У чому вимірюється температура нагрівача

Якщо в результаті теплообміну тілу передається деяка кількість теплоти, то внутрішня енергія тіла та її температура змінюються. Кількість теплоти Q, необхідне для нагрівання 1 кг речовини на 1 К називають питомою теплоємністю речовини c. Тоді кількість теплоти (енергії) необхідне зміни температури деякого тіла масою m можна розрахувати за формулою:

При цьому в цій формулі абсолютно не важливо, в яких одиницях підставлена ​​температура, тому що нам важливо не її абсолютне значення, а зміна. Одиниця виміру питомої теплоємності речовини: Дж/(кг∙К).

Твір маси тіла на питому теплоємність речовини, з якої воно виготовлено називається теплоємністю тіла (тобто просто теплоємністю без слова «питома»):

Якщо за умови завдання сказано про теплоємність тіла, кількість теплоти, віддане чи отримане цим тілом, можна розрахувати по формуле:

• Питома теплоємність позначається невеликою літерою з, і є характеристикою речовини.



• (Просто) Теплоємність позначається великою літерою С і є характеристикою даного тіла.

Нагадаємо, що кількість теплоти Q віддане будь-яким джерелом (нагрівачем) розраховується за формулою: Q = Pt, де: P - Потужність джерела, t - Час, протягом якого джерело віддавало тепло. Під час вирішення завдань не плутайте час роботи джерела та температуру.

Фазові перетворення

Фазою речовини називається однорідна система, наприклад, тверде тіло, фізичні властивості якої у всіх точках однакові.Між різними фазами речовини за звичайних умов існує чітко виражена межа (поверхня) поділу. При зміні зовнішніх умов (температури, тиску, електричних та магнітних полів) речовина може переходити з однієї фази до іншої. Такі процеси називаються фазовими перетвореннями (переходами).

Процес фазового переходу з рідкого стану в газоподібний (пароутворення) або з твердого в рідке (плавлення) може відбуватися тільки при повідомленні речовини певної кількості теплоти. Зворотні фазові переходи (конденсація і кристалізація, або затвердіння) супроводжуються виділенням такої ж кількості теплоти.

Кількість теплоти, що надходить до системи або виділяється з неї, змінює її внутрішню енергію. Це означає, що внутрішня енергія пари при 100°С більше, ніж рідини за тієї ж температури. Зазначені фазові переходи йдуть за постійних температур, які називаються відповідно температурою кипіння і температурою плавлення. Кількість теплоти, необхідне для перетворення рідини на пару або виділяється пором при конденсації, називається теплотою пароутворення:

де: r – питома теплота пароутворення. Одиниця виміру [r] = 1 Дж/кг. Фізичний зміст питомої теплоти пароутворення: вона дорівнює кількості теплоти, необхідного для перетворення на пару 1 кг рідини, що знаходиться при температурі кипіння. Перетворення рідини на пару не вимагає доведення рідини до кипіння. Вода може перетворитися на пару і за кімнатної температури. Такий процес називається випаровуванням.

Кількість теплоти, необхідне для плавлення тіла або виділяється при кристалізації (затвердінні), називається теплотою плавлення:

де: λ – питома теплота плавлення. Одиниця виміру [λ] = 1 Дж/кг. Фізичний зміст питомої теплоти плавлення: теплота, необхідна для плавлення 1 кг речовини, що при температурі плавлення. Питомі теплоти пароутворення та плавлення називаються також прихованими теплотами, оскільки при фазових переходах температура системи не змінюється, незважаючи на те, що теплота до неї підводиться.

Зверніть увагу: під час фазових переходів температура системи не змінюється. А також те, що самі фазові переходи починаються тільки після досягнення необхідної температури.

Найбільш поширеним джерелом енергії потреб людини є паливо – речовина, при згорянні якого виділяється кілька теплоти. Кількість теплоти, що виділяється при згорянні палива масою m, називається теплотою згоряння палива:

де: q – питома теплота згоряння (Теплотворна здатність, калорійність) палива. Одиниця виміру [q] = 1 Дж/кг. Фізичний зміст питомої теплоти згоряння палива: величина, що показує, скільки теплоти виділяється при повному згорянні 1 кг палива.

Рівняння теплового балансу

Відповідно до закону збереження енергії для замкнутої системи тіл, в якій не відбувається жодних перетворень енергії, крім теплообміну, кількість теплоти, що віддається більш нагрітими тілами, дорівнює кількості теплоти, що отримується більш холодними. Теплообмін припиняється може термодинамічного рівноваги, тобто. коли температура всіх тіл системи стає однаковою. Сформулюємо рівняння теплового балансу: у замкнутій системі тіл алгебраїчна сума кількостей теплоти, відданих та отриманих усіма тілами, що беруть участь у теплообміні, дорівнює нулю:

При використанні такої форми запису рівняння теплового балансу, щоб не зробити помилку, запам'ятайте: коли Ви рахуватимете теплоту при нагріванні або охолодженні тіла, потрібно з більшої температури віднімати меншу, щоб теплота завжди була позитивною. Якщо всі теплоти записувати з урахуванням знака, де «+» відповідає отриманню енергії тілом, а «–» виділенню, то рівняння теплового балансу можна записати у вигляді:

При використанні такої форми запису потрібно завжди від кінцевої температури віднімати початкову. При такому підході знак їхньої різниці сам «покаже» віддає тіло теплоту або отримує.

Запам'ятайте, що тіло поглинає теплоту якщо відбувається:

Тіло віддає теплоту якщо відбувається:

• Охолодження,



• Кристалізація,



• Конденсація,



• Згоряння палива.

Саме в цій темі, має сенс не вирішувати завдання у загальному вигляді, а одразу підставляти числа.

Взаємні перетворення механічної та внутрішньої енергії

При непружних ударах механічна енергія частково чи повністю перетворюється на внутрішню енергію тіл, тобто тіла можуть нагріватися і плавиться. У загальному випадку зміна механічної енергії дорівнює кількості теплоти, що виділяється.

Робота ідеального газу

Термодинаміка - Це наука про теплові явища. На противагу молекулярно-кінетичній теорії, яка робить висновки на основі уявлень про молекулярну будову речовини, термодинаміка виходить із найбільш загальних закономірностей теплових процесів та властивостей макроскопічних систем. Висновки термодинаміки спираються на сукупність досвідчених фактів і не залежать від наших знань про внутрішній устрій речовини, хоча в ряді випадків термодинаміка використовує молекулярно-кінетичні моделі для ілюстрації своїх висновків.

Термодинаміка розглядає ізольовані системи тіл, що перебувають у стані термодинамічної рівноваги. Це означає, що в таких системах припинилися всі макроскопічні процеси, що спостерігаються. Важливою властивістю термодинамічно рівноважної системи є вирівнювання температури її частин.

Якщо термодинамічна система була піддана зовнішньому впливу, то зрештою вона перейде до іншого рівноважного стану. Такий перехід називається термодинамічний процес. Якщо процес протікає досить повільно (у межі нескінченно повільно), то система у кожний момент часу виявляється близькою до рівноважного стану. Процеси, що складаються з послідовності рівноважних станів, називаються квазістатичними (або квазістаціонарними, ще одна назва таких процесів - рівноважні).

В ізобарному процесі роботу ідеального газу можна розраховувати за формулами:

Наголосимо ще раз: роботу газу з розширення можна вважати за цими формулами лише якщо тиск постійно. Згідно з цією формулою, при розширенні газ робить позитивну роботу, а при стисканні – негативну (тобто газ пручається стиску і над ним потрібно виконувати роботу, щоб воно відбулося).

Якщо тиск не можна вважати постійним, то роботу газу знаходять, як площа фігури під графіком у координатах (p, V). Вочевидь, що у ізохорному процесі робота газу дорівнює нулю.

Зважаючи на те, що робота газу чисельно дорівнює площі під графіком, стає зрозуміло, що величина роботи залежить від того, який саме процес відбувався, адже у кожного процесу свій графік, а під ним своя площа.Таким чином, робота залежить не тільки і не стільки від початкового та кінцевого станів газу, скільки від процесу, за допомогою якого кінцевий стан було досягнуто.

Внутрішня енергія

Одним із найважливіших понять термодинаміки є внутрішня енергія тіла. Всі макроскопічні тіла мають енергію, укладену всередині самих тіл. З точки зору молекулярно-кінетичної теорії внутрішня енергія речовини складається з кінетичної енергії всіх атомів і молекул та потенційної енергії їхньої взаємодії один з одним. Зокрема, внутрішня енергія ідеального газу дорівнює сумі кінетичних енергій усіх частинок газу, що перебувають у безперервному та безладному тепловому русі. Внутрішня енергія ідеального газу залежить лише від його температури та не залежить від об'єму. Внутрішня енергія одноатомного ідеального газу розраховується за формулами:

Таким чином, внутрішня енергія U Тіло однозначно визначається макроскопічними параметрами, що характеризують стан тіла. Вона залежить від цього, яким шляхом було реалізовано цей стан. Вважається, що внутрішня енергія є функцією стану. Це означає, що зміна внутрішньої енергії не залежить від того, як система була переведена з одного стану в інший (а залежить лише від характеристик початкового та кінцевого станів) і завжди, у будь-яких процесах для одноатомного ідеального газу визначається виразом:

Зверніть увагу: ця формула правильна тільки для одноатомного газу, зате вона може бути застосована до всіх процесів (а не тільки до ізобарного, як формула для роботи). Як видно з формули, якщо температура не змінювалася, то внутрішня енергія залишається незмінною.

Перший закон термодинаміки

Якщо система обмінюється теплом з оточуючими тілами і виконує роботу (позитивну чи негативну), змінюється стан системи, тобто змінюються її макроскопічні параметри (температура, тиск, об'єм). Оскільки внутрішня енергія U однозначно визначається макроскопічними параметрами, що характеризують стан системи, то звідси випливає, що процеси теплообміну та здійснення роботи супроводжуються зміною ΔU внутрішньої енергії системи.

Перший закон (початок) термодинаміки є узагальненням закону збереження та перетворення енергії для термодинамічної системи. Він формулюється так: Зміна ΔU внутрішньої енергії неізольованої термодинамічної системи дорівнює різниці між кількістю теплоти Q, переданій системі, та роботою Aдосконалою системою над зовнішніми тілами. Однак, співвідношення, що виражає перший закон термодинаміки, частіше записують у трохи іншій формі:

Кількість теплоти, отримане системою, йде зміну її внутрішньої енергії та здійснення роботи над зовнішніми тілами (таке формулювання зручніша і зрозуміла, у такому вигляді цілком очевидно, що це просто закон збереження енергії).

Перший закон термодинаміки є узагальненням дослідних фактів. Відповідно до цього закону, енергія не може бути створена або знищена; вона передається від однієї системи до іншої і перетворюється з однієї форми на іншу. Важливим наслідком першого закону термодинаміки є твердження про неможливість створення машини, здатної здійснювати корисну роботу без споживання енергії ззовні і без будь-яких змін усередині самої машини. Така гіпотетична машина одержала назву вічного двигуна (perpetuum mobile) першого роду.Численні спроби створити таку машину незмінно закінчувалися провалом. Будь-яка машина може виконувати позитивну роботу A над зовнішніми тілами лише за рахунок отримання деякої кількості теплоти Q від навколишніх тіл або зменшення ΔU своєї внутрішньої енергії.

Адіабатним (адіабатічним) називають процес, у ході якого система не обмінюється теплом із довкіллям. При адіабатному процесі Q = 0. Тому: ΔU + A = 0, тобто: A = - ΔU. Газ здійснює роботу рахунок зменшення власної внутрішньої енергії.

Перший початок термодинаміки та ізопроцеси

Для різних ізопроцесів можна виписати формули якими можуть бути розраховані отримана теплота Q, Зміна внутрішньої енергії ΔU та робота газу A. Ізохорний процес (V = const):

Ізобарний процес (p = const):

Ізотермічний процес (T = const):

Адіабатний процес (Q = 0):

Якщо задачі явно не сказано, що газ одноатомний (або не названий один з інертних газів, наприклад, гелій), то застосовувати формули з цього розділу не можна.

Цикли. Теплові машини

Тепловим двигуном називається пристрій, здатний перетворювати отриману кількість теплоти на механічну роботу. Механічна робота у теплових двигунах проводиться у процесі розширення деякої речовини, яка називається робочим тілом. Як робоче тіло зазвичай використовуються газоподібні речовини (пари бензину, повітря, водяна пара). Робоче тіло отримує (або віддає) теплову енергію у процесі теплообміну з тілами, які мають великий запас внутрішньої енергії. Ці тіла називають тепловими резервуарами.

Реально існуючі теплові двигуни (парові машини, двигуни внутрішнього згоряння тощо) працюють циклічно.Процес теплопередачі та перетворення отриманої кількості теплоти в роботу періодично повторюється. Для цього робоче тіло має здійснювати круговий процес або термодинамічний цикл, у якому періодично відновлюється вихідний стан.

Загальна властивість всіх кругових процесів полягає в тому, що їх неможливо провести, наводячи робоче тіло теплового контакту тільки з одним тепловим резервуаром. Їх потрібно принаймні два. Тепловий резервуар з вищою температурою називають нагрівачем, а з нижчою – холодильником. Здійснюючи круговий процес, робоче тіло отримує від нагрівача деяку кількість теплоти. Q₁ > 0 і віддає холодильнику кількість теплоти Q₂ < 0.

ККД теплової машини може бути розрахований за формулою:

де: Q₁ – кількість теплоти, отримана робочим тілом за один цикл від нагрівача, Q₂ – кількість теплоти передана робочим тілом за цикл холодильнику. Робота виконана тепловою машиною за один цикл:

Коефіцієнт корисної дії показує, яка частина теплової енергії, отриманої робочим тілом від «гарячого» теплового резервуара, перетворилася на корисну роботу. Решта (1 – η) була «марно» передана холодильнику. Коефіцієнт корисної дії теплової машини завжди менше одиниці (η < 1).

Найбільший ККД при заданих температурах нагрівача T₁ та холодильника T₂, досягається якщо теплова машина працює по циклу Карно. Цикл Карно складається з двох ізотерм та двох адіабат. ККД циклу Карно дорівнює:

Другий початок (другий закон) термодинаміки

Перший закон термодинаміки не встановлює напряму протікання теплових процесів.Однак, як показує досвід, багато теплових процесів можуть протікати тільки в одному напрямку. Такі процеси називаються незворотними. Наприклад, при тепловому контакті двох тіл з різними температурами тепловий потік завжди спрямований від теплішого тіла до холоднішого. Ніколи не спостерігається мимовільний процес передачі тепла від тіла з низькою температурою до тіла з вищою температурою. Отже, процес теплообміну при кінцевій різниці температур є необоротним.

Оборотними процесами називають процеси переходу системи з одного рівноважного стану до іншого, які можна провести у зворотному напрямку через ту ж послідовність проміжних рівноважних станів. При цьому сама система та оточуючі тіла повертаються до вихідного стану.

Необоротними є процеси перетворення механічної роботи у внутрішню енергію тіла через наявність тертя, процеси дифузії в газах і рідинах, процеси перемішування газу за наявності початкової різниці тисків і т.д. Всі реальні процеси незворотні, але вони можуть як завгодно близько наближатися до оборотних процесів. Оборотні процеси є ідеалізацією реальних процесів.

Перший закон термодинаміки неспроможна відрізнити оборотні процеси від незворотних. Він просто вимагає від термодинамічного процесу певного енергетичного балансу і нічого не говорить про те, чи можливий такий процес чи ні. Напрямок мимовільно протікають процесів встановлює другий закон термодинаміки. Він може бути сформульований у вигляді заборони певних видів термодинамічних процесів.

Англійський фізик У.Кельвін дав у 1851 році таке формулювання другого закону: У циклічно діючій тепловій машині неможливий процес, єдиним результатом якого було б перетворення на механічну роботу всієї кількості теплоти, отриманої від єдиного теплового резервуара.

Гіпотетичну теплову машину, в якій міг би відбуватися такий процес, називають "вічним двигуном другого роду". Як уже мало стати зрозуміло, другий початок термодинаміки забороняє існування такого двигуна.

Німецький фізик Р.Клаузіус дав інше формулювання другого закону термодинаміки: Неможливий процес, єдиним результатом якого була передача енергії шляхом теплообміну від тіла з низькою температурою до тіла з більш високою температурою. Слід зазначити, що обидві формулювання другого закону термодинаміки еквівалентні.

Складні завдання з термодинаміки

При вирішенні різних нестандартних задач з термодинаміки необхідно враховувати такі зауваження:

• Для пошуку роботи ідеального газу треба побудувати графік процесу в координатах p(V) і знайти площу фігури під графіком. Якщо дано графік процесу в координатах p(T) або V(T), то його спочатку перебудовують у координати p(V). Якщо ж за умови задається математична залежність між параметрами газу, то спочатку знаходять залежність між тиском і об'ємом, а потім будують графік p(V).



• Для роботи суміші газів використовують закон Дальтона.



• При поєднанні теплоізольованих судин має змінюватися внутрішня енергія всієї системи, тобто. на скільки джоулів збільшиться внутрішня енергія газу в одній посудині, на стільки зменшиться в іншій.



• Взагалі кажучи, тиск і температуру газу можна вимірювати лише у стані термодинамічної рівноваги, коли тиск і температура у всіх точках судини однакові. Але бувають ситуації, коли тиск однаковий у всіх точках, а температура немає. Це може бути наслідком різної концентрації молекул у різних частинах судини (проаналізуйте формулу: p = nkT).



• Іноді доводиться в задачах термодинаміки використовувати знання з механіки.

Розрахунок ККД циклів за графіком

Завдання цієї теми по праву вважаються одними із найскладніших завдань у термодинаміці. Отже, для вирішення Вам доведеться, по-перше, перекласти графік процесу p(V) – координати. По-друге, треба розрахувати роботу газу за цикл. Корисна робота дорівнює площі фігури всередині графіка циклічного процесу в координатах p(V). По-третє, потрібно розібратися, де газ отримує, а де віддає теплоту. Для цього згадайте перший початок термодинаміки. Внутрішня енергія ідеального газу залежить від його температури, а робота – від обсягу. Тому, газ отримує теплоту, якщо:

• Збільшуються та її температура, і обсяг;



• Збільшується обсяг, а температура постійна;



• Збільшується температура, а обсяг постійний.

Газ віддає теплоту, якщо:

• Зменшуються його температура, і обсяг;



• Зменшується обсяг, а температура постійна;



• Зменшується температура, а обсяг постійний.

Якщо один з параметрів збільшується, а інший зменшується, щоб зрозуміти, віддає газ теплоту або отримує її, необхідно «в лоб» по першому початку термодинаміки розрахувати теплоту і подивитися на її знак. Позитивна теплота – газ її отримує. Негативна – віддає.

Перший тип завдань. У p(V) – координати графік циклу є фігурою з легко обчислюваною площею, і газ отримує теплоту в ізохорних та ізобарних процесах. Застосовуйте формулу:

Зверніть увагу, що у знаменнику стоїть лише теплота, отримана газом за один цикл, тобто теплота лише у тих процесах, у яких газ отримував її.

Другий тип завдань. У p(V) – координати графік циклу є фігурою з легко обчислюваною площею, і газ віддає теплоту в ізохорних та ізобарних процесах. Застосовуйте формулу:

Зверніть увагу, що у знаменнику стоїть лише теплота, віддана газом за один цикл, тобто теплота лише у тих процесах, у яких газ віддавав її.

Третій тип завдань. Газ отримує теплоту над зручних до розрахунку изохорных чи ізобарних процесах, у циклі є ізотерми чи адіабати, чи взагалі «ніякі» процеси. Застосовуйте формулу:

Властивості пари. Вологість

Будь-яка речовина за певних умов може перебувати у різних агрегатних станах – твердому, рідкому і газоподібному. Перехід з одного стану до іншого називається фазовим переходом. Випаровування та конденсація є прикладами фазових переходів.

Випаровуванням називається фазовий перехід з рідкого стану в газоподібний. З точки зору молекулярно-кінетичної теорії, випаровування - це процес, при якому з поверхні рідини вилітають найбільш швидкі молекули, кінетична енергія яких перевищує енергію їх зв'язку з іншими молекулами рідини. Це призводить до зменшення середньої кінетичної енергії молекул, що залишилися, тобто до охолодження рідини (якщо немає підведення енергії від навколишніх тіл).

Конденсація - Це процес, зворотний процесу випаровування. При конденсації молекули пари повертаються у рідину.

У закритому посудині рідина та її пара можуть у стані динамічного рівноваги, тобто. число молекул, що вилітають з рідини, дорівнює кількості молекул, що повертаються в рідину з пари, це означає, що швидкості процесів випаровування та конденсації однакові. Таку систему називають двофазний. Пара, що знаходиться в рівновазі зі своєю рідиною, називають насиченим.

Насичена пара має максимальні: тиск, концентрацію, щільність при цій температурі. Вони залежать тільки від температури насиченої пари, але не від її об'єму.

Це означає, що якби ми посудину закрили не кришкою, а поршнем, і після того, як пара стала насиченою, стали б її стискати, то тиск, щільність і концентрація пари не змінилися б. Якщо бути точнішим, то тиск, щільність та концентрація на невеликий час збільшилися б, і пара стала б перенасиченою. Але відразу ж частина пари перетворилася б на воду, і параметри пари стали б колишніми. Якщо підняти поршень, то пара перестане бути насиченою. Однак через випаровування через деякий час знову стане насиченим. Тут слід врахувати, що якщо води на дні судини немає або її небагато, то це випаровування може виявитися недостатнім, щоб пара знову стала насиченою.

• Фраза: «У закритій посудині з водою. » – означає, що над водою насичена пара.



• Випадання роси означає, що пара стає насиченою.

Абсолютною вологістю ρ називають кількість водяної пари, що міститься в 1 м 3 повітря (тобто просто щільність водяної пари; з рівняння Клапейрона-Менделєєва виражається відношення маси до об'єму і виходить наступна формула):

де: р - парціальний тиск водяної пари, М - молярна маса, R - Універсальна газова постійна, Т - Абсолютна температура. Одиниця виміру абсолютної вологості в СІ [ρ] = 1 кг/м 3 хоча зазвичай використовують 1 г/м 3 .

Відносною вологістю φ називається відношення абсолютної вологості ρ до тієї кількості водяної пари ρ₀, яке необхідне для насичення 1 м 3 повітря за даної температури:

Відносну вологість можна також визначити як відношення тиску водяної пари р до тиску насиченої пари р₀ при цій температурі:

Випаровування може відбуватися не тільки з поверхні, але і в обсязі рідини. У рідині завжди є дрібні бульбашки газу. Якщо тиск насиченої пари рідини дорівнює зовнішньому тиску (тобто тиску газу в бульбашках) або перевищує його, рідина випаровуватиметься всередину бульбашок. Пухирці, наповнені парою, розширюються і спливають на поверхню. Цей процес називається кипінням. Таким чином, кипіння рідини починається за такої температури, при якій тиск її насиченої пари стає рівним зовнішньому тиску.

Зокрема, за нормального атмосферного тиску вода кипить при температурі 100°С. Це означає, що при такій температурі тиск насиченої пари води дорівнює 1 атм. Важливо знати, що температура кипіння залежить від тиску. У герметично закритому посудині рідина кипіти неспроможна, т.к. при кожному значенні температури встановлюється рівновага між рідиною та її насиченою парою.

Поверхневий натяг

Молекули речовини в рідкому стані розташовані майже впритул один до одного.На відміну від твердих кристалічних тіл, в яких молекули утворюють упорядковані структури у всьому обсязі кристала і можуть здійснювати теплові коливання біля фіксованих центрів, молекули рідини мають більшу свободу. Кожна молекула рідини, як і у твердому тілі, «затиснута» з усіх боків сусідніми молекулами і здійснює теплові коливання близько певного положення рівноваги. Однак, іноді будь-яка молекула може стрибком переміститися в сусіднє вакантне місце. Такі перескоки у рідинах відбуваються досить часто; тому молекули не прив'язані до певних центрів, як у кристалах, і можуть переміщатися по всьому об'єму рідини. Цим пояснюється плинність рідин.

Внаслідок щільного пакування молекул стисливість рідин, тобто зміна об'єму при зміні тиску, дуже мала; вона у десятки та сотні тисяч разів менша, ніж у газах.

Найбільш цікавою особливістю рідин є наявність вільної поверхні. Рідина, на відміну від газів, не заповнює весь обсяг посудини, в яку вона налита. Між рідиною та газом (або парою) утворюється межа розділу, яка знаходиться в особливих умовах порівняно з рештою маси рідини. Молекули в прикордонному шарі рідини, на відміну молекул в її глибині, оточені іншими молекулами тієї ж рідини не з усіх боків. Сили міжмолекулярної взаємодії, що діють на одну з молекул усередині рідини з боку сусідніх молекул, в середньому скомпенсовані взаємно. Будь-яка молекула в прикордонному шарі притягується молекулами, що знаходяться всередині рідини (силами, що діють на цю молекулу рідини з боку молекул газу (або пари) можна знехтувати).В результаті з'являється деяка сила, що рівнодіє, спрямована вглиб рідини. Якщо молекула переміститься із поверхні всередину рідини, сили міжмолекулярної взаємодії зроблять позитивну роботу. Навпаки, щоб витягнути деяку кількість молекул із глибини рідини на поверхню (тобто збільшити площу поверхні рідини), треба витратити позитивну роботу зовнішніх сил ΔA_внеш, пропорційну зміні ΔS площі поверхні.

Отже, молекули поверхневого шару рідини мають надмірну порівняно з молекулами всередині рідини потенційною енергією. Потенційна енергія E_p поверхні рідини пропорційна її площі:

Коефіцієнт σ називається коефіцієнтом поверхневого натягу (σ > 0). Таким чином, коефіцієнт поверхневого натягу дорівнює роботі, необхідної збільшення площі поверхні рідини на одиницю при постійній температурі. У СІ коефіцієнт поверхневого натягу вимірюється в джоулях на квадратний метр (Дж/м 2 ) або в ньютонах на метр (1 Н/м = 1 Дж/м 2 ).

З механіки відомо, що рівноважним станам системи відповідає мінімальне значення її потенційної енергії (будь-яке тіло завжди прагне скотитися з гори, а не забратися на неї). Звідси випливає, що вільна поверхня рідини прагне скоротити свою площу. З цієї причини вільна крапля рідини набуває кулястої форми. Рідина поводиться так, ніби по дотичній до її поверхні діють сили, що скорочують (стягують) цю поверхню. Ці сили називаються силами поверхневого натягу. Наявність сил поверхневого натягу робить поверхню рідини схожою пружну розтягнуту плівку.Сила поверхневого натягу, що діє на ділянку кордону рідини завдовжки L обчислюється за такою формулою:

Таким чином, коефіцієнт поверхневого натягу σ може бути визначений як модуль сили поверхневого натягу, що діє на одиницю довжини лінії, що обмежує поверхню.

Капілярними явищами називають підйом чи опускання рідини в трубках малого діаметра – капілярах. Змочують рідини піднімаються по капілярах, незмочують - опускаються. При цьому висота стовпа рідини у капілярі:

де: r - Радіус капіляра (тобто тонкої трубки). При повному змочуванні θ = 0 °, cos θ = 1. У цьому випадку висота стовпа рідини в капілярі дорівнює:

Як успішно підготуватися до ЦТ з фізики та математики?

Для того щоб успішно підготуватися до ЦТ з фізики та математики, серед іншого, необхідно виконати три найважливіші умови:

1. Вивчити всі теми та виконати всі тести та завдання наведені у навчальних матеріалах на цьому сайті. Для цього потрібно всього нічого, а саме: присвячувати підготовці до ЦТ з фізики та математики, вивченню теорії та вирішенню завдань по три-чотири години щодня. Справа в тому, що ЦТ це іспит, де мало просто знати фізику чи математику, потрібно ще вміти швидко і без збоїв вирішувати велику кількість завдань з різних тем та різної складності. Останньому навчитися можна лише вирішивши тисячі завдань.



2. Вивчити всі формули та закони у фізиці, і формули та методи в математиці. Насправді, виконати це теж дуже просто, необхідних формул із фізики всього близько 200 штук, а з математики навіть трохи менше.У кожному з цих предметів є близько десятка стандартних методів вирішення завдань базового рівня складності, які теж цілком можна вивчити, і таким чином, абсолютно на автоматі і без труднощів вирішити в потрібний момент більшу частину ЦТ. Після цього Вам залишиться подумати лише над найскладнішими завданнями.



3. Відвідати всі три етапи репетиційного тестування з фізики та математики. Кожен РТ можна відвідувати по два рази, щоб вирішувати обидва варіанти. Знову ж таки на ЦТ, крім уміння швидко і якісно вирішувати завдання, і знання формул і методів необхідно також вміти правильно спланувати час, розподілити сили, а головне правильно заповнити бланк відповідей, не переплутавши ні номера відповідей і завдань, ні власне прізвище. Також у ході РТ важливо звикнути до стилю постановки питань у завданнях, що на ЦТ може здатися непідготовленій людині дуже незвичним.

Успішне, старанне та відповідальне виконання цих трьох пунктів, а також відповідальне опрацювання підсумкових тренувальних тестів дозволить Вам показати на ЦТ відмінний результат, максимальний з того, на що Ви здатні.

Знайшли помилку?

Якщо Ви, як Вам здається, знайшли помилку в навчальних матеріалах, напишіть, будь ласка, про неї на електронну пошту (адреса електронної пошти тут). У листі вкажіть предмет (фізика чи математика), назву чи номер теми чи тесту, номер завдання, чи місце у тексті (сторінку) де на Вашу думку є помилка. Також опишіть у чому полягає ймовірна помилка. Ваш лист не залишиться непоміченим, помилка або буде виправлена, або Вам роз'яснять, чому це не помилка.

ЗАБОРОНЕНО використання представлених на сайті матеріалів або їх частин у будь-яких комерційних цілях, а також їхнє копіювання, передрук, повторна публікація або відтворення в будь-якій формі. Порушення прав правовласників переслідується згідно із законом. Докладніше.

© 2014 - 2024 EDUCON.BY - Фізика та Математика - Теорія та Завдання.