Итоговый урок по теме "Молекулярная физика"

МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА

Работу выполнила : Серова Наталья Ивановна

Учитель физики ГБОУ СШ № 578

Приморского района

г. Санкт-Петербург

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ, ЗАКОНЫ И ФОРМУЛЫ МОЛЕКУЛЯРНОЙ ФИЗИКИ В СООТВЕТСТВИИ С КОДИФИКАТОРОМ ЕГЭ .

Модели строения газов, жидкостей и твердых
Тепловое движение атомов и молекул
Броуновское движение
Диффузия
Взаимодействие частиц вещества
Модель идеального газа
Связь между давлением и средней кинетической энергией теплового движения молекул идеального газа
Абсолютная температура
Абсолютная температура как мера средней кинетической энергии его частиц
Уравнение Менделеева-Клапейрона
Изопроцессы: изотермический, изохорный, изобарный, адиабатный процессы
Насыщенные и ненасыщенные пары
Влажность воздуха
Изменение агрегатных состояний вещества: испарение и конденсация, кипение жидкости
Изменение агрегатных состояний вещества: плавление и кристаллизация

Математическая модель – это приближенное описание какого-либо класса явлений или объектов реального мира на языке математики. Основная цель моделирования – исследовать эти объекты и предсказать результаты будущих наблюдений. Однако, моделирование – это еще и метод познания окружающего мира, дающий возможность управлять им.

При изучении явлений в природе и технической практике невозможно учесть все факторы, влияющие на ход того или иного явления. Однако, из опыта всегда можно установить важнейшие из них. Тогда всеми другими факторами, не имеющими решающего влияния, можно пренебречь. На этой основе создается идеализированное (упрощенное) представление о таком явлении. Созданная на этой основе модель помогает изучить реально происходящие процессы и предвидеть их ход в различных случаях.

При изучении явлений в природе и технической практике невозможно учесть все факторы, влияющие на ход того или иного явления. Однако, из опыта всегда можно установить важнейшие из них. Тогда всеми другими факторами, не имеющими решающего влияния, можно пренебречь. На этой основе создается идеализированное (упрощенное) представление о таком явлении. Созданная на этой основе модель помогает изучить реально происходящие процессы и предвидеть их ход в различных случаях.

Основные положения МКТ

Молекулярно-кинетической теорией называют учение о строении и свойствах вещества на основе представления о существовании атомов и молекул как наименьших частиц химического вещества.

В основе молекулярно-кинетической теории лежат

три основных положения :

Все вещества – жидкие, твердые и газообразные – образованы из мельчайших частиц – молекул, которые сами состоят из атомов («элементарных молекул»).
Атомы и молекулы находятся в непрерывном хаотическом движении.
Частицы взаимодействуют друг с другом силами, имеющими электрическую природу. Гравитационное взаимодействие между частицами пренебрежимо мало .

1.Модели строения газов, жидкостей и твердых

В газах расстояния между молекулами обычно значительно больше их размеров, каждая молекула движется вдоль прямой линии до очередного столкновения с другой молекулой или со стенкой сосуда.

В жидкостях м олекулы имеют значительно большую свободу для теплового движения. Они не привязаны к определенным центрам и могут перемещаться по всему объему жидкости. Этим объясняется текучесть жидкостей .

В твердых телах молекулы совершают беспорядочные колебания около фиксированных центров (положений равновесия).

2.Тепловое движение атомов и молекул

Беспорядочное хаотическое движение молекул называется тепловым движением.

Тепловое движение атомов в твердых телах:

Тепловое движение молекул в жидкости:

Тепловое движение молекул в газе:

Установите соответствие :

1 . Молекулы движутся с огромными скоростями.

2. Тела сохраняют форму и объем.

3. Атомы колеблются около положения равновесия.

4.Расстояние между молекулами превышает размер молекул.

5.Молекулы колеблются, периодически перескакивая на новое место.

6. Тела сохраняют форму, но не сохраняют объем.

А. Твердые тела.

Б. Жидкости.

В. Газы.

Ответы :

1-В

3-А

5-Б

2-А

4-В

6-Б

3.Броуновское движение

Броуновское движение - это тепловое движение мельчайших частиц, взвешенных в жидкости или газе

Броуновское движение :
Броуновская частица среди молекул:
Траектория движения проникновения двух или нескольких соприкасающихся веществ друг в друга.3-х броуновских частиц :

4. Диффузия

ДИФФУЗИЯ – э то взаимное проникновение молекул одного вещества в межмолекулярные промежутки другого вещества в результате их хаотического движения и столкновений друг с другом.

Диффузия приближает систему к состоянию термодинамического равновесия

5.Взаимодействие частиц вещества

Силы взаимодействия между молекулами .

На очень малых расстояниях между молекулами обязательно действуют силы отталкивания

На расстояниях, превышающих 2 - 3 диаметра молекул, действуют силы притяжения.

6.ИДЕАЛЬНЫЙ ГАЗ

Известно, что частицы в газах, в отличие от жидкостей и твердых тел, располагаются друг относительно друга на расстояниях, существенно превышающих их собственные размеры. В этом случае взаимодействие между молекулами пренебрежимо мало и кинетическая энергия молекул много больше энергии межмолекулярного взаимодействия. Для выяснения наиболее общих свойств, присущих всем газам, используют упрощенную модель реальных газов -

идеальный газ

Реальный газ можно считать идеальным, если он сильно разрежен и хорошо нагрет

гелий

водород

Реальный газ

1. Молекулы реального газа не являются точечными образованиями, диаметры молекул лишь в десятки раз меньше расстояний между молекулами.

2. Молекулы не взаимо- действуют по законам упругих столкновений.

Модель идеального газа

В кинетической модели идеального газа молекулы рассматриваются как идеально упругие шарики, взаимодействующие между собой и со стенками только во время упругих столкновений.
Суммарный объем всех молекул предполагается малым по сравнению с объемом сосуда, в котором находится газ.

Микроскопические параметры (масса, скорость, кинетическая энергия молекул)
Макроскопическими параметрами (давление, газ, температура)

Какие параметры, характеризующие газ и процессы, проходящие в нем, называются микроскопическими параметрами (микропараметрами)

Какие параметры, характеризующие газ и процессы, проходящие в нем, называются микроскопическими параметрами (микропараметрами)

Микропараметры

Моль – это количество вещества, содержащее столько же частиц (молекул), сколько содержится атомов в 0,012 кг углерода 12 C.

в одном моле любого вещества содержится одно и то же число частиц (молекул). Это число называется постоянной Авогадро N А : N А = 6,02·10 23 моль –1 .
Массу одного моля вещества принято называть молярной массой M .
Молярная масса выражается в килограммах на моль ( кг/моль )
Отношение массы атома или молекулы данного вещества к 1/12 массы атома углерода 12 C называется относительной массой.

Температуру, объем, давление и некоторые другие параметры принято называть параметрами состояния газа . Выведем уравнение, устанавливающее зависимость между этими параметрами .

Температуру, объем, давление и некоторые другие параметры принято называть параметрами состояния газа . Выведем уравнение, устанавливающее зависимость между этими параметрами .

7.Связь между давлением и средней кинетической энергией теплового движения молекул идеального газа

Основное уравнение МКТ газов .

Давление газа равно двум третям средней кинетической энергии поступательного движения молекул, содержащихся в единице объема

p = nkT ,

где n = N / V – концентрация молекул (т. е. число молекул в единице объема сосуда)

k –постоянной Больцмана, в честь австрийского физика. Ее численное значение в СИ равно: k = 1,38·10 –23 Дж/К.

Закон Дальтона: давление в смеси химически невзаимодействующих газов равно сумме их парциальных давлений

p = p 1 + p 2 + p 3 + … = (n 1 + n 2 + n 3 + …)kT.

Среднеквадратичная скорость Так как движение молекул газа хаотическое, то направление и величина скорости могут быть любыми. Если v1 v2 v3 ….vN – скорости отдельных молекул, то сумма скоростей молекул v1 + v2 + ….. + vN = 0 Среднеквадратичная скорость [формула]

Среднеквадратичная скорость

Так как движение молекул газа хаотическое, то направление и величина скорости могут быть любыми.
Если v1 v2 v3 ….vN – скорости отдельных молекул, то сумма скоростей молекул v1 + v2 + ….. + vN = 0
Среднеквадратичная скорость [формула]

Средняя квадратичная скорость движения молекул

— молекул движется по каждой оси.

— молекул движутся в одном направлении вдоль каждой оси

Среднее значение квадрата скорости молекул

В различных газах молекулы имеют разные скалярные скорости, но средняя кинетическая энергия остается величиной постоянной. Ек молекул зависит от квадрата скорости, поэтому….

Пусть V 1, V 2, V 3……. V N - ,

модули скоростей молекул

Уравнение состояния - первое из замечательных обобщений в физике, с помощью которых свойства разных веществ выражаются через одни и те же основные величины. Именно к этому стремиться физика - к нахождению общих законов, не зависящих от тех или иных веществ. Газы, существенно простые по своей природе, дали первый пример такого обобщения .

Уравнение состояния - первое из замечательных обобщений в физике, с помощью которых свойства разных веществ выражаются через одни и те же основные величины. Именно к этому стремиться физика - к нахождению общих законов, не зависящих от тех или иных веществ. Газы, существенно простые по своей природе, дали первый пример такого обобщения .

Вывод основного уравнения МКТ

Пусть Z – число столкновений всех молекул со стенкой за 1 с. Эта величина пропорциональна: концентрации частиц в единице объема, скорости молекул, площади стенки, следовательно

полное изменение импульса всех молекул, столкнувшихся за время Δt с площадкой S, равно

— давление, создаваемое ударами молекул

Основное уравнение идеального газа [формула]

р - давление газа
m0 - масса молекулы
v – среднеквадратичная скорость
n – концентрация частиц

Задача: Каково давление азота, если средняя квадратичная скорость его молекул 500 м/с, а его плотность 1,35 кг/м3? Решение задачи:

Задача :

При температуре – 27 о С давление газа в закрытом сосуде было 75 кПа. Каким будет давление при при температуре – 13 о С ?

Решение Р 1 / Т 1 = Р 2 / Т2

Р 2 =(Р 1 . Т 2 )/ Т 1

Р 2 = (75000ПА . 260 К ): 300 К=

= 65000 Па = 65кПА

Ответ : P 2 = 65 кПА

Дано :

Т 1 = 27 о С

Т 2 = - 13 о С

Р 1 = 75 кПа

Р 2 - ?

Си

300К

260 К

75000 ПА

8.Абсолютная температура

9.Абсолютная температура как мера средней кинетической энергии его частиц

Тепловое равновесие – это такое состояние системы тел, находящихся в тепловом контакте, при котором не происходит теплопередачи от одного тела к другому, и все макроскопические параметры тел остаются неизменными.
Температура – это физический параметр, одинаковый для всех тел, находящихся в тепловом равновесии.

Для измерения температуры используются физические приборы – термометры
В системе СИ принято единицу измерения температуры по шкале Кельвина называть кельвином и обозначать буквой K .

T К = T С + 273,15

Температурная шкала Кельвина называется абсолютной шкалой температур .
Кроме точки нулевого давления газа, которая называется абсолютным нулем температуры , достаточно принять еще одну фиксированную опорную точку - температура тройной точки воды (0,01° С) , в которой в тепловом равновесии находятся все три фазы – лед, вода и пар - 273,16 К.

Средняя кинетическая энергия хаотического движения молекул газа прямо пропорциональна абсолютной температуре. Температура есть мера средней кинетической энергии поступательного движения молекул.

Средняя кинетическая энергия хаотического движения молекул газа прямо пропорциональна абсолютной температуре.

Температура есть мера средней кинетической энергии поступательного движения молекул.

Давление газа

Вследствие теплового движения, частицы газа время от времени ударяются о стенки сосуда. При каждом ударе молекулы действуют на стенку сосуда с некоторой силой. Складываясь друг с другом, силы ударов отдельных частиц образуют некоторую силу давления, постоянно действующую на стенку .

Давление газа создается ударами молекул.

малые силы отдельных ударов складываются в постоянную силу давления

Зависимость давления идеального газа от :

Массы молекул

Концентрации молекул

Скорости движения молекул

Основное уравнение МКТ идеального газа.

Масса

молекулы [ кг ]

Скорость движения молекул [ м/с ]

Концентрация

молекул [ ]

Давление газа [ Па ]

Связь давления со средней кинетической энергией

Связь давления с плотностью газа .

Концентрация молекул

Масса молекулы

Плотность газа

Воспользуйтесь формулой :

Средняя квадратичная скорость

Плотность

Давление

Сначала найдите плотность газа по формуле :

Масса газа

Объем газа

А потом выразите скорость движения молекул из формулы :

Средняя кинетическая энергия поступательного движения молекулы

Ккк

Анализ уравнения

Чем больше масса частиц, тем больше сила удара о стенки (m0)

Чем больше число частиц (n), тем чаще совершаются удары о стенку

Чем больше скорость частиц, тем чаще удары о стенку

Задача

Какова среднеквадратичная скорость движения молекул газа, если его масса 6кг, объём 5м³ и давление 200кПа?

Задачи

1. Как измениться давление газа при уменьшении в 4 раза его объема и увеличении температуры в 1,5 раза?
2. Оцените число молекул воздуха, находящегося в классе, при нормальном атмосферном давлении и температуре 20 градус Цельсия?
3. Чему равен объем одного моля газа при нормальных условиях?
4. Вычислите отношение произведения давления на объем к данной температуре, если газ находиться при нормальных условиях

Задача С3-6.

При температуре 10 °С и давлении 10 5 Па плотность газа равна 2,5 кг/м 3 . Какова молярная масса газа? Ответ выразите в г/моль и округлите до целых

10.Уравнение Менделеева-Клапейрона

Уравнение Менделеева-Клапейрона

Уравнение состояния идеального газа .

Произведение постоянной Авогадро N A на постоянную Больцмана k называется универсальной газовой постоянной

R = 8,31 Дж/моль·К

Уравнение состояния идеального газа:

Закон Авогадро : один моль любого газа при нормальных условиях занимает один и тот же объем V 0 , равный V 0 = 0,0224 м 3 /моль = 22,4 дм 3 /моль.

Для смеси невзаимодействующих газов уравнение состояния принимает вид

pV = (ν 1 + ν 2 + ν 3 + ...)RT

где ν 1 , ν 2 , ν 3 и т. д. – количество вещества каждого из газов в смеси

Вопросы

1. Каковы нормальные условия для идеального газа?
2. Какова концентрация молекул идеального газа при нормальных условиях?
3. Какие величины характеризуют состояние газа?
4. Чем отличается уравнение состояния газа от уравнения Менделеева - Клапейрона? Какое из них полнее по содержанию? Почему?
5. Чему равна универсальная газовая постоянная?

Как изменится давление газа на стенки сосуда, если :

масса молекулы увеличится в 3 раза
концентрация молекул уменьшится в 4 раза
скорость движения молекул увеличится в 2 раза
объем увеличится в 5 раз
масса молекулы уменьшится в 4 раза, а концентрация увеличится в 2 раза
масса молекулы увеличится в 2 раза, а скорость движения молекул увеличится в 3 раза
концентрация молекул увеличится в 3 раза, скорость движения молекул уменьшится в 3 раза

Решение :

Ответ : V=707 м/с

Задача.

Одноатомный идеальный газ неизменной массы совершает циклический

процесс, показанный на рисунке. Газ отдает за цикл холодильнику

количество теплоты |Qх| = 8 кДж. Чему равна работа газа за цикл?

За цикл количество теплоты, отданное холодильнику:

|Qх| = (U 2 – U 3 ) + |A 23 | = (3/2)(νRT 2 – νRT 3 ) + (1/2)(p 0 + 2p 0 ) 2V 0 =

= (3/2)(2p 0 3V 0 – p 0 V 0 ) + 3p 0 V 0 = (21/2) p0V0.

Работа газа за цикл Aц = (p 0 /2) 2V 0 = p 0 V 0 .

Отсюда Ац = (2/21) |Qх| ≈ 760 Дж.

Ответ: Ац ≈ 760 Дж.

Задача. Как изменится температура идеального газа, если увеличить его объем в 2 раза при осуществлении процесса, описываемого формулой pV4=const?

Задача. Как изменится температура идеального газа, если увеличить его объем в 2 раза при осуществлении процесса, описываемого формулой pV4=const?

Решение:

Выразим из уравнения Менделеева-Клапейрона давление p: (1). Подставим (1) в формулу, описывающую данный процесс: ; Следовательно, при увеличении объема в 2 раза температура должна понизиться в 8 раз

11. Изопроцессы: изотермический, изохорный, изобарный, адиабатный процессы

Газовые законы рассматриваются для идеального газа .

Модель идеального газа предполагает следующее: молекулы обладают пренебрежимо малым объемом по сравнению с объемом сосуда, между молекулами не действуют силы притяжения, при соударении молекул друг с другом и со стенками сосуда действуют силы отталкивания.

Газовые законы рассматриваются для идеального газа.

Модель идеального газа предполагает следующее: молекулы обладают пренебрежимо малым объемом по сравнению с объемом сосуда, между молекулами не действуют силы притяжения, при соударении молекул друг с другом и со стенками сосуда действуют силы отталкивания.

2013 Очер Бавкун Т.Н.

Изотермический процесс -

процесс изменения состояния термодинамической системы

макроскопических тел при постоянной температуре

Воспользуемся уравнением Менделеева – Клапейрона

p 1 . V 1 = (m/M) . R . T

p 2 . V 2 = (m/M) . R . T

p . V =const при T=const

или

p 1 / p 2 = V 2 / V 1

р 1

Открыт закон в 1862 году Р.Бойлем (Англия),

Э.Мариоттом (Франция)

Носит название :

закона Бойля – Мариотта :

р 2

V p

p V

Для газа данной массы произведение

давление газа на объём есть величина

постоянная, если температура газа не

меняется

Р.Бойль

T 2 T 1" width="640"

Изопроцессы: изотермический, изохорный, изобарный, адиабатный процессы

Изопроцессы – это процессы, в которых один из параметров ( p, V или T ) остается неизменным .

Изотермический процесс ( T = const ) -квазистатический процесс, протекающий при постоянной температуре T.
Закон Бойля–Мариотта : при постоянной температуре T и неизменном количестве вещества ν в сосуде произведение давления p газа на его объем V должно оставаться постоянным :
pV = const

T 3 T 2 T 1

V / T=const при p=const

или

V 1 / T 1 = V 2 / T 2

Изобарный процесс

процесс изменения состояния термодинамической системы

макроскопических тел при постоянном давлении.

Воспользуемся уравнением Менделеева – Клапейрона

р . V 1 = (m/M) . R . T 1

p . V 2 = (m/M) . R . T 2

Установлен закон в 1802 году Ж. Гей –Люссаком

(Франция)

Для газа давление газа не меняется . а данной массы отношение

объёма к температуре постоянно,

если д

Носит название :

Закон Гей – Люссака :

p 2 p 1" width="640"

Изопроцессы: изотермический, изохорный, изобарный, адиабатный процессы

Изопроцессы – это процессы, в которых один из параметров ( p, V или T ) остается неизменным .

Изобарным процессом называют квазистатический процесс, протекающий при неизменным давлении p .
Закон Гей-Люссака :

где V 0 – объем газа при температуре 0 °С .

α = 1/273,15 К –1 - температурныЙ коэффициент объемного расширения газов.

p 3 p 2 p 1

Изохорный процесс

процесс изменения состояния термодинамической системы

макроскопических тел при постоянном объёме

Воспользуемся уравнением Менделеева – Клапейрона

p 1 . V = (m/M) . R . T 1

p 2 . V = (m/M) . R . T 2

p / T=const при V=const

или

p 1 / Т 1 = р 2 / Т 2

V =const

Открыт закон в 1 787 году Ж. Шарлем (Франция)

Носит название : закон Шарля :

Для газа данной массы отношение давления

к температуре постоянно, если объём не меняется.

V 2 V 1" width="640"

Изопроцессы: изотермический, изохорный, изобарный, адиабатный процессы

Изопроцессы – это процессы, в которых один из параметров ( p, V или T ) остается неизменным .

Изохорный процесс – это процесс квазистатического нагревания или охлаждения газа при постоянном объеме V и при условии, что количество вещества ν в сосуде остается неизменным.
Закон Шарля : при постоянном объеме V и неизменном количестве вещества ν в сосуде давление газа p изменяется прямо пропорционально его абсолютной температуре :

V 3 V 2 V 1

Графическое изображение процессов

Графиком изотермического процесса является изотерма
Графиком изохорного процесса является изохора

(«хорема» - вместимо c ть)

Графиком изобарного процесса является изобара

(«барос» - вес, тяжесть)

T 2

T 1

V 1

V 2

P 1

P 2

Дан график цикла. Пользуясь им, ответь на вопросы :

- Какой изопроцесс изображён на каждом участке графика?

- Как изменяются параметры?

Проверь себя :

1- 2 т. к. T=const Изотермический

объём уменьш., давление увелич.

2 -3 т. к. P = const Изобарный

объём уменьш., температура уменьш.

3 – 1 т. к. V = const Изохорный

давление увел., температура увелич.

2. Решите задачу :

При температуре – 27 о С давление газа в закрытом

сосуде было 75 кПа. Каким будет давление при

при температуре – 13 о С ?

Дано :

Т 1 = 27 о С

Т 2 = - 13 о С

Р 1 = 75 кПа

Р 2 - ?

Решение :

Р 1 / Т 1 = Р 2 / Т2

Р 2 =(Р 1 . Т 2 )/ Т 1

Р 2 = (75000ПА . 260 К ): 300 К=

= 65000 Па = 65кПА

Ответ : P 2 = 65 кПА

Си

300К

260 К

75000 ПА

адача . Один моль идеального одноатомного газа расчета изменения внутренней энергии: ΔU 23 =

. Примените закон Шарля для состояний 2 и 3:

и получите соотношение Т 3 =

νR(Тз - Т 2 )= Q 23 , сделайте расчет количества теплоты: Q 23 = -νRT 1 = 2,5 кДж.

νR(Тз - Т 2 ). Учтите, что сначала изотермически расширился (T 1 = 300 К). Затем газ охладили, понизив давление в 3 раза (см. рисунок). Какое количество теплоты отдал газ на участке 2-3? Основные элементы решения 1. Запишите первый закон термодинамики ΔU = Q + А вн . с . Учтите, что на участке 2-3 : А 2 з = 0. Тогда Q 23 = ΔU 23 . 2. Запишите формулу Т 2 = Т 1 . 3

. 4. Подставив полученное значение Т 3 в формулу ΔU 23 =

Насыщенные и ненсыщенные пары

Изотермы реального газа.

В закрытом сосуде жидкость и ее пар могут находиться в состоянии динамического равновесия , когда число молекул, вылетающих из жидкости, равно числу молекул, возвращающихся в жидкость из пара , т. е. когда скорости процессов испарения и конденсации одинаковы.
Такую систему называют двухфазной .
Пар , находящийся в равновесии со своей жидкостью, называют насыщенным .

Давление насыщенного пара p 0 данного вещества зависит только от его температуры и не зависит от объема

При повышении температуры давление насыщенного пара и его плотность возрастают , а плотность жидкости уменьшаетс я из-за теплового расширения.

область III – газообразное вещество

Область I – жидкость

Область II – двухфазная система «жидкость + насыщенный пар»

1 . При длительном нахождении пара в контакте

о своей жидкостью в замкнутом объёме пар становится насыщенным. Доказательство: поскольку скорость испарения определяется только температурой, то она остаётся постоянной при неизменной температуре. Если пар ещё не насыщенный, то скорость испарения превышает скорость конденсации, – плотность пара возрастает, скорость конденсации растёт, пока не сравняется со скоростью испарения, и пар не станет насыщенным. По этой причине скорость конденсации в медленных (равновесных) процессах не может превышать скорость испарения.

2 . Давление (и плотность) насыщенного пара не зависит от его объёма. Начнём мысленно уменьшать объём насыщенного пара. Это мгновенно приведёт к повышению его плотности и превышению скорости конденсации над скоростью испарения – возникнет неравновесное состояние, которое при достаточно

медленном процессе снова станет равновесным, так как «лишние молекулы» пара перейдут в жидкость

(«сконденсируются») и скорости испарения и конденсации снова выровняются.

3 . Давление (плотность) насыщенного пара очень сильно зависит от температуры. Это давление при каждой температуре является максимально возможным для пара и приводится в специальной таблице . Если рассматривать насыщенный пар как идеальный газ (а это приближение к нему вполне применимо), то для объяснения этого факта можно использовать формулу p = nkT. При неизменной концентрации газа давление прямо пропорционально температуре. Но из-за увеличения скорости испарения при повышении температуры концентрация насыщенного пара быстро растёт, поэтому зависимость получается гораздо более сильной, чем прямая пропорциональность.

4 . Кипение жидкости начинается при такой температуре, когда давление насыщенного пара равно внешнему давлению. Только при этом условии возможен быстрый рост пузырьков, наполненных насыщенным паром (поскольку его давление при таком росте пузырька остаётся неизменным, см. свойство 2). При этом не следует забывать, что пузырёк находится в жидкости, поэтому внешнее давление равно сумме атмосферного давления и гидростатического давления на данной глубине (при небольшой глубине оно гораздо меньше атмосферного и им можно пренебречь).

13.Влажность воздуха

Приборы для измерения влажности

Психрометр

Гигрометры:

Волосной

Конденсационный

ПСИХРОМЕТРИЧЕСКАЯ ТАБЛИЦА

- это величина, равная отношению массы пара к его объёму. По сути, это плотность пара, если бы другие газы в данном объёме отсутствовали. В таблице зависимости давления и плотности насыщенного пара от температуры приведена данная величина для насыщенного пара.

это – отношение абсолютной влажности пара к абсолютной влажности (плотности) насыщенного пара или отношение давления пара (парциального, то есть если бы другие газы отсутствовали) к давлению насыщенного пара при данной температуре:

Максимальная относительная влажность равна 1, или 100%. Увеличить относительную влажность можно двумя основными способами: уменьшая температуру при постоянном давлении (при достижении 100%-ной влажности выпадает роса, поэтому температура, при которой это происходит, называется точкой росы), или уменьшая объём при постоянной температуре. Возможно также одновременное изменение и температуры, и объёма, но в задачах такие ситуации встречаются редко.

Задача 1

Качественная задача на основные свойства насыщенного пара .

В цилиндрическом сосуде под поршнем длительное время находятся вода и её пар. Поршень начинают вдвигать в сосуд. При этом температура воды и пара остаётся неизменной. Как будет меняться при этом масса жидкости в сосуде? Ответ поясните.

Решение. Так как пар и вода находятся в контакте длительное время, пар является насыщенным (см. свойство 1). При уменьшении объёма сосуда давление насыщенного пара не меняется (см. свойство 2). Чтобы давление пара не менялось, его масса должна уменьшаться, происходит конденсация, часть молекул пара переходит в жидкость, поэтому масса жидкости увеличивается.

Комментарии . Большое количество аналогичных

задач есть в материалах первой части ЕГЭ. Для их решения необходимо твёрдо знать свойства насыщенного пара.

Задача 2

Взаимосвязь параметров насыщенного и ненасыщенного пара.

Какова плотность насыщенного пара при температуре 100 °С?

Решение. При нормальном давлении (р = 10 5 Па) 100 °С – это температура кипения воды. Следовательно, давление насыщенного пара при этой температуре равно атмосферному давлению. Подставляя значение давления в уравнение состояния идеального газа (см. замечание про связь давления с плотностью), получаем:

ρ =0,58 кг/м 3

Задача 3

Знание определения относительной влажности.

Какова масса водяных паров воздуха объёмом

V = 1 м 3 в летний день при температуре t = 30 °С и

относительной влажности ⱷ = 75%?

Решение. Из таблицы берём значение абсолютной влажности при данной температуре (ρ нп = 30,3г/м 3 ) и используем определение:

m = ρ· V = ⱷ· ρ нас · V = 0,75 · 30,3 г/м 3 · 1 м 3

≈ 23 г.

Комментарии. Не во всех задачниках имеется справочный материал. В таких случаях в условии задачи даётся значение либо давления, либо плотности насыщенного пара.

Задача 4

Изменение относительной влажности воздуха. Масса испаряемой или конденсирующейся (отбираемой) воды равна изменению массы пара.

В помещение нужно подать V = 10 000 м 3 воздуха с температурой t 1 =18°С и относительной влажностью ⱷ 1 = 50%. Воздух снаружи имеет температуру t 2 = 10 °С и относительную влажность ⱷ 2 = 60%.

Осушать или увлажнять придётся наружный воздух? Сколько воды придётся при этом сконденсировать или испарить?

0 (пара больше, чем должно быть) воздух необходимо осушить" width="640"

Решение. Найдём массу пара при заданной температуре и влажности. Вид формулы зависит от того, давление или плотность насыщенного пара даны в условии или в прилагаемой таблице. Рассмотрим оба случая.

Даны значения давления насыщенного пара:

где индекс 1 относится к состоянию пара, который должен содержаться в воздухе, а индекс 2 – к состоянию пара в воздухе, находящемуся снаружи. При m 2 – m 1 0 (пара больше, чем должно быть) воздух необходимо осушить

14.Изменение агрегатных состояний вещества: испарение и конденсация, кипение жидкости

Типичная фазовая диаграмма вещества .

K – критическая точка,

T – тройная точка.

Область I –твердое тело,

область II – жидкость, область III – газообразное вещество

14.Изменение агрегатных состояний вещества: испарение и конденсация, кипение жидкости

Переход из одного состояния в другое называется фазовым переходом

Если давление насыщенного пара жидкости равно внешнему давлению (т. е. давлению газа в пузырьках) или превышает его, жидкость будет испаряться внутрь пузырьков . Пузырьки, наполненные паром, расширяются и всплывают на поверхность. Этот процесс называется кипением .
Кипение жидкости начинается при такой температуре , при которой давление ее насыщенных паров становится равным внешнему давлению .
В герметически закрытом сосуде жидкость кипеть не может , т. к. при каждом значении температуры устанавливается равновесие между жидкостью и ее насыщенным паром
По кривой равновесия p 0 (T) можно определять температуру кипения жидкости при различных давлениях.
Зависимость равновесного давления от температуры называется кривой фазового равновесия .
Изображенные в координатной системе (p, T) кривые равновесия называются фазовой диаграммой .

Изменение агрегатных состояний вещества: испарение и конденсация, кипение жидкости

Переход из одного состояния в другое называется фазовым переходом

Все реальные газы (кислород, азот, водород и т. д.) при определенных условиях способны превращаться в жидкость .
Такое превращение может происходить только при критической температуры T кр .

Испарением называется фазовый переход из жидкого состояния в газообразное . С точки зрения молекулярно-кинетической теории, испарение – это процесс, при котором с поверхности жидкости вылетают наиболее быстрые молекулы , кинетическая энергия которых превышает энергию их связи с остальными молекулами жидкости. Это приводит к уменьшению средней кинетической энергии оставшихся молекул , т. е. к охлаждению жидкости
Конденсация – это процесс, обратный процессу испарения. При конденсации молекулы пара возвращаются в жидкость .

15.И зменение агрегатных состояний вещества: плавление и кристаллизация

Плавление — переход из кристаллического твёрдого состояния в жидкое.

Плавление происходит с поглощением удельной теплоты плавления и является фазовым переходом первого рода.
Способность плавиться относится к физическим свойствам вещества.
При нормальном давлении, наибольшей температурой плавления среди металлов обладает вольфрам (3422 °C), простых веществ вообще - углерод (по разным данным 3500 — 4500 °C) а среди произвольных веществ — карбид гафния HfC (3890 °C).
Можно считать, что самой низкой температурой плавления обладает гелий : при нормальном давлении он остаётся жидким при сколь угодно низких температурах.
Многие вещества при нормальном давлении не имеют жидкой фазы . При нагревании они путем сублимации сразу переходят в газообразное состояние.

Молекулярно-кинетическая теория. Основные формулы

Основы молекулярно-кинетической теории:
N A – постоянная Авогадро.
Основное уравнение МКТ идеального газа:
Среднеквадратичная скорость молекул:
R – универсальная газовая постоянная.
Давление идеального газа на стенки сосуда:
k – постоянная Больцмана.
Средняя кинетическая энергия поступательного движения молекул:
Закон Дальтона:
Уравнение состояния идеального газа:
R = kN A – универсальная газовая постоянная

p = nkT

p = p 1 + p 2 + p 3 + ... = ( n 1 + n 2 + n 3 + ...) kT

Молекулярно-кинетическая теория. Основные формулы

Изотермический процесс (закон Бойля-Мариотта):
Изохорный процесс (закон Шарля):
Изобарный процесс (закон Гей-Люссака):
Потенциальная энергия свободной поверхности жидкости:
σ – коэффициент поверхностного натяжения
Высота подъема смачивающей жидкости в капилляре:
Абсолютная температура:

pV = const при V = const

E p = σS

T = (t °C + 273,15) К