałe, ponieważ obszar ten komunikuje się z atmosferą, a spadek ciśnienia w wyniku chłodzenia jest kompensowany wzrostem stężenia pary. Pojawienie się rosy oznacza, że ​​para wodna została nasycona. Znając temperaturę powietrza i punkt rosy, można znaleźć ciśnienie cząstkowe pary wodnej i wilgotność względną.

Ryż. 2

5 Problemów do samodzielnego rozwiązania

Problem 1

Za oknem zimny, jesienny deszcz. W jakim przypadku pranie wiszące w kuchni szybciej wyschnie: gdy okno jest otwarte, czy gdy jest zamknięte? Dlaczego?

Problem 2

Wilgotność powietrza wynosi 78%, a odczyt termometru suchego wynosi 12°C. Jaką temperaturę wskazuje termometr mokry?(Odpowiedź: 10°C.)

Problem 3

Różnica wskazań termometru suchego i mokrego wynosi 4°C. Wilgotność względna 60%. Jakie są odczyty termometru suchego i mokrego?(Odpowiedź: t c -l9 °С, t m ​​\u003d 10 °С.)

1. Model budowy cieczy. Pary nasycone i nienasycone; zależność prężności pary nasyconej od temperatury; wrzenie. Wilgotność powietrza; punkt rosy, higrometr, psychrometr.

Odparowanie - parowanie zachodzące w dowolnej temperaturze ze swobodnej powierzchni cieczy. Podczas ruchu termicznego w dowolnej temperaturze energia kinetyczna cząsteczek cieczy nie przekracza znacząco energii potencjalnej ich połączenia z innymi cząsteczkami. Parowaniu towarzyszy ochłodzenie cieczy. Szybkość parowania zależy od: otwartej powierzchni, temperatury i stężenia cząsteczek w pobliżu cieczy.

Kondensacja- proces przejścia substancji ze stanu gazowego do stanu ciekłego.
Odparowanie cieczy w zamkniętym naczyniu w stałej temperaturze prowadzi do stopniowego wzrostu stężenia cząsteczek parującej substancji w stanie gazowym. Po pewnym czasie od rozpoczęcia parowania stężenie substancji w stanie gazowym osiągnie wartość, przy której liczba cząsteczek powracających do cieczy stanie się równa liczbie cząsteczki opuszczające ciecz w tym samym czasie. Zainstalowany równowaga dynamiczna pomiędzy procesami parowania i kondensacji materii.

Substancja występująca w stanie gazowym równowaga dynamiczna z cieczą, tzw para nasycona. (Para to zbiór cząsteczek opuszczających ciecz podczas procesu parowania.) Parę pod ciśnieniem poniżej poziomu nasyconego nazywa się nienasyconą.

Ze względu na ciągłe parowanie wody z powierzchni zbiorników, gleby i roślinności, a także oddychanie ludzi i zwierząt, atmosfera zawsze zawiera parę wodną. Dlatego ciśnienie atmosferyczne jest sumą ciśnienia suchego powietrza i zawartej w nim pary wodnej. Ciśnienie pary wodnej będzie maksymalne, gdy powietrze będzie nasycone parą. Para nasycona, w przeciwieństwie do pary nienasyconej, nie podlega prawom gazu doskonałego. Zatem prężność pary nasyconej nie zależy od objętości, ale zależy od temperatury. Zależności tej nie można wyrazić prostym wzorem, dlatego na podstawie eksperymentalnych badań zależności prężności pary nasyconej od temperatury opracowano tabele, z których można określić jej ciśnienie w różnych temperaturach.

Nazywa się ciśnieniem pary wodnej w powietrzu w danej temperaturze wilgotność absolutna. Ponieważ prężność pary jest proporcjonalna do stężenia cząsteczek, wilgotność bezwzględną można zdefiniować jako gęstość pary wodnej obecnej w powietrzu w danej temperaturze, wyrażoną w kilogramach na metr sześcienny (p).

Wilgotność względna to stosunek gęstości (lub ciśnienia) pary wodnej w powietrzu w danej temperaturze do gęstości (lub ciśnienia) pary wodnej w tym tej samej temperaturze, wyrażonej procentowo, tj.

Najbardziej korzystna dla człowieka w średnich szerokościach klimatycznych jest wilgotność względna wynosząca 40-60%.

Obniżając temperaturę powietrza, znajdującą się w nim parę można doprowadzić do nasycenia.

punkt rosyto temperatura, w której para zawarta w powietrzu ulega nasyceniu. Kiedy w powietrzu lub na przedmiotach, z którymi się styka, osiągnięty zostanie punkt rosy, para wodna zaczyna się skraplać. Do określenia wilgotności powietrza stosuje się przyrządy zwane higrometrami i psychrometrami.

1. Istnieje wiele zjawisk naturalnych, które można zrozumieć jedynie znając strukturę materii. Do zjawisk takich zaliczają się np. procesy nagrzewania i schładzania ciał, przemiana materii ze stanu stałego w stan ciekły i gazowy, powstawanie mgły itp.

Pytanie, jaką strukturę mają substancje, zajmuje ludzi od czasów starożytnych. I tak w V w. PRZED CHRYSTUSEM Starożytny grecki myśliciel Demokryt wyraził pogląd, że materia składa się z drobnych cząstek niewidocznych dla oka. Uważał, że istnieją granice podziału materii. Tę ostatnią niepodzielną cząstkę, która zachowuje właściwości materii, nazwał „atomem”. Demokryt wierzył także, że atomy są w ciągłym ruchu, a substancje różnią się liczbą atomów, ich wielkością, kształtem i kolejnością ułożenia.

Domysły starożytnych myślicieli nie przekształciły się od razu w ideę naukową. Miała wielu przeciwników: zwłaszcza Arystoteles uważał, że ciało można dzielić w nieskończoność. Ważność tej czy innej hipotezy może zostać potwierdzona jedynie przez doświadczenie; wówczas nie dało się tego zrealizować. Dlatego idee Demokryta zostały na jakiś czas zapomniane. Powrócili do nich w okresie renesansu. W XVII-XVIII wieku. badano właściwości gazów, a następnie w XIX wieku. skonstruowano teorię budowy materii w stanie gazowym. Wielki wkład w rozwój teorii budowy materii wniósł rosyjski naukowiec M.V. Łomonosow (1711-1765), który wierzył, że materia składa się z atomów i korzystając z tych idei, był w stanie wyjaśnić zjawiska takie jak parowanie, przewodność cieplna itp.

2. Molekularna teoria kinetyczna budowy materii opiera się na trzech zasadach.

Pozycja 1. Wszystkie substancje składają się z cząstek, pomiędzy którymi znajdują się odstępy. Cząstkami takimi mogą być cząsteczki, atomy lub jony.

Dowodem na to stanowisko są fakty ustalone w trakcie obserwacji i eksperymentów. Do takich faktów zalicza się ściśliwość ciał, rozpuszczalność substancji w wodzie itp. Tak więc, jeśli rozpuścisz odrobinę farby w wodzie, woda zabarwi się. Jeśli kroplę tej wody umieścimy w innej szklance z czysta woda, wtedy ta woda również się zabarwi, tylko jej kolor będzie mniej nasycony. Możesz powtórzyć tę operację jeszcze kilka razy. W każdym przypadku roztwór będzie zabarwiony, tylko słabiej niż w poprzednim. Oznacza to, że kropla farby dzieli się na cząstki. Przedstawione fakty i opisane doświadczenia pozwalają stwierdzić, że ciała nie są ciałami stałymi, lecz składają się z małych cząstek.

O tym, że ciała nie są ciałami stałymi, lecz pomiędzy cząsteczkami, z których się składają, istnieją szczeliny, świadczy fakt, że gaz w cylindrze można sprężać tłokiem, powietrze można sprężać w balon na ogrzane powietrze gumki lub kawałka gumy, korpusy kurczą się po ochłodzeniu i rozszerzają po podgrzaniu. W ten sposób nieogrzewana kula swobodnie przechodzi przez pierścień, którego średnica jest nieco większa niż średnica kuli. Jeśli kula zostanie podgrzana w płomieniu lampy alkoholowej, nie zmieści się w pierścieniu.

3. Z omówionych powyżej eksperymentów wynika, że ​​substancję można podzielić na osobne cząstki, które zachowują jej właściwości. Istnieje jednak pewna granica podziału materii, tj. istnieje najmniejsza cząsteczka substancji, która zachowuje swoje właściwości. Mniejsza cząsteczka zachowująca właściwości danej substancji po prostu nie istnieje.

Najmniejsza cząsteczka substancji, która ją konserwuje właściwości chemiczne, nazywa się cząsteczką.

Słowa „właściwości chemiczne” mają następujące znaczenie. Sól kuchenna to substancja będąca związkiem sodu i chloru (NaCl). Związek ten ma pewne właściwości chemiczne, w szczególności może reagować z każdą inną substancją. W takim przypadku zarówno kryształ soli, jak i cząsteczka tego związku chemicznego będą zachowywać się w reakcji w ten sam sposób. W tym sensie mówią, że cząsteczka zachowuje właściwości chemiczne danej substancji.

4. Opisane doświadczenia wskazują, że cząsteczki są małe. Nie da się ich zobaczyć gołym okiem. Średnica dużych cząsteczek wynosi około 10 -8 cm.

Ponieważ cząsteczki są tak małe, ciała zawierają ich dużo. Zatem 1 cm 3 powietrza zawiera 27·10 18 cząsteczek.

Masa cząsteczek, a także jej rozmiar, są bardzo małe. Na przykład masa jednej cząsteczki wodoru wynosi 3,3·10 -24 g lub 3,3·10 -27 kg, a masa jednej cząsteczki wody wynosi 3,10 -26 kg. Masa cząsteczek tej samej substancji jest taka sama. Obecnie masę i wielkość cząsteczek różnych substancji określa się dość dokładnie.

5. Cząsteczki składają się z jeszcze mniejszych cząstek, tzw atomy. Na przykład cząsteczkę wody można podzielić na wodór i tlen. Jednakże wodór i tlen to różne substancje i mają inne właściwości niż woda. W procesie tym można rozłożyć cząsteczkę wody na takie substancje reakcja chemiczna.

Atom to najmniejsza cząsteczka materii, która nie ulega rozszczepieniu podczas reakcji chemicznych.

Cząsteczka wody składa się z dwóch atomów wodoru i jednego atomu tlenu; cząsteczka soli kuchennej składa się z jednego atomu sodu i jednego atomu chloru. Cząsteczka cukru jest bardziej złożona: składa się z 6 atomów węgla, 12 atomów wodoru i 6 atomów tlenu, a cząsteczka białka składa się z tysięcy atomów.

Istnieją substancje, których cząsteczki zawierają jednorodne atomy. Na przykład cząsteczka wodoru składa się z dwóch atomów wodoru, cząsteczka tlenu - z dwóch atomów tlenu.

W przyrodzie istnieją substancje, które składają się nie z cząsteczek, ale z atomów. Nazywa się je prostymi. Przykładami takich substancji są aluminium, żelazo, rtęć, cyna itp.

Każda substancja, niezależnie od sposobu jej otrzymania, zawiera te same atomy. Na przykład cząsteczka wody otrzymana przez stopienie lodu, sok z jagód lub wylana z kranu zawiera dwa atomy wodoru i jeden atom tlenu. Cząsteczka tlenu wydobyta z powietrza atmosferycznego lub otrzymana w wyniku dowolnej reakcji chemicznej zawiera dwa atomy tlenu.

6. Pozycja 2. Cząsteczki znajdują się w ciągłym, losowym (chaotycznym) ruchu. Ponieważ cząsteczki są małe, niemożliwa jest bezpośrednia obserwacja i udowodnienie ich ruchu. Jednakże cała seria fakty eksperymentalne i obserwowane zjawiska są konsekwencją ruchu cząsteczek. Należą do nich przede wszystkim Ruch Browna i dyfuzja.

7. Pozycja 3. Cząsteczki oddziałują ze sobą; między nimi działają siły przyciągania i odpychania.

Obserwacje pokazują, że ciała nie rozkładają się na pojedyncze cząsteczki. Twarde ciała, takie jak drewniany kij lub metalowy pręt, są trudne do rozciągnięcia lub złamania. Trudno je również skompresować. Nie jest łatwo skompresować płyn w pojemniku. Gazy są łatwiejsze do sprężenia, ale nadal trzeba włożyć w to trochę wysiłku.

Jeżeli ciała nie rozpadają się na cząsteczki, to jest to oczywiste cząsteczki przyciągają się nawzajem. Wzajemne przyciąganie utrzymuje cząsteczki blisko siebie.

Jeśli weźmiesz dwa ołowiane cylindry i ściśniesz je razem, a następnie zwolnisz, rozdzielą się. Jeśli powierzchnie cylindrów zostaną oczyszczone i ponownie dociśnięte do siebie, cylindry „skleją się”. Nie rozdzielą się nawet wtedy, gdy na dolnym cylindrze zawieszony zostanie kilkukilogramowy ładunek. Wynik ten można wyjaśnić w następujący sposób: cylindry trzymają się razem, ponieważ pomiędzy cząsteczkami działają siły przyciągające.

Przed czyszczeniem cylindrów zostały one rozdzielone, ponieważ na powierzchni cylindrów znajdowały się nierówności, które zostały usunięte podczas czyszczenia. Powierzchnie stały się gładkie, co doprowadziło do zmniejszenia odległości między cząsteczkami na powierzchniach cylindrów podczas ich dociskania. Stąd, siły przyciągania pomiędzy cząsteczkami działają na krótkich dystansach. Odległości te są w przybliżeniu równe rozmiarowi cząsteczki. Dlatego nie można rozbić filiżanki i złożyć jej części, aby otrzymać całą filiżankę. Nie da się podzielić kija na dwie części i złożyć ich w całość.

Oprócz sił przyciągających między cząsteczkami działają siły odpychające, które uniemożliwiają molekułom zbliżanie się do siebie. Wyjaśnia to fakt, że ciała trudno jest ścisnąć; ściśnięta sprężyna przyjmuje swój pierwotny kształt po ustaniu na nią działania siła zewnętrzna. Dzieje się tak, ponieważ po skompresowaniu cząsteczki zbliżają się do siebie, a siły odpychające działające między nimi wzrastają. Przywracają wiosnę do pierwotnego stanu.

Kiedy ciało jest rozciągnięte, siła odpychająca maleje o w większym stopniu niż siła ciężkości. Kiedy ciało jest ściskane, siła odpychania wzrasta w większym stopniu niż siła przyciągania.

8. Substancje mogą występować w trzech stanach skupienia: stałym, ciekłym i gazowym. Właściwości ciał w różnych stanach skupienia są różne.

Zatem ciało stałe ma określony kształt i pewną objętość. Trudno jest go skompresować lub rozciągnąć; jeśli go ściśniesz, a następnie puścisz, zwykle przywraca swój kształt i objętość. Wyjątkiem są niektóre substancje, których stan stały ma właściwości zbliżone do cieczy (plastelina, wosk, var).

Ciecz przyjmuje kształt pojemnika, do którego się ją wlewa. Sugeruje to, że ciecz w warunkach ziemskich nie ma własnego kształtu. Tylko bardzo małe krople płynu mają swój własny kształt - kształt kuli.

Niezwykle trudno jest zmienić objętość cieczy. Jeśli więc napełnisz pompę wodą, zamkniesz otwór na dnie i spróbujesz skompresować wodę, jest mało prawdopodobne, że się to uda. Oznacza to, że ciecz ma swoją własną objętość.

W przeciwieństwie do cieczy, objętość gazu można dość łatwo zmienić. Można to zrobić ściskając piłkę rękami lub balon. Gaz nie ma własnej objętości; zajmuje całą objętość zbiornika, w którym się znajduje. To samo można powiedzieć o formie gazu.

Zatem ciała stałe mają swój własny kształt i objętość, ciecze mają swoją objętość, ale jej nie mają własną formę, gazy nie mają ani własnej objętości, ani własnego kształtu. Ciała stałe i ciecze są trudne do sprężenia, gazy łatwo się kompresują.

Te właściwości ciał można wyjaśnić wykorzystując wiedzę o budowie materii.

Ponieważ gazy zajmują całą dostarczoną im objętość, oczywiste jest, że siły przyciągania pomiędzy cząsteczkami gazu są małe. Oznacza to, że cząsteczki znajdują się w stosunkowo dużych odległościach od siebie. Są one średnio dziesiątki razy większe niż odległości pomiędzy cząsteczkami cieczy. Potwierdza to fakt, że gazy są łatwo ściśliwe.

Małe siły przyciągające wpływają również na charakter ruchu cząsteczek gazu. Cząsteczka gazu porusza się po linii prostej, aż do zderzenia z inną cząsteczką, w wyniku czego zmienia kierunek swojego ruchu i porusza się po linii prostej aż do kolejnego zderzenia.

Ciała stałe są trudne do sprasowania. Wynika to z faktu, że cząsteczki znajdują się blisko siebie i przy niewielkiej zmianie odległości między nimi siły odpychania gwałtownie rosną. Stosunkowo duże przyciąganie pomiędzy cząsteczkami ciał stałych powoduje, że zachowują one swój kształt i objętość.

Atomy lub cząsteczki większości ciał stałych są ułożone w określonej kolejności i formie sieć krystaliczna. Rycina 63 przedstawia sieć krystaliczną soli kuchennej. W węzłach sieci krystalicznej znajdują się atomy sodu (Na) i chloru (Cl). Cząstki ciała stałego (atomy lub cząsteczki) podlegają ruchowi oscylacyjnemu względem węzła sieci krystalicznej.

W cieczach cząsteczki również znajdują się dość blisko siebie. Dlatego są trudne do skompresowania i mają własną objętość. Jednakże siły przyciągania pomiędzy cząsteczkami cieczy nie są wystarczająco silne, aby ciecz zachowała swój kształt.

Charakter ruchu cząsteczek cieczy jest bardzo złożony. Nie są one ułożone tak uporządkowanie jak cząsteczki ciał stałych, ale w większym porządku niż cząsteczki gazów. Cząsteczki cieczy podlegają ruchowi oscylacyjnemu względem położeń równowagi, ale z biegiem czasu te położenia równowagi ulegają przesunięciu.

Rycina 64 przedstawia ułożenie cząsteczek wody w różnych stanach skupienia: stały (c), ciekły (b), gazowy (a).

Część 1

1. Cząsteczka jest

1) najmniejsza cząstka materii
2) cząstka substancji zachowująca swoje właściwości chemiczne
3) najmniejsza cząsteczka substancji, która zachowuje wszystkie swoje właściwości
4) najmniejsza cząsteczka substancji zachowująca swoje właściwości chemiczne

2. O tym, że pomiędzy cząsteczkami substancji występują przerwy, świadczy:

A. Ściśliwość gazów
B. Podział substancji na części

Prawidłowa odpowiedź

1) tylko A
2) tylko B
3) zarówno A, jak i B
4) ani A, ani B

3. Podczas podgrzewania słupa wody w czajniku

1) zmniejsza się średnia odległość między cząsteczkami wody
2) wzrasta średnia odległość między cząsteczkami wody
3) zwiększa się objętość cząsteczek wody
4) zmniejsza się objętość cząsteczek wody

4. Podczas rozciągania drutu miedzianego między cząsteczkami

1) działają tylko siły atrakcyjne
2) działają zarówno siły przyciągające, jak i odpychające, ale siły przyciągające są większe niż siły odpychające
3) działają zarówno siły przyciągające, jak i odpychające, ale siły odpychające są większe niż siły przyciągające
4) działają tylko siły odpychające

5. Stały sprężysty korpus został ściśnięty i umieszczono na nim obciążenie. Jak zmieniły się siły oddziaływania pomiędzy cząsteczkami substancji tego ciała?

1) wzrosły tylko siły przyciągania
2) wzrosły tylko siły odpychające
3) wzrosły zarówno siły przyciągające, jak i odpychające, ale siły przyciągające stały się większe niż siły odpychające
4) wzrosły zarówno siły przyciągające, jak i odpychające, ale siły odpychające stały się większe niż siły przyciągające

6. W jakim stanie skupienia znajduje się substancja, jeśli nie ma własnego kształtu, ale ma swoją objętość?

1) tylko w płynie
2) tylko w gazie
3) w postaci ciekłej lub gazowej
4) tylko w postaci stałej

7. W jakim stanie skupienia znajduje się substancja, jeśli nie ma ani własnego kształtu, ani własnej objętości?

1) tylko w płynie
2) tylko w gazie
3) w postaci ciekłej lub gazowej
4) tylko w postaci stałej

8. Charakterystyczny jest najmniejszy porządek w ułożeniu cząstek

1) gazy
2) płyny
3) ciała krystaliczne
4) ciała amorficzne

9. Podczas przejścia wody ze stanu ciekłego do stanu krystalicznego

1) zwiększa się odległość między cząsteczkami
2) cząsteczki zaczynają się przyciągać
3) wzrasta porządek w ułożeniu cząsteczek
4) zmniejsza się odległość między cząsteczkami

10. Kiedy cukierek przechodzi ze stanu amorficznego w stan krystaliczny, na jego powierzchni tworzą się kryształki cukru. Naraz

1) odległości między cząsteczkami cukru znacznie się zwiększają
2) cząsteczki cukru przestają poruszać się chaotycznie
3) wzrasta porządek w ułożeniu cząsteczek cukru
4) odległości między cząsteczkami cukru są znacznie zmniejszone

11. Z poniższej listy stwierdzeń wybierz dwa poprawne i wpisz ich numery w tabelce.

1) Cząsteczka to najmniejsza cząsteczka substancji.
2) Przenoszenie ciśnienia przez ciecz i gaz wynika z mobilności ich cząsteczek.
3) W nieodkształconym ciele siły przyciągania pomiędzy cząsteczkami są równe siłom odpychania.
4) Przy małych odległościach między cząsteczkami działają tylko siły odpychające.
5) Oddziaływanie pomiędzy cząsteczkami ma charakter grawitacyjny.

12. Z podanych stwierdzeń wybierz dwa prawidłowe i wpisz ich numery w tabeli.

1) Woda przelewana z jednego naczynia do drugiego przyjmuje kształt naczynia.
2) Dyfuzja w cieczach zachodzi szybciej niż w gazach.
3) Cząsteczki substancji znajdują się w ciągłym, ukierunkowanym ruchu.
4) W danej temperaturze wszystkie cząsteczki poruszają się z tą samą prędkością.
5) Woda rozlewa się po drewnianym stole, ponieważ siły oddziaływania między cząsteczkami wody są mniejsze niż siły oddziaływania między cząsteczkami wody i drewna.

Odpowiedzi