§ 12. Lëvizje me nxitim të vazhdueshëm
Për lëvizje të përshpejtuar në mënyrë të njëtrajtshme, janë të vlefshme ekuacionet e mëposhtme, të cilat i paraqesim pa derivim:
Siç e kuptoni, formula e vektorit në të majtë dhe dy formulat skalare në të djathtë janë të barabarta. Nga pikëpamja algjebrike, formulat skalare nënkuptojnë se me lëvizje të përshpejtuar uniformisht, projeksionet e zhvendosjes varen nga koha sipas një ligji kuadratik. Krahasoni këtë me natyrën e projeksioneve të shpejtësisë së menjëhershme (shih § 12-h).
Duke e ditur atë s x = x – x o Dhe s y = y – y o(shih § 12), marrim nga dy formula skalare nga kolona e sipërme djathtas ekuacionet për koordinatat:
Meqenëse nxitimi gjatë lëvizjes së njëtrajtshme të përshpejtuar të një trupi është konstant, boshtet e koordinatave mund të pozicionohen gjithmonë në mënyrë që vektori i nxitimit të jetë i drejtuar paralel me një bosht, për shembull boshti Y, si rrjedhojë, ekuacioni i lëvizjes përgjatë boshtit X thjeshtuar dukshëm:
x = x o + υ ox t + (0) Dhe y = y o + υ oy t + ½ a y t²
Ju lutemi vini re se ekuacioni i majtë përkon me ekuacionin e lëvizjes drejtvizore uniforme (shih § 12-g). Do të thotë se Lëvizja e përshpejtuar në mënyrë të njëtrajtshme mund të "kompozojë" nga lëvizja uniforme përgjatë një boshti dhe lëvizja e përshpejtuar në mënyrë të njëtrajtshme përgjatë tjetrit. Kjo konfirmohet nga përvoja me bërthamën në një jaht (shih § 12-b).
Detyrë. Me krahët e shtrirë, vajza hodhi topin. Ai u ngrit 80 cm dhe shpejt ra në këmbët e vajzës, duke fluturuar 180 cm. Me çfarë shpejtësie u hodh topi dhe çfarë shpejtësie kishte topi kur u përplas në tokë?
Le të vendosim në katror të dy anët e ekuacionit për të projektuar shpejtësinë e menjëhershme në boshtin Y: υ y = υ oy + a y t(shih § 12). Ne marrim barazinë:
υ y ² = ( υ oy + a y t )² = υ oy ² + 2 υ oy a y t + a y ² t²
Le ta heqim faktorin jashtë kllapave 2 në vit vetëm për dy termat e djathtë:
υ y ² = υ oy ² + 2 a y ( υ oy t + ½ a y t² )
Vini re se në kllapa marrim formulën për llogaritjen e projeksionit të zhvendosjes: s y = υ oy t + ½ a y t². Duke e zëvendësuar me s y, marrim:
Zgjidhje. Le të bëjmë një vizatim: drejtojeni boshtin Y lart dhe vendosni origjinën e koordinatave në tokë në këmbët e vajzës. Le të zbatojmë formulën që kemi nxjerrë për katrorin e projeksionit të shpejtësisë, së pari në pikën e sipërme të ngritjes së topit:
0 = υ oy ² + 2·(–g)·(+h) ⇒ υ oy = ±√¯2gh = +4 m/s
Pastaj, kur filloni të lëvizni nga pika e sipërme poshtë:
υ y² = 0 + 2·(–g)·(–H) ⇒ υ y = ±√¯2gh = –6 m/s
Përgjigje: topi është hedhur lart me shpejtësi 4 m/s dhe në momentin e uljes ka pasur shpejtësi 6 m/s, i drejtuar kundër boshtit Y.
Shënim. Shpresojmë të kuptoni se formula për katrorin e projeksionit të shpejtësisë së menjëhershme do të jetë e saktë në analogji për boshtin X.
Përmbledhja e mësimit
Pedagogjia dhe didaktika
Kur çdo trup lëviz, shpejtësia e tyre mund të ndryshojë, qoftë në madhësi ose në drejtim, ose njëkohësisht në madhësi dhe drejtim. Lëvizja mund të jetë e lakuar dhe e pabarabartë, atëherë shpejtësia do të ndryshojë si në madhësi ashtu edhe në drejtim. Në këtë rast, trupi lëviz me nxitim.
0 klasë
Mësimi 3.
Nxitimi. Lëvizje me nxitim të vazhdueshëm. Ekuacioni i lëvizjes.
Kur ndonjë trup lëviz, shpejtësia e tyre mund të ndryshojë, qoftë në madhësi, qoftë në drejtim, ose njëkohësisht në madhësi dhe drejtim.
Lëvizja mund të jetë e lakuar dhe e pabarabartë, atëherë shpejtësia do të ndryshojë si në madhësi ashtu edhe në drejtim. Në këtë rast, trupi lëviz me nxitim.
Nxitimi është një sasi që karakterizon shkallën e ndryshimit të shpejtësisë.
ΔV për një periudhë kohoreΔ t Δ t në zero.
Në mësimin e mëparshëm mësuam se çfarë është shpejtësia e menjëhershme. Le të shqyrtojmë lëvizjen e pabarabartë të lakuar të një pike. Në këtë rast, shpejtësia ndryshon si në madhësi ashtu edhe në drejtim. Lëreni në një moment në kohë t pika zë pozicionin M dhe ka shpejtësiυ . Pas një periudhe kohe, pika do të marrë pozicionin M1 dhe do të ketë një shpejtësiυ 1. Për të gjetur ndryshimin e shpejtësisë me kalimin e kohës, duhet të përdorni vektorinυ 1 zbres vektor υ : . Zbritja e vektorëve mund të bëhet duke i shtuar vektoritυ 1 vektor (- υ ). Pastaj
Sipas rregullit të mbledhjes së vektorit, vektori i ndryshimit të shpejtësisë drejtohet nga fillimi i vektoritυ 1 deri në fund të vektorit (-υ ).
Duke e ndarë vektorin me një periudhë kohe, marrim një vektor të drejtuar në të njëjtën mënyrë si vektori i ndryshimit të shpejtësisë. Ky vektor quhet nxitimi mesatar i një pike gjatë një periudhe kohore
do të zvogëlojmë periudhën kohore
Me zvogëlimin e periudhës kohore, vektori i shpejtësisë zvogëlohet në madhësi dhe ndryshon në drejtim.
Kjo do të thotë se nxitimi mesatar ndryshon edhe në madhësi dhe drejtim, por në raport me vlerën e tij kufizuese.
Në mekanikë, kjo sasi quhet nxitimi i një pike në një kohë të caktuar ose thjesht nxitim dhe përcaktohet.
Nxitimi i pikës është kufiri i raportit të ndryshimit të shpejtësisë me vlerën e ndërmjetme të kohës gjatë së cilës ka ndodhur ky ndryshim pasi intervali tenton në zero.
Dhe si zakonisht, do të shqyrtojmë rastin më të thjeshtë me nxitim konstant, d.m.th. kur madhësia dhe drejtimi i vektorit nuk ndryshojnë.
Ato. Ky është nxitimi me të cilin shpejtësia e trupit ndryshon me 1 m/s në 1 sekondë.
Lëvizje drejtvizore me nxitim konstant
(Nxitimi i vazhdueshëm nuk ndryshon në madhësi dhe drejtim)
|
i përshpejtuar në mënyrë të njëtrajtshme |
po aq i ngadalshëm |
|
Rritet (përshpejtimi) |
Zvogëlohet (frenimi) |
|
υ a |
υ a |
Si dhe vepra të tjera që mund t'ju interesojnë |
|||
| 31657. | Testimi si metodë kërkimore | 40 KB | |
| Testet janë situata model me ndihmën e tyre, identifikohen reagimet karakteristike të një individi, të cilat konsiderohen një grup treguesish të karakteristikës që studiohet. Në psikologjinë arsimore, përdoren të gjitha llojet e testeve ekzistuese, por testet e arritjeve janë më shpesh të kërkuara. Testet ju lejojnë të vlerësoni një individ në përputhje me qëllimin e deklaruar të studimit; komoditeti i përpunimit matematik; janë një mënyrë relativisht e shpejtë për të vlerësuar një numër të madh personash të panjohur; të sigurojë krahasueshmërinë e informacionit të marrë... | |||
| 31658. | Mbështetje psikologjike dhe pedagogjike për zhvillimin e personalitetit të një fëmije në procesin arsimor | 52 KB | |
| Testet klasifikohen sipas kritereve të ndryshme. Në bazë të llojit të tipareve të personalitetit, ato ndahen në teste të arritjeve dhe të personalitetit. Të parat përfshijnë testet e inteligjencës, testet e performancës shkollore, testet e krijimtarisë, testet e aftësive, testet shqisore dhe motorike. E dyta përfshin teste për qëndrimet, interesat, temperamentin, testet e karakterit, testet motivuese. | |||
| 31659. | Chotiri tipi temperament | 37.5 KB | |
| Nëse nëna dhe fëmija kanë një temperament të ngjashëm, së shpejti do të kuptohet se nëna është kolerike dhe fëmija është flegmatik një xhaketë të gjerë dhe kështu me radhë. Në çdo fëmijë të rritur, është e nevojshme të përshtatet me karakteristikat individuale të fëmijës dhe të kontrollojë emocionet e tij në mënyrë që të mos lindë një kompleks inferioriteti tek fëmija. Ka një rrotullues... | |||
| 31660. | Kuptimi për pronën | 62.5 KB | |
| Psikologjia kap ngjashmërinë e thelbësoreve dhe komponentët thelbësorë të veprimtarisë, njohuritë dhe aftësitë përforcojnë unitetin e saj. Disavantazhet shfaqen vetëm në veprimtari dhe, për më tepër, vetëm në një veprimtari të tillë që nuk mund të veprohet pa manifestimin e këtyre dallimeve. Nuk mund të flasësh për talentet e një fëmije përpara se të pikturojë, sepse ai nuk fillon të pikturojë sepse nuk fiton asnjë aftësi të nevojshme për punë krijuese. Cila është e përbashkëta e mundësive nga njëra anë dhe njohuria dhe aftësia e dobisë tjetër... | |||
| 31661. | Kuptimi rreth karakterit | 42.5 KB | |
| Veçori të tilla psikologjike quhen tipare të karakterit. Historia njeh shumë qytetarë politikë dhe drejtues ushtarakë që kontribuan në përparimin e forcave pozitive të karakterit të tyre në të njëjtën mënyrë si ato me karakter negativ ose karakter të dobët që çuan në rënie. Struktura e karakterit Karakteri është një nga tiparet thelbësore të përbërjes mendore të personalitetit dhe të gjithë krijimit që karakterizon veten e njeriut si njësi. Kuptimi i karakterit të unitetit të orizit të tij nuk përfshin forcimin në aktivitete të reja... | |||
| 31662. | VIKOVA PSIKOLOGJIA YAK GALUZ SHKENCA PSIKOLOGJIKE | 127.5 KB | |
| Psikologjia shekullore është një degë e shkencës psikologjike që njeh veçoritë e zhvillimit mendor dhe të veçantë të një personi në faza të ndryshme të jetës së tij. Kjo specifikë është e rëndësishme për faktin se gjatë gjithë rrjedhës së jetës në psikikën e një personi, po kryhen hetime të ndryshme, të cilat do të kërkojnë një kuptim sistematik të modeleve themelore të zhvillimit laik në lidhje me dinamikën e vjetër të psikologjisë modelet e faktorëve mendorë, formimi i mekanizmave të formimit dhe zhvillimi i veçorive .. | |||
| 31663. | Zhvillimi mendor i një personi | 28.5 KB | |
| Periudha e lëkurës është një fazë e lartë e zhvillimit mendor me tipare të natyrshme acidike të vazhdueshme. Duket se veçoritë shekullore psikologjike të të menduarit nga mendjet specifike historike kanë çuar në zhvillimin e një këmbënguljeje të botës së këndimit nga natyra e zhvillimit të veçorive të veprimtarisë dhe ndërveprimeve me njerëzit e tjerë, që rrjedh në specifikën e kalimi nga njëra në këtë periudhë në tjetrën. Është e rëndësishme që trajnimi fillestar të organizojë aktivitetet e fëmijëve hap pas hapi mbi bazën e njohurive të grumbulluara për përgatitjen e provave... | |||
| 31664. | PSIKOLOGJIA E SPECIALISTËVE TË PIDLITTKA | 35 KB | |
| Karakteristikat e rëndësishme të moshës para lindjes Mosha para shtatzënisë është një nga fazat më të rëndësishme të jetës së njeriut. Kjo është e paqëndrueshme, e pambrojtur, e rëndësishme dhe rezulton se më shumë se periudha të tjera të jetës qëndrojnë nën realitetet e Dokville. Karakteristika themelore e moshës nën-primordial ndryshon në teori të ndryshme, në varësi të idesë së tyre kryesore. Megjithatë, të gjitha këto dhe shumë qasje të tjera i bashkon fakti se ato përmbajnë tregues të fshehur që karakterizojnë këtë shekull. | |||
| 31665. | PSIKOLOGJIA E NXËNËSVE TË RINJ SHKOLLOR (FËMIJËRIA E RRITUR) | 100.5 KB | |
| Nxënësit e rinj po fillojnë një lloj aktiviteti të ri, i cili ende po u jep shumë energji. Në këto lloj aktivitetesh, marrëdhëniet e tyre me bashkëmoshatarët dhe të rriturit ndezen, formohet jeta e tyre e veçantë mendore dhe zhvillimi mendor, formohen zhvillime të reja psikologjike, në mënyrë që fëmijët të arrijnë një nivel të ri të njohjes së botës dhe të hapet vetënjohja. mundësitë dhe perspektivat. Periudha më e ulët ndërshekullore prej 6-7 vjetësh shoqërohet me kalimin në fillim si një aktivitet sistematik dhe i qëllimshëm. | |||
Lëvizja drejtvizore me nxitim konstant quhet e përshpejtuar në mënyrë të njëtrajtshme nëse moduli i shpejtësisë rritet me kalimin e kohës, ose ngadalësohet në mënyrë të njëtrajtshme nëse zvogëlohet.
Një shembull i lëvizjes së përshpejtuar do të ishte një tenxhere me lule që bie nga ballkoni i një ndërtese të ulët. Në fillim të vjeshtës, shpejtësia e tenxhere është zero, por në pak sekonda ajo arrin të rritet në dhjetëra m/s. Një shembull i lëvizjes së ngadaltë është lëvizja e një guri të hedhur vertikalisht lart, shpejtësia e të cilit fillimisht është e lartë, por më pas zvogëlohet gradualisht në zero në pikën e sipërme të trajektores. Nëse neglizhojmë forcën e rezistencës së ajrit, atëherë nxitimi në të dyja këto raste do të jetë i njëjtë dhe i barabartë me nxitimin e rënies së lirë, i cili gjithmonë drejtohet vertikalisht poshtë, i shënuar me shkronjën g dhe i barabartë me afërsisht 9,8 m/s2. .
Përshpejtimi për shkak të gravitetit, g, shkaktohet nga forca gravitacionale e Tokës. Kjo forcë përshpejton të gjithë trupat që lëvizin drejt tokës dhe ngadalëson ata që largohen prej saj.
ku v është shpejtësia e trupit në kohën t, nga ku, pas shndërrimeve të thjeshta, marrim ekuacioni për shpejtësia kur lëviz me nxitim konstant: v = v0 + at
8. Ekuacionet e lëvizjes me nxitim konstant.
Për të gjetur ekuacionin e shpejtësisë gjatë lëvizjes lineare me nxitim konstant, do të supozojmë se në kohën t=0 trupi kishte një shpejtësi fillestare v0. Meqenëse nxitimi a është konstant, ekuacioni i mëposhtëm është i vlefshëm për çdo kohë t:
ku v është shpejtësia e trupit në kohën t, nga ku, pas shndërrimeve të thjeshta, marrim ekuacionin e shpejtësisë kur lëvizim me nxitim konstant: v = v0 + në
Për të nxjerrë një ekuacion për shtegun e përshkuar gjatë lëvizjes drejtvizore me nxitim konstant, së pari ndërtojmë një grafik të shpejtësisë kundrejt kohës (5.1). Për a>0, grafiku i kësaj varësie është paraqitur në të majtë në Fig. 5 (vijë e drejtë blu). Siç kemi përcaktuar në §3, lëvizja e kryer gjatë kohës t mund të përcaktohet duke llogaritur sipërfaqen nën kurbën e shpejtësisë kundrejt kohës midis momenteve t=0 dhe t. Në rastin tonë, figura nën kurbë, e kufizuar nga dy vija vertikale t = 0 dhe t, është një OABC trapez, sipërfaqja e së cilës S, siç dihet, është e barabartë me produktin e gjysmës së shumës së gjatësive. e bazave OA dhe CB dhe lartësia OC:
Siç mund të shihet në Fig. 5, OA = v0, CB = v0 + at dhe OC = t. Duke i zëvendësuar këto vlera në (5.2), marrim ekuacionin e mëposhtëm për zhvendosjen S të bërë në kohën t gjatë lëvizjes drejtvizore me nxitim konstant a me një shpejtësi fillestare v0:
Është e lehtë të tregohet se formula (5.3) është e vlefshme jo vetëm për lëvizjen me nxitim a>0, për të cilën është nxjerrë, por edhe në ato raste kur një<0. На рис.5 справа красными линиями показаны графики зависимости S при положительных (верх) и отрицательных (низ) значениях a, построенные по формуле (5.3) для различных величин v0. Видно, что в отличие от равномерного движения (см. рис. 3), график зависимости перемещения от времени является параболой, а не прямой, показанной для сравнения пунктирной линией.
9. Rënia e lirë e trupave. Lëvizje me nxitim të vazhdueshëm për shkak të gravitetit.
Rënia e lirë e trupave është rënia e trupave në Tokë në mungesë të rezistencës së ajrit (në vakum)
Nxitimi me të cilin trupat bien në Tokë quhet nxitimi i gravitetit. Vektori i nxitimit të rënies së lirë tregohet me simbolin ai drejtohet vertikalisht poshtë. Në pika të ndryshme të globit, në varësi të gjerësisë gjeografike dhe lartësisë mbi nivelin e detit, vlera numerike e g nuk është e njëjtë, duke variuar nga afërsisht 9,83 m/s2 në pole në 9,78 m/s2 në ekuator. Në gjerësinë gjeografike të Moskës g = 9,81523 m/s2. Zakonisht, nëse nuk kërkohet saktësi e lartë në llogaritjet, atëherë vlera numerike e g në sipërfaqen e Tokës merret e barabartë me 9,8 m/s2 ose edhe 10 m/s2.
Një shembull i thjeshtë i rënies së lirë është një trup që bie nga një lartësi e caktuar h pa një shpejtësi fillestare. Rënia e lirë është një lëvizje lineare me nxitim konstant.
Një rënie e lirë ideale është e mundur vetëm në një vakum, ku nuk ka rezistencë ajri, dhe pavarësisht nga masa, dendësia dhe forma, të gjithë trupat bien njësoj shpejt, pra në çdo moment në kohë trupat kanë të njëjtat shpejtësi dhe nxitime të menjëhershme.
Të gjitha formulat për lëvizjen e përshpejtuar në mënyrë të njëtrajtshme janë të zbatueshme për trupat që bien lirisht.
Madhësia e shpejtësisë gjatë rënies së lirë të një trupi në çdo kohë:
lëvizjet e trupit:
Në këtë rast, në vend të nxitimit a, nxitimi i gravitetit g = 9,8 m/s2 futet në formulat për lëvizje të përshpejtuar në mënyrë të njëtrajtshme.
10. Lëvizja e trupave. LËVIZJA PËRPARA E NJË TRUPI të ngurtë
Lëvizja përkthimore e një trupi të ngurtë është një lëvizje e tillë në të cilën çdo vijë e drejtë, e lidhur pa ndryshim me trupin, lëviz paralelisht me vetveten. Për ta bërë këtë, mjafton që dy linja jo paralele të lidhura me trupin të lëvizin paralel me vete. Gjatë lëvizjes përkthimore, të gjitha pikat e trupit përshkruajnë trajektore identike, paralele dhe kanë të njëjtat shpejtësi dhe nxitime në çdo kohë të caktuar. Kështu, lëvizja përkthimore e një trupi përcaktohet nga lëvizja e një prej pikave të tij O.
Në rastin e përgjithshëm, lëvizja përkthimore ndodh në hapësirën tre-dimensionale, por tipari kryesor i saj - ruajtja e paralelizmit të çdo segmenti me vetveten - mbetet në fuqi.
Për shembull, një kabinë ashensori lëviz përpara. Gjithashtu, në një përafrim të parë, kabina e rrotës së Ferris bën lëvizje përkthimore. Sidoqoftë, në mënyrë rigoroze, lëvizja e kabinës së rrotës së Ferris nuk mund të konsiderohet progresive. Nëse një trup lëviz në mënyrë përkthimore, atëherë për të përshkruar lëvizjen e tij mjafton të përshkruani lëvizjen e një pike arbitrare (për shembull, lëvizjen e qendrës së masës së trupit).
Nëse trupat që përbëjnë një sistem mekanik të mbyllur ndërveprojnë me njëri-tjetrin vetëm nëpërmjet forcave të gravitetit dhe elasticitetit, atëherë puna e këtyre forcave është e barabartë me ndryshimin e energjisë potenciale të trupave, marrë me shenjën e kundërt: A = –(E р2 – E р1).
Sipas teoremës së energjisë kinetike, kjo punë është e barabartë me ndryshimin e energjisë kinetike të trupave
Prandaj
Ose E k 1 + E p 1 = E k 2 + E p 2.
Shuma e energjisë kinetike dhe potenciale të trupave që përbëjnë një sistem të mbyllur dhe ndërveprojnë me njëri-tjetrin përmes forcave gravitacionale dhe elastike mbetet e pandryshuar.
Kjo deklaratë shpreh ligjin e ruajtjes së energjisë në proceset mekanike. Është pasojë e ligjeve të Njutonit. Shuma E = E k + E p quhet energji totale mekanike. Ligji i ruajtjes së energjisë mekanike plotësohet vetëm kur trupat në një sistem të mbyllur ndërveprojnë me njëri-tjetrin nga forcat konservatore, domethënë forcat për të cilat mund të prezantohet koncepti i energjisë potenciale.
Energjia mekanike e një sistemi të mbyllur trupash nuk ndryshon nëse ndërmjet këtyre trupave veprojnë vetëm forca konservatore. Forcat konservatore janë ato forca, puna e të cilave përgjatë çdo trajektoreje të mbyllur është e barabartë me zero. Graviteti është një nga forcat konservatore.
Në kushte reale, trupat në lëvizje thuajse gjithmonë veprojnë, së bashku me forcat gravitacionale, forcat elastike dhe forcat e tjera konservatore, nga forcat e fërkimit ose forcat e rezistencës mjedisore.
Forca e fërkimit nuk është konservatore. Puna e bërë nga forca e fërkimit varet nga gjatësia e rrugës.
Nëse forcat e fërkimit veprojnë midis trupave që përbëjnë një sistem të mbyllur, atëherë energjia mekanike nuk ruhet. Një pjesë e energjisë mekanike shndërrohet në energji të brendshme të trupave (ngrohje).
Gjatë çdo ndërveprimesh fizike, energjia as shfaqet dhe as nuk zhduket. Ai thjesht ndryshon nga një formë në tjetrën.
Një nga pasojat e ligjit të ruajtjes dhe transformimit të energjisë është deklarata për pamundësinë e krijimit të një "makine me lëvizje të përhershme" (perpetuum mobile) - një makinë që mund të punonte pafundësisht pa konsumuar energji.
Historia ruan një numër të konsiderueshëm projektesh "lëvizje të përhershme". Në disa prej tyre, gabimet e "shpikësit" janë të dukshme, në të tjera këto gabime maskohen nga dizajni kompleks i pajisjes dhe mund të jetë shumë e vështirë të kuptosh pse kjo makinë nuk do të funksionojë. Përpjekjet e pafrytshme për të krijuar një "makinë lëvizjeje të përhershme" vazhdojnë në kohën tonë. Të gjitha këto përpjekje janë të dënuara me dështim, pasi ligji i ruajtjes dhe transformimit të energjisë "ndalon" marrjen e punës pa shpenzuar energji.
31. Parimet themelore të teorisë kinetike molekulare dhe arsyetimi i tyre.
Të gjithë trupat përbëhen nga molekula, atome dhe grimca elementare që janë të ndara me hapësira, lëvizin rastësisht dhe ndërveprojnë me njëra-tjetrën.
Kinematika dhe dinamika na ndihmojnë të përshkruajmë lëvizjen e një trupi dhe të përcaktojmë forcën që shkakton këtë lëvizje. Megjithatë, një mekanik nuk mund t'i përgjigjet shumë pyetjeve. Për shembull, nga çfarë përbëhen trupat? Pse shumë substanca bëhen të lëngshme kur nxehen dhe më pas avullojnë? Dhe, në përgjithësi, çfarë është temperatura dhe nxehtësia?
Filozofi i lashtë grek Demokriti u përpoq t'u përgjigjej pyetjeve të ngjashme 25 shekuj më parë. Pa kryer asnjë eksperiment, ai arriti në përfundimin se trupat na duken vetëm të ngurtë, por në fakt ato përbëhen nga grimca të vogla të ndara nga zbrazëtia. Duke marrë parasysh se ishte e pamundur të shtypeshin këto grimca, Demokriti i quajti atome, që përkthyer nga greqishtja do të thotë të pandashme. Ai gjithashtu sugjeroi që atomet mund të jenë të ndryshëm dhe janë në lëvizje të vazhdueshme, por ne nuk e shohim këtë, sepse ato janë shumë të vogla.
M.V. dha një kontribut të madh në zhvillimin e teorisë kinetike molekulare. Lomonosov. Lomonosov ishte i pari që sugjeroi se nxehtësia pasqyron lëvizjen e atomeve në një trup. Përveç kësaj, ai prezantoi konceptin e substancave të thjeshta dhe komplekse, molekulat e të cilave përbëhen nga atome identike dhe të ndryshme, përkatësisht.
Fizika molekulare ose teoria kinetike molekulare bazohet në disa ide rreth strukturës së materies
Kështu, sipas teorisë atomike të strukturës së materies, grimca më e vogël e një substance që ruan të gjitha vetitë e saj kimike është një molekulë. Edhe molekulat e mëdha, të përbëra nga mijëra atome, janë aq të vogla sa nuk mund të shihen me një mikroskop të lehtë. Eksperimentet e shumta dhe llogaritjet teorike tregojnë se madhësia e atomeve është rreth 10 -10 m.
Teoria kinetike molekulare është studimi i strukturës dhe vetive të materies bazuar në idenë e ekzistencës së atomeve dhe molekulave si grimcat më të vogla të substancave kimike.
Teoria kinetike molekulare bazohet në tre parime kryesore:
1. Të gjitha substancat - të lëngshme, të ngurta dhe të gazta - formohen nga grimcat më të vogla - molekulat, të cilat vetë përbëhen nga atome ("molekula elementare"). Molekulat e një lënde kimike mund të jenë të thjeshta ose komplekse, d.m.th. përbëhet nga një ose më shumë atome. Molekulat dhe atomet janë grimca elektrike neutrale. Në kushte të caktuara, molekulat dhe atomet mund të fitojnë ngarkesë elektrike shtesë dhe të bëhen jone pozitive ose negative.
2. Atomet dhe molekulat janë në lëvizje të vazhdueshme kaotike.
3. Grimcat ndërveprojnë me njëra-tjetrën me anë të forcave që kanë natyrë elektrike. Ndërveprimi gravitacional midis grimcave është i papërfillshëm.
Konfirmimi eksperimental më i mrekullueshëm i ideve të teorisë kinetike molekulare për lëvizjen e rastësishme të atomeve dhe molekulave është lëvizja Brownian. Kjo është lëvizja termike e grimcave të vogla mikroskopike të pezulluara në një lëng ose gaz. Ajo u zbulua nga botanisti anglez R. Brown në 1827. Grimcat Brownian lëvizin nën ndikimin e ndikimeve të rastësishme të molekulave. Për shkak të lëvizjes kaotike termike të molekulave, këto ndikime nuk balancojnë kurrë njëra-tjetrën. Si rezultat, shpejtësia e grimcave Brownian ndryshon në mënyrë të rastësishme në madhësi dhe drejtim, dhe trajektorja e saj është një kurbë komplekse zigzag.
Lëvizja e vazhdueshme kaotike e molekulave të një substance manifestohet edhe në një fenomen tjetër lehtësisht të vëzhgueshëm - difuzionin. Difuzioni është fenomeni i depërtimit të dy ose më shumë substancave kontaktuese në njëra-tjetrën. Procesi ndodh më shpejt në gaz.
Lëvizja kaotike e rastësishme e molekulave quhet lëvizje termike. Energjia kinetike e lëvizjes termike rritet me rritjen e temperaturës.
Një mol është një sasi e substancës që përmban të njëjtin numër grimcash (molekulash) sa ka atome në 0,012 kg karbon 12 C. Një molekulë karboni përbëhet nga një atom.
32. Masa e molekulave, masa molekulare relative e molekulave. 33. Masa molare e molekulave. 34. Sasia e substancës. 35. Konstanta e Avogadros.
Në teorinë kinetike molekulare, sasia e materies konsiderohet të jetë proporcionale me numrin e grimcave. Njësia e sasisë së një lënde quhet mol (nishan).
Një mol është një sasi lënde që përmban të njëjtin numër grimcash (molekulash) sa ka atome në 0,012 kg (12 g) karbon 12 C. Një molekulë karboni përbëhet nga një atom.
Një mol i një substance përmban një numër molekulash ose atomesh të barabartë me konstantën e Avogadro-s.
Kështu, një mol i çdo substance përmban të njëjtin numër grimcash (molekula). Ky numër quhet konstanta e Avogadros N A: N A = 6,02·10 23 mol –1.
Konstanta e Avogadro është një nga konstantet më të rëndësishme në teorinë kinetike molekulare.
Sasia e substancës ν përcaktohet si raporti i numrit N të grimcave (molekulave) të substancës me konstanten N A të Avogadro-s:
Masa molare, M, është raporti i masës m të një kampioni të caktuar të një substance me sasinë n të substancës që përmbahet në të:
e cila numerikisht është e barabartë me masën e një lënde të marrë në sasinë e një mol. Masa molare në sistemin SI shprehet në kg/mol.
Kështu, masa relative molekulare ose atomike e një lënde është raporti i masës së molekulës dhe atomit të saj me 1/12 e masës së një atomi karboni.
36. Lëvizja Browniane.
Shumë dukuri natyrore tregojnë lëvizjen kaotike të mikrogrimcave, molekulave dhe atomeve të materies. Sa më e lartë të jetë temperatura e substancës, aq më intensive është kjo lëvizje. Prandaj, nxehtësia e një trupi është një reflektim i lëvizjes së rastësishme të molekulave dhe atomeve të tij përbërës.
Prova që të gjithë atomet dhe molekulat e një lënde janë në lëvizje konstante dhe të rastësishme mund të jetë difuzioni - ndërhyrja e grimcave të një lënde në një tjetër.
Kështu, era përhapet shpejt në të gjithë dhomën edhe në mungesë të lëvizjes së ajrit. Një pikë boje e kthen shpejt të gjithë gotën e ujit në mënyrë uniforme të zezë.
Difuzioni gjithashtu mund të zbulohet në trupat e ngurtë nëse ato shtypen fort së bashku dhe lihen për një kohë të gjatë. Fenomeni i difuzionit tregon se mikrogrimcat e një substance janë të afta të lëvizin spontanisht në të gjitha drejtimet. Kjo lëvizje e mikrogrimcave të një substance, si dhe molekulave dhe atomeve të saj, quhet lëvizje termike.
Lëvizja BROWNIAN - lëvizje e rastësishme e grimcave të vogla të pezulluara në një lëng ose gaz, që ndodh nën ndikimin e ndikimeve nga molekulat mjedisore; zbuluar nga R. Brown në 1827
Vëzhgimet tregojnë se lëvizja Brownian nuk ndalet kurrë. Në një pikë uji (nëse nuk e lejoni të thahet), lëvizja e kokrrave mund të vërehet për shumë ditë, muaj, vite. Nuk ndalet as në verë as në dimër, as ditën as natën.
Arsyeja për lëvizjen Brownian qëndron në lëvizjen e vazhdueshme dhe të pafundme të molekulave të lëngut në të cilin ndodhen kokrrat e lëndës së ngurtë. Natyrisht, këto kokrra janë shumë herë më të mëdha se vetë molekulat dhe kur shohim lëvizjen e kokrrave nën mikroskop, nuk duhet të mendojmë se po shohim lëvizjen e vetë molekulave. Molekulat nuk mund të shihen me një mikroskop të zakonshëm, por ne mund të gjykojmë ekzistencën dhe lëvizjen e tyre nga ndikimet që ato prodhojnë, duke shtyrë kokrrat e një trupi të fortë dhe duke i bërë ato të lëvizin.
Zbulimi i lëvizjes Brownian ishte i një rëndësie të madhe për studimin e strukturës së materies. Ai tregoi se trupat me të vërtetë përbëhen nga grimca individuale - molekula dhe se molekulat janë në lëvizje të vazhdueshme të rastësishme.
Një shpjegim i lëvizjes Brownian u dha vetëm në çerekun e fundit të shekullit të 19-të, kur u bë e qartë për shumë shkencëtarë se lëvizja e një grimce Brownian shkaktohet nga ndikimet e rastësishme të molekulave të mediumit (lëng ose gaz) që i nënshtrohen lëvizjes termike. Mesatarisht, molekulat e mediumit prekin një grimcë Brownian nga të gjitha drejtimet me forcë të barabartë, megjithatë, këto ndikime kurrë nuk anulojnë saktësisht njëra-tjetrën, dhe si rezultat, shpejtësia e grimcës Brownian ndryshon rastësisht në madhësi dhe drejtim. Prandaj, grimca Brownian lëviz përgjatë një shtegu zigzag. Për më tepër, sa më e vogël të jetë madhësia dhe masa e një grimce Brownian, aq më e dukshme bëhet lëvizja e saj.
Kështu, analiza e lëvizjes Brownian hodhi themelet e teorisë moderne kinetike molekulare të strukturës së materies.
37. Forcat e bashkëveprimit ndërmjet molekulave. 38. Struktura e substancave të gazta. 39. Struktura e substancave të lëngshme. 40. Struktura e trupave të ngurtë.
Distanca midis molekulave dhe forcave që veprojnë ndërmjet tyre përcaktojnë vetitë e trupave të gaztë, të lëngët dhe të ngurtë.
Ne jemi mësuar me faktin se lëngu mund të derdhet nga një enë në tjetrën, dhe gazi mbush shpejt të gjithë vëllimin që i është dhënë. Uji mund të rrjedhë vetëm përgjatë shtratit të lumit dhe ajri mbi të nuk njeh kufij.
Midis të gjitha molekulave ekzistojnë forca tërheqëse ndërmolekulare, madhësia e të cilave zvogëlohet shumë shpejt kur molekulat largohen nga njëra-tjetra, dhe për këtë arsye në një distancë të barabartë me disa diametra molekularë ato nuk ndërveprojnë fare.
Kështu, ndërmjet molekulave të lëngshme të vendosura pothuajse afër njëra-tjetrës, veprojnë forca tërheqëse, duke penguar që këto molekula të shpërndahen në drejtime të ndryshme. Përkundrazi, forcat e parëndësishme të tërheqjes midis molekulave të gazit nuk janë në gjendje t'i mbajnë ato së bashku, dhe për këtë arsye gazrat mund të zgjerohen, duke mbushur të gjithë vëllimin që u është dhënë. Ekzistenca e forcave tërheqëse ndërmolekulare mund të verifikohet duke kryer një eksperiment të thjeshtë - duke shtypur dy shufra plumbi kundër njëri-tjetrit. Nëse sipërfaqet e kontaktit janë mjaftueshëm të lëmuara, shufrat do të ngjiten së bashku dhe do të jetë e vështirë të ndahen.
Megjithatë, vetëm forcat tërheqëse ndërmolekulare nuk mund të shpjegojnë të gjitha ndryshimet midis vetive të substancave të gazta, të lëngshme dhe të ngurta. Pse, për shembull, është shumë e vështirë të zvogëlohet vëllimi i një lëngu ose të ngurtë, por është relativisht e lehtë të ngjesh një tullumbace? Kjo shpjegohet me faktin se midis molekulave nuk ekzistojnë vetëm forca tërheqëse, por edhe forca refuzuese ndërmolekulare, të cilat veprojnë kur predha elektronike të atomeve të molekulave fqinje fillojnë të mbivendosen. Janë këto forca refuzuese që pengojnë një molekulë të depërtojë në një vëllim tashmë të zënë nga një molekulë tjetër.
Kur asnjë forcë e jashtme nuk vepron në një trup të lëngët ose të ngurtë, distanca midis molekulave të tyre është e tillë që forcat rezultante të tërheqjes dhe zmbrapsjes janë zero. Nëse përpiqeni të zvogëloni vëllimin e një trupi, distanca midis molekulave zvogëlohet dhe forcat repulsive të rritura që rezultojnë fillojnë të veprojnë nga ana e trupit të ngjeshur. Përkundrazi, kur një trup shtrihet, forcat elastike që lindin shoqërohen me një rritje relative të forcave tërheqëse, sepse Kur molekulat largohen nga njëra-tjetra, forcat refuzuese bien shumë më shpejt se forcat tërheqëse.
Molekulat e gazit ndodhen në distanca dhjetëra herë më të mëdha se madhësitë e tyre, si rezultat i të cilave këto molekula nuk ndërveprojnë me njëra-tjetrën, dhe për këtë arsye gazrat kompresohen shumë më lehtë sesa lëngjet dhe trupat e ngurtë. Gazet nuk kanë ndonjë strukturë specifike dhe janë një koleksion molekulash lëvizëse dhe përplasëse.
Një lëng është një koleksion molekulash që janë pothuajse afër njëra-tjetrës. Lëvizja termike lejon një molekulë të lëngshme të ndryshojë fqinjët e saj herë pas here, duke u hedhur nga një vend në tjetrin. Kjo shpjegon rrjedhshmërinë e lëngjeve.
Atomet dhe molekulat e trupave të ngurtë janë të privuar nga aftësia për të ndryshuar fqinjët e tyre, dhe lëvizja e tyre termike është vetëm luhatje të vogla në lidhje me pozicionin e atomeve ose molekulave fqinje. Ndërveprimi midis atomeve mund të çojë në faktin se një trup i ngurtë bëhet kristal, dhe atomet në të zënë pozicione në vendet e rrjetës kristalore. Meqenëse molekulat e trupave të ngurtë nuk lëvizin në raport me fqinjët e tyre, këta trupa ruajnë formën e tyre.
41. Gazi ideal në teorinë kinetike molekulare.
Një gaz ideal është një model i një gazi të rrallë në të cilin ndërveprimet ndërmjet molekulave janë neglizhuar. Forcat e ndërveprimit ndërmjet molekulave janë mjaft komplekse. Në distanca shumë të shkurtra, kur molekulat afrohen me njëra-tjetrën, forca të mëdha refuzuese veprojnë ndërmjet tyre. Në distanca të mëdha ose të ndërmjetme ndërmjet molekulave, veprojnë forca tërheqëse relativisht të dobëta. Nëse distancat midis molekulave janë mesatarisht të mëdha, gjë që vërehet në një gaz mjaft të rrallë, atëherë ndërveprimi shfaqet në formën e përplasjeve relativisht të rralla të molekulave me njëra-tjetrën kur ato fluturojnë afër. Në një gaz ideal, ndërveprimi i molekulave neglizhohet plotësisht.
42. Presioni i gazit në teorinë kinetike molekulare.
Një gaz ideal është një model i një gazi të rrallë në të cilin ndërveprimet ndërmjet molekulave janë neglizhuar.
Presioni i një gazi ideal është në proporcion me produktin e përqendrimit të molekulave dhe energjisë mesatare kinetike të tyre.
Gazi na rrethon nga të gjitha anët. Kudo në tokë, edhe nën ujë, ne bartim një pjesë të atmosferës, shtresat e poshtme të së cilës janë të ngjeshura nën ndikimin e gravitetit nga ato të sipërme. Prandaj, duke matur presionin atmosferik, ne mund të gjykojmë se çfarë po ndodh lart mbi ne dhe të parashikojmë motin.
43. Vlera mesatare e katrorit të shpejtësisë së molekulave të një gazi ideal.
44. Nxjerrja e ekuacionit bazë të teorisë kinetike molekulare të gazit. 45. Përcaktimi i një formule që lidh presionin dhe energjinë mesatare kinetike të molekulave të gazit.
Presioni p në një sipërfaqe të caktuar është raporti i forcës F që vepron pingul me këtë sipërfaqe me zonën S të zonës së saj të caktuar
Njësia SI e presionit është Pascal (Pa). 1 Pa = 1 N/m2.
Le të gjejmë forcën F me të cilën një molekulë me masë m0 vepron në sipërfaqen nga e cila tërhiqet. Kur reflektohet nga një sipërfaqe, që zgjat një periudhë kohore Dt, komponenti i shpejtësisë së molekulës pingul me këtë sipërfaqe, vy, ndryshon në invers (-vy). Prandaj, kur reflektohet nga sipërfaqja, molekula merr vrull, 2m0vy, dhe për këtë arsye, sipas ligjit të tretë të Njutonit, 2m0vy = FDt, nga i cili:
Formula (22.2) bën të mundur llogaritjen e forcës me të cilën një molekulë gazi shtyp në murin e enës gjatë intervalit Dt. Për të përcaktuar forcën mesatare të presionit të gazit, për shembull, në një sekondë, është e nevojshme të gjesh sa molekula do të reflektohen në sekondë nga një sipërfaqe e zonës S, dhe gjithashtu është e nevojshme të dihet shpejtësia mesatare vy. i molekulave që lëvizin në drejtim të një sipërfaqeje të caktuar.
Le të ketë n molekula për njësi vëllimi të gazit. Le të thjeshtojmë detyrën tonë duke supozuar se të gjitha molekulat e gazit lëvizin me të njëjtën shpejtësi, v. Në këtë rast, 1/3 e të gjitha molekulave lëvizin përgjatë boshtit Ox, dhe e njëjta sasi përgjatë boshtit Oy dhe Oz (shih Fig. 22c). Lëreni gjysmën e molekulave që lëvizin përgjatë boshtit Oy të lëvizin drejt murit C, dhe pjesa tjetër - në drejtim të kundërt. Atëherë, padyshim, numri i molekulave për njësi vëllimi që nxitojnë drejt murit C do të jetë n/6.
Le të gjejmë tani numrin e molekulave që godasin një sipërfaqe të zonës S (të hijezuar në Fig. 22c) në një sekondë. Natyrisht, në 1 s ato molekula që lëvizin drejt tij dhe janë në një distancë jo më të madhe se v do të kenë kohë të arrijnë në mur. Prandaj, 1/6 e të gjitha molekulave të vendosura në paralelepipedin drejtkëndor të theksuar në Fig. do të godasin këtë zonë të sipërfaqes. 22c, gjatësia e së cilës është v dhe sipërfaqja e faqeve fundore është S. Meqenëse vëllimi i këtij paralelipipedi është Sv, numri i përgjithshëm N i molekulave që godasin një seksion të sipërfaqes së murit në 1 s do të jetë i barabartë me :
Duke përdorur (22.2) dhe (22.3), mund të llogarisim impulsin që, në 1 s, u dha molekulave të gazit një seksion të sipërfaqes së murit të zonës S. Ky impuls do të jetë numerikisht i barabartë me forcën e presionit të gazit, F:
prej nga, duke përdorur (22.1), marrim shprehjen e mëposhtme që lidhet me presionin e gazit dhe energjinë mesatare kinetike të lëvizjes përkthimore të molekulave të tij:
ku E CP është energjia mesatare kinetike e molekulave ideale të gazit. Formula (22.4) quhet ekuacioni bazë i teorisë kinetike molekulare të gazeve.
46. Ekuilibri termik. 47. Temperatura. Ndryshimi i temperaturës. 48. Instrumentet për matjen e temperaturës.
Ekuilibri termik ndërmjet trupave është i mundur vetëm kur temperatura e tyre është e njëjtë.
Duke prekur çdo objekt me dorën tonë, mund të përcaktojmë lehtësisht nëse është i ngrohtë apo i ftohtë. Nëse temperatura e një objekti është më e ulët se temperatura e dorës, objekti duket i ftohtë, dhe nëse, përkundrazi, duket i ngrohtë. Nëse mbani një monedhë të ftohtë në grusht, ngrohtësia e dorës do të fillojë të ngrohë monedhën dhe pas njëfarë kohe temperatura e saj do të bëhet e barabartë me temperaturën e dorës, ose, siç thonë ata, do të ndodhë ekuilibri termik. Prandaj, temperatura karakterizon gjendjen e ekuilibrit termik të një sistemi prej dy ose më shumë trupash që kanë të njëjtën temperaturë.
Temperatura, së bashku me vëllimin dhe presionin e gazit, janë parametra makroskopikë. Termometrat përdoren për të matur temperaturën. Disa prej tyre regjistrojnë ndryshime në vëllimin e lëngut kur nxehen, të tjera regjistrojnë ndryshime në rezistencën elektrike, etj. Më e zakonshme është shkalla e temperaturës Celsius, e quajtur sipas fizikanit suedez A. Celsius. Për të marrë shkallën e temperaturës Celsius për një termometër të lëngshëm, ai fillimisht zhytet në shkrirjen e akullit dhe shënohet pozicioni i fundit të kolonës, dhe më pas në ujë të valë. Segmenti ndërmjet këtyre dy pozicioneve të kolonës ndahet në 100 pjesë të barabarta, duke supozuar se temperatura e shkrirjes së akullit korrespondon me zero gradë Celsius (o C), dhe temperatura e ujit të vluar është 100 o C.
49. Energjia mesatare kinetike e molekulave të gazit në ekuilibër termik.
Ekuacioni bazë i teorisë kinetike molekulare (22.4) lidh presionin e gazit, përqendrimin e molekulave dhe energjinë kinetike mesatare të tyre. Sidoqoftë, energjia mesatare kinetike e molekulave është, si rregull, e panjohur, megjithëse rezultatet e shumë eksperimenteve tregojnë se shpejtësia e molekulave rritet me rritjen e temperaturës (shih, për shembull, lëvizjen Brownian në §20). Varësia e energjisë mesatare kinetike të molekulave të gazit nga temperatura e tij mund të merret nga ligji i zbuluar nga fizikani francez J. Charles në 1787.
50. Gazrat në gjendje ekuilibri termik (përshkruani eksperimentin).
51. Temperatura absolute. 52. Shkalla e temperaturës absolute. 53. Temperatura është masë e energjisë mesatare kinetike të molekulave.
Varësia e energjisë mesatare kinetike të molekulave të gazit nga temperatura e tij mund të merret nga ligji i zbuluar nga fizikani francez J. Charles në 1787.
Sipas ligjit të Charles, nëse vëllimi i një mase të caktuar gazi nuk ndryshon, presioni i tij pt varet linearisht nga temperatura t:
ku t është temperatura e gazit e matur në o C, dhe p 0 është presioni i gazit në një temperaturë prej 0 o C (shih Fig. 23b). Kështu, nga ligji i Charles rrjedh se presioni i një gazi që zë një vëllim konstant është proporcional me shumën (t + 273 o C). Nga ana tjetër, nga (22.4) del se nëse përqendrimi i molekulave është konstant, d.m.th. vëllimi i zënë nga gazi nuk ndryshon, atëherë presioni i gazit duhet të jetë proporcional me energjinë mesatare kinetike të molekulave. Kjo do të thotë që energjia mesatare kinetike, E SR e molekulave të gazit, është thjesht proporcionale me vlerën (t + 273 o C):
ku b është një koeficient konstant, vlerën e të cilit do ta përcaktojmë më vonë. Nga (23.2) rrjedh se energjia mesatare kinetike e molekulave do të bëhet e barabartë me zero në -273 o C. Bazuar në këtë, shkencëtari anglez W. Kelvin në 1848 propozoi përdorimin e një shkalle absolute të temperaturës, temperatura zero në të cilën do të korrespondonte në -273 o C, dhe çdo shkallë e temperaturës do të ishte e barabartë me një shkallë në shkallën Celsius. Kështu, temperatura absolute, T, lidhet me temperaturën, t, të matur në Celsius, si më poshtë:
Njësia SI e temperaturës absolute është Kelvin (K).
Duke marrë parasysh (23.3), ekuacioni (23.2) shndërrohet në:
duke e zëvendësuar në (22.4), marrim sa vijon:
Për të hequr qafe fraksionin në (23.5), ne zëvendësojmë 2b/3 me k, dhe në vend të (23.4) dhe (23.5) marrim dy ekuacione shumë të rëndësishme:
ku k është konstanta e Boltzmann-it, me emrin L. Boltzmann. Eksperimentet kanë treguar se k=1.38.10 -23 J/K. Kështu, presioni i një gazi dhe energjia mesatare kinetike e molekulave të tij janë proporcionale me temperaturën e tij absolute.
54. Varësia e presionit të gazit nga përqendrimi i molekulave dhe temperatura e tij.
Në shumicën e rasteve, kur një gaz kalon nga një gjendje në tjetrën, të gjithë parametrat e tij ndryshojnë - temperatura, vëllimi dhe presioni. Kjo ndodh kur gazi është i ngjeshur nën një piston në një cilindër motori me djegie të brendshme, duke shkaktuar rritjen e temperaturës dhe presionit të gazit dhe uljen e vëllimit të tij. Sidoqoftë, në disa raste, ndryshimet në një nga parametrat e gazit janë relativisht të vogla ose madje mungojnë. Proceset e tilla, ku njëri nga tre parametrat - temperatura, presioni ose vëllimi mbetet i pandryshuar, quhen izoprocese, dhe ligjet që i përshkruajnë quhen ligje të gazit.
55. Matja e shpejtësisë së molekulave të gazit. 56. Eksperiment Stern.
Para së gjithash, le të sqarojmë se çfarë nënkuptohet me shpejtësinë e molekulave. Le të kujtojmë se për shkak të përplasjeve të shpeshta, shpejtësia e secilës molekulë individuale ndryshon gjatë gjithë kohës: molekula lëviz ndonjëherë shpejt, ndonjëherë ngadalë dhe për disa kohë (për shembull, një sekondë) shpejtësia e molekulës merr vlera të ndryshme. . Nga ana tjetër, në çdo moment në numrin e madh të molekulave që përbëjnë vëllimin e gazit në shqyrtim, ka molekula me shpejtësi shumë të ndryshme. Natyrisht, për të karakterizuar gjendjen e gazit, duhet të flasim për një shpejtësi mesatare. Mund të supozojmë se kjo është vlera mesatare e shpejtësisë së njërës prej molekulave për një periudhë mjaft të gjatë kohore ose se kjo është vlera mesatare e shpejtësisë së të gjitha molekulave të gazit në një vëllim të caktuar në një moment të caktuar kohor.
Ka mënyra të ndryshme për të përcaktuar shpejtësinë e lëvizjes së molekulave. Një nga më të thjeshtat është metoda e zbatuar në vitin 1920 në eksperimentin Stern.
Oriz. 390. Kur hapësira nën xhamin A mbushet me hidrogjen; pastaj flluska dalin nga fundi i hinkës, të mbyllura nga ena poroze B
Për ta kuptuar atë, merrni parasysh analogjinë e mëposhtme. Kur gjuani në një objektiv në lëvizje, për ta goditur atë, duhet të synoni në një pikë përpara objektivit. Nëse shënoni një objektiv, atëherë plumbat do të godasin pas objektivit. Ky devijim i vendit të goditjes nga objektivi do të jetë më i madh sa më shpejt të lëvizë objektivi dhe sa më e ulët të jetë shpejtësia e plumbave.
Eksperimenti i Otto Stern (1888-1969) iu kushtua konfirmimit eksperimental dhe vizualizimit të shpërndarjes së shpejtësisë së molekulave të gazit. Ky është një tjetër eksperiment i bukur që bëri të mundur "vizatimin" fjalë për fjalë një grafik të kësaj shpërndarjeje në një strukturë eksperimentale. Instalimi i Stern përbëhej nga dy cilindra të zbrazët rrotullues me boshte që përputheshin (shih figurën në të djathtë; cilindri i madh nuk është tërhequr plotësisht). Në cilindrin e brendshëm, një fije argjendi 1 ishte shtrirë drejtpërdrejt përgjatë boshtit të saj, përmes së cilës kalonte një rrymë, e cila çoi në ngrohjen e saj, shkrirjen e pjesshme dhe avullimin e mëvonshëm të atomeve të argjendit nga sipërfaqja e tij. Si rezultat, cilindri i brendshëm, i cili fillimisht përmbante një vakum, u mbush gradualisht me argjend të gaztë me përqendrim të ulët. Në cilindrin e brendshëm, siç tregohet në figurë, u bë një çarje e hollë 2, kështu që shumica e atomeve të argjendit, duke arritur në cilindër, u vendosën mbi të. Një pjesë e vogël e atomeve kaloi përmes hendekut dhe ra në cilindrin e jashtëm, në të cilin ruhej një vakum. Këtu këta atome nuk u përplasën më me atome të tjera dhe për këtë arsye lëvizën në drejtimin radial me një shpejtësi konstante, duke arritur në cilindrin e jashtëm pas një kohe në përpjesëtim të zhdrejtë me këtë shpejtësi:
ku janë rrezet e cilindrave të brendshëm dhe të jashtëm, dhe është komponenti radial i shpejtësisë së grimcave. Si rezultat, me kalimin e kohës, një shtresë e shtresës së argjendit u shfaq në cilindrin e jashtëm 3. Në rastin e cilindrave në qetësi, kjo shtresë kishte formën e një shiriti të vendosur pikërisht përballë çarjes në cilindrin e brendshëm. Por nëse cilindrat rrotulloheshin me të njëjtën shpejtësi këndore, atëherë në kohën kur molekula arriti në cilindrin e jashtëm, ky i fundit tashmë ishte zhvendosur nga një distancë
krahasuar me pikën drejtpërdrejt përballë të çarës (d.m.th., pika në të cilën grimcat u vendosën në rastin e cilindrave të palëvizshëm).
57. Nxjerrja e ekuacionit të gjendjes së një gazi ideal (ekuacioni Mendeleev-Clayperon)
Gazrat janë shpesh reaktantë dhe produkte në reaksionet kimike. Nuk është gjithmonë e mundur që ata të reagojnë me njëri-tjetrin në kushte normale. Prandaj, ju duhet të mësoni se si të përcaktoni numrin e moleve të gazrave në kushte të ndryshme nga ato normale.
Për ta bërë këtë, përdorni ekuacionin ideal të gjendjes së gazit (i quajtur edhe ekuacioni Clapeyron-Mendeleev): PV = nRT
ku n është numri i moleve të gazit;
P - presioni i gazit (për shembull, në atm;
V - vëllimi i gazit (në litra);
T – temperatura e gazit (në kelvin);
R – konstante e gazit (0,0821 l atm/mol K).
Kam gjetur një derivacion të ekuacionit, por është shumë i ndërlikuar. Duhet të shikojmë ende.
58. Procesi izotermik.
Një proces izotermik është një ndryshim në gjendjen e një gazi në të cilin temperatura e tij mbetet konstante. Një shembull i një procesi të tillë është fryrja e gomave të makinave me ajër. Megjithatë, një proces i tillë mund të konsiderohet izotermik nëse krahasojmë gjendjen e ajrit përpara se të hyjë në pompë me gjendjen e tij në gomë pasi temperatura e gomës dhe ajri përreth janë bërë të barabarta. Çdo proces i ngadaltë që ndodh me një vëllim të vogël gazi të rrethuar nga një masë e madhe gazi, lëngu ose i ngurtë që ka një temperaturë konstante mund të konsiderohet izotermik.
Në një proces izotermik, produkti i presionit të një mase të caktuar gazi dhe vëllimit të tij është një vlerë konstante. Ky ligj, i quajtur ligji Boyle-Mariotte, u zbulua nga shkencëtari anglez R. Boyle dhe fizikani francez E. Mariotte dhe shkruhet si më poshtë:
Gjeni shembuj!
59. Procesi izobarik.
Një proces izobarik është një ndryshim në gjendjen e një gazi që ndodh në presion konstant.
Në një proces izobarik, raporti i vëllimit të një mase të caktuar gazi me temperaturën e tij është konstant. Ky përfundim, i cili quhet ligji i Gay-Lussac për nder të shkencëtarit francez J. Gay-Lussac, mund të shkruhet si:
Një shembull i një procesi izobarik është zgjerimi i flluskave të vogla të ajrit dhe dioksidit të karbonit që gjenden në brumë kur vendoset në furrë. Presioni i ajrit brenda dhe jashtë furrës është i njëjtë dhe temperatura brenda është afërsisht 50% më e lartë se ajo e jashtme. Sipas ligjit të Gay-Lussac, vëllimi i flluskave të gazit në brumë rritet gjithashtu me 50%, gjë që e bën tortën të ajrosur.
60. Procesi izokorik.
Një proces në të cilin gjendja e një gazi ndryshon, por vëllimi i tij mbetet i pandryshuar, quhet izokorik. Nga ekuacioni Mendeleev-Clapeyron rrjedh se për një gaz që zë një vëllim konstant, raporti i presionit të tij ndaj temperaturës duhet gjithashtu të jetë konstant:
Gjeni shembuj!
61. Avullimi dhe kondensimi.
Avulli është një gaz i formuar nga molekula që kanë energji të mjaftueshme kinetike për të shpëtuar nga një lëng.
Jemi mësuar me faktin se uji dhe avulli i tij mund të shndërrohen në njëri-tjetrin. Pellgjet në asfalt thahen pas shiut dhe avujt e ujit në ajër shpesh kthehen në pika të vogla mjegull në mëngjes. Të gjitha lëngjet kanë aftësinë të shndërrohen në avull - të kalojnë në gjendje të gaztë. Procesi i shndërrimit të lëngut në avull quhet avullim. Formimi i një lëngu nga avulli i tij quhet kondensim.
Teoria kinetike molekulare e shpjegon procesin e avullimit si më poshtë. Dihet (shih §21) se një forcë tërheqëse vepron midis molekulave të lëngshme, duke i penguar ato të largohen nga njëra-tjetra, dhe energjia mesatare kinetike e molekulave të lëngshme nuk është e mjaftueshme për të kapërcyer forcat e ngjitjes midis tyre. Sidoqoftë, në çdo moment të caktuar kohe, molekula të ndryshme të një lëngu kanë energji të ndryshme kinetike dhe energjia e disa molekulave mund të jetë disa herë më e lartë se vlera mesatare e saj. Këto molekula me energji të lartë kanë një shpejtësi lëvizjeje dukshëm më të lartë dhe për këtë arsye mund të kapërcejnë forcat tërheqëse të molekulave fqinje dhe të fluturojnë jashtë lëngut, duke formuar kështu avull mbi sipërfaqen e tij (shih Fig. 26a).
Molekulat që përbëjnë avullin që largohen nga lëngu lëvizin në mënyrë të rastësishme, duke u përplasur me njëra-tjetrën në të njëjtën mënyrë si molekulat e gazit gjatë lëvizjes termike. Në të njëjtën kohë, lëvizja kaotike e disa molekulave të avullit mund t'i largojë ato aq larg nga sipërfaqja e lëngut sa të mos kthehen më atje. Sigurisht që në këtë kontribuon edhe era. Përkundrazi, lëvizja e rastësishme e molekulave të tjera mund t'i çojë ato përsëri në lëng, gjë që shpjegon procesin e kondensimit të avullit.
Vetëm molekulat me energji kinetike shumë më të lartë se mesatarja mund të fluturojnë nga lëngu, që do të thotë se gjatë avullimit energjia mesatare e molekulave të lëngshme të mbetura zvogëlohet. Dhe meqenëse energjia mesatare kinetike e molekulave të një lëngu, si gazi (shih 23.6), është proporcionale me temperaturën, gjatë avullimit temperatura e lëngut zvogëlohet. Prandaj ftohemi sapo e lëmë ujin, të mbuluar me një shtresë të hollë lëngu, i cili menjëherë fillon të avullojë dhe të ftohet.
62. Avull i ngopur. Presioni i avullit të ngopur.
Çfarë ndodh nëse një enë me një vëllim të caktuar lëngu mbyllet me kapak (Fig. 26b)? Çdo sekondë, molekulat më të shpejta do të vazhdojnë të largohen nga sipërfaqja e lëngut, masa e tij do të ulet dhe përqendrimi i molekulave të avullit do të rritet. Në të njëjtën kohë, disa nga molekulat e tij do të kthehen në lëng nga avulli dhe sa më i madh të jetë përqendrimi i avullit, aq më intensiv do të jetë ky proces i kondensimit. Së fundi, përqendrimi i avullit mbi lëng do të bëhet aq i lartë sa numri i molekulave që kthehen në lëng për njësi të kohës do të bëhet i barabartë me numrin e molekulave që largohen prej tij. Kjo gjendje quhet ekuilibër dinamik, dhe avulli përkatës quhet avull i ngopur. Përqendrimi i molekulave të avullit mbi lëngun nuk mund të jetë më i madh se përqendrimi i tyre në avujt e ngopur. Nëse përqendrimi i molekulave të avullit është më i vogël se ai i avullit të ngopur, atëherë avulli i tillë quhet i pangopur.
Molekulat lëvizëse të avullit krijojnë presion, madhësia e së cilës, si për një gaz, është në përpjesëtim me produktin e përqendrimit të këtyre molekulave dhe temperaturës. Prandaj, në një temperaturë të caktuar, sa më i lartë të jetë përqendrimi i avullit, aq më i madh është presioni që ai ushtron. Presioni i avullit të ngopur varet nga lloji i lëngut dhe temperatura. Sa më e vështirë të jetë shkëputja e molekulave të një lëngu nga njëra-tjetra, aq më i ulët do të jetë presioni i avullit të tij të ngopur. Kështu, presioni i avullit të ngopur të ujit në një temperaturë prej 20 o C është rreth 2 kPa, dhe presioni i avullit të ngopur të merkurit në 20 o C është vetëm 0,2 Pa.
Jeta e njerëzve, kafshëve dhe bimëve varet nga përqendrimi i avullit të ujit (lagështia) e atmosferës, e cila ndryshon shumë në varësi të vendit dhe kohës së vitit. Në mënyrë tipike, avulli i ujit rreth nesh është i pangopur. Lagështia relative është raporti i presionit të avullit të ujit me presionin e avullit të ngopur në të njëjtën temperaturë, i shprehur në përqindje. Një nga instrumentet për matjen e lagështisë së ajrit është një psikrometër, i përbërë nga dy termometra identikë, njëri prej të cilëve është i mbështjellë me një leckë të lagur.
63. Varësia e presionit të avullit të ngopur nga temperatura.
Avulli është një gaz i formuar nga molekulat e avulluara të një lëngu, dhe për këtë arsye ekuacioni (23.7) është i vlefshëm për të, duke lidhur presionin e avullit, p, përqendrimin e molekulave në të, n dhe temperaturën absolute, T:
Nga (27.1) rrjedh se presioni i avullit të ngopur duhet të rritet në mënyrë lineare me rritjen e temperaturës, siç është rasti për gazet ideale në proceset izohorike (shih §25). Megjithatë, siç kanë treguar matjet, presioni i avullit të ngopur rritet me temperaturën shumë më shpejt se presioni i një gazi ideal (shih Fig. 27a). Kjo ndodh për faktin se me rritjen e temperaturës, dhe rrjedhimisht të energjisë mesatare kinetike, gjithnjë e më shumë molekula të lëngshme largohen nga ajo, duke rritur përqendrimin n të avullit mbi të. Dhe sepse sipas (27.1) presioni është proporcional me n, atëherë kjo rritje e përqendrimit të avullit shpjegon rritjen më të shpejtë të presionit të avullit të ngopur me temperaturën në krahasim me një gaz ideal. Rritja e presionit të avullit të ngopur me temperaturën shpjegon faktin e njohur që kur nxehen, lëngjet avullojnë më shpejt. Vini re se sapo rritja e temperaturës çon në avullimin e plotë të lëngut, avulli do të bëhet i pangopur.
Kur lëngu në secilën prej flluskave nxehet, procesi i avullimit përshpejtohet dhe presioni i avullit të ngopur rritet. Flluskat zgjerohen dhe, nën ndikimin e forcës lundruese të Arkimedit, shkëputen nga fundi, notojnë lart dhe shpërthejnë në sipërfaqe. Në këtë rast, avulli që mbushi flluskat largohet në atmosferë.
Sa më i ulët të jetë presioni atmosferik, aq më e ulët është temperatura në të cilën vlon ky lëng (shih Fig. 27c). Pra, në majën e malit Elbrus, ku presioni i ajrit është gjysma e normales, uji i zakonshëm nuk vlon në 100 o C, por në 82 o C. Përkundrazi, nëse është e nevojshme të rritet pika e vlimit të lëngut. , pastaj nxehet me presion të shtuar. Kjo, për shembull, është baza për funksionimin e tenxhereve me presion, ku ushqimi që përmban ujë mund të gatuhet në një temperaturë prej më shumë se 100 o C pa zierje.
64. Zierje.
Zierja është një proces avullimi intensiv që ndodh në të gjithë vëllimin e një lëngu dhe në sipërfaqen e tij. Një lëng fillon të vlojë kur presioni i avullit të tij të ngopur i afrohet presionit brenda lëngut.
Zierja është formimi i një numri të madh flluskash avulli që notojnë dhe shpërthejnë në sipërfaqen e një lëngu kur ai nxehet. Në fakt, këto flluska janë gjithmonë të pranishme në lëng, por madhësia e tyre rritet dhe ato bëhen të dukshme vetëm kur ziejnë. Një nga arsyet që ka gjithmonë mikroflluska në një lëng është si më poshtë. Një lëng, kur derdhet në një enë, zhvendos ajrin prej andej, por nuk mund ta bëjë këtë plotësisht dhe flluskat e tij të vogla mbeten në mikroçarje dhe parregullsi në sipërfaqen e brendshme të enës. Përveç kësaj, lëngjet zakonisht përmbajnë mikroflluska avulli dhe ajri të mbërthyer në grimcat e vogla të pluhurit.
Kur lëngu në secilën prej flluskave nxehet, procesi i avullimit përshpejtohet dhe presioni i avullit të ngopur rritet. Flluskat zgjerohen dhe, nën ndikimin e forcës lundruese të Arkimedit, shkëputen nga fundi, notojnë lart dhe shpërthejnë në sipërfaqe. Në këtë rast, avulli që mbushi flluskat largohet në atmosferë. Prandaj, vlimi quhet avullim, i cili ndodh në të gjithë vëllimin e lëngut. Zierja fillon në temperaturën kur flluskat e gazit janë në gjendje të zgjerohen, dhe kjo ndodh nëse presioni i avullit të ngopur tejkalon presionin atmosferik. Kështu, pika e vlimit është temperatura në të cilën presioni i avullit të ngopur të një lëngu të caktuar është i barabartë me presionin atmosferik. Ndërsa lëngu vlon, temperatura e tij mbetet konstante.
Procesi i vlimit është i pamundur pa pjesëmarrjen e forcës së ngritjes së Arkimedit. Prandaj, në stacionet hapësinore në kushte pa peshë nuk ka vlim, dhe ngrohja e ujit çon vetëm në një rritje të madhësisë së flluskave të avullit dhe kombinimin e tyre në një flluskë të madhe avulli brenda një ene me ujë.
65. Temperatura kritike.
Ekziston edhe një koncept i tillë si temperatura kritike nëse një gaz është në një temperaturë mbi temperaturën kritike (individuale për çdo gaz, për shembull për dioksidin e karbonit afërsisht 304 K), atëherë ai nuk mund të shndërrohet më në lëng, pavarësisht se çfarë; ushtrohet presion mbi të. Ky fenomen ndodh për faktin se në një temperaturë kritike forcat e tensionit sipërfaqësor të lëngut janë zero.
Tabela 23. Temperatura kritike dhe presioni kritik i disa substancave
Çfarë tregon ekzistenca e një temperature kritike? Çfarë ndodh në temperatura edhe më të larta?
Përvoja tregon se në temperatura më të larta se kritike, një substancë mund të jetë vetëm në gjendje të gaztë.
Ekzistenca e një temperature kritike u vu në dukje për herë të parë në 1860 nga Dmitry Ivanovich Mendeleev.
Pas zbulimit të temperaturës kritike, u bë e qartë pse gazrat si oksigjeni ose hidrogjeni nuk mund të shndërroheshin në lëng për një kohë të gjatë. Temperatura e tyre kritike është shumë e ulët (Tabela 23). Për t'i kthyer këto gaze në lëng, ato duhet të ftohen nën një temperaturë kritike. Pa këtë, të gjitha përpjekjet për t'i lëngëzuar ato janë të dënuara me dështim.
66. Presioni i pjesshëm. Lageshtia relative. 67. Instrumente për matjen e lagështisë relative të ajrit.
Jeta e njerëzve, kafshëve dhe bimëve varet nga përqendrimi i avullit të ujit (lagështia) e atmosferës, e cila ndryshon shumë në varësi të vendit dhe kohës së vitit. Në mënyrë tipike, avulli i ujit rreth nesh është i pangopur. Lagështia relative është raporti i presionit të avullit të ujit me presionin e avullit të ngopur në të njëjtën temperaturë, i shprehur si përqindje. Një nga instrumentet për matjen e lagështisë së ajrit është një psikrometër, i përbërë nga dy termometra identikë, njëri prej të cilëve është i mbështjellë me një leckë të lagur, kur lagështia e ajrit është më pak se 100%, uji nga lecka do të avullojë dhe termometri B do të avullojë. ftohtë, duke treguar një temperaturë më të ulët se A. Dhe sa më e ulët të jetë lagështia e ajrit, aq më i madh është diferenca, Dt, midis leximeve të termometrave A dhe B. Duke përdorur një tabelë të veçantë psikometrike, lagështia e ajrit mund të përcaktohet nga ky ndryshim i temperaturës.
Presioni i pjesshëm është presioni i një gazi të caktuar të përfshirë në një përzierje gazi, të cilën ky gaz do ta ushtronte në muret e enës që e përmban nëse i vetëm do të zinte të gjithë vëllimin e përzierjes në temperaturën e përzierjes.
Presioni i pjesshëm nuk matet drejtpërdrejt, por vlerësohet në bazë të presionit total dhe përbërjes së përzierjes.
Gazet e tretura në ujë ose në indet e trupit gjithashtu ushtrojnë presion sepse molekulat e gazit të tretur janë në lëvizje të rastësishme dhe kanë energji kinetike. Nëse një gaz i tretur në një lëng godet një sipërfaqe, siç është një membranë qelizore, ai ushtron një presion të pjesshëm në të njëjtën mënyrë si një gaz në një përzierje gazi.
Presioni i presionit nuk mund të matet drejtpërdrejt, ai llogaritet në bazë të presionit total dhe përbërjes së përzierjes.
Faktorët që përcaktojnë madhësinë e presionit të pjesshëm të një gazi të tretur në një lëng. Presioni i pjesshëm i një gazi në një tretësirë përcaktohet jo vetëm nga përqendrimi i tij, por edhe nga koeficienti i tretshmërisë së tij, d.m.th. Disa lloje të molekulave, të tilla si dioksidi i karbonit, janë të lidhur fizikisht ose kimikisht me molekulat e ujit, ndërsa të tjerët zmbrapsen. Kjo marrëdhënie quhet ligji i Henrit dhe shprehet me formulën e mëposhtme: Presioni i pjesshëm = Përqendrimi i gazit të tretur / Koeficienti i tretshmërisë.
68. Tensioni sipërfaqësor.
Karakteristika më interesante e lëngjeve është prania e një sipërfaqe të lirë. Lëngu, ndryshe nga gazrat, nuk mbush të gjithë vëllimin e enës në të cilën derdhet. Ndërmjet lëngut dhe gazit (ose avullit) formohet një ndërfaqe, e cila është në kushte të veçanta në krahasim me pjesën tjetër të lëngut. Molekulat në shtresën kufitare të një lëngu, ndryshe nga molekulat në thellësinë e tij, nuk janë të rrethuara nga molekula të tjera të të njëjtit lëng nga të gjitha anët. Forcat e bashkëveprimit ndërmolekular që veprojnë në njërën prej molekulave brenda një lëngu nga molekulat fqinje, mesatarisht kompensohen reciprokisht. Çdo molekulë në shtresën kufitare tërhiqet nga molekulat e vendosura brenda lëngut (forcat që veprojnë në një molekulë të caktuar të lëngshme nga molekulat e gazit (ose avullit) mund të neglizhohen). Si rezultat, shfaqet një forcë e caktuar rezultante, e drejtuar thellë në lëng. Molekulat sipërfaqësore tërhiqen në lëng nga forcat e tërheqjes ndërmolekulare. Por të gjitha molekulat, duke përfshirë molekulat e shtresës kufitare, duhet të jenë në një gjendje ekuilibri. Ky ekuilibër arrihet duke zvogëluar pak distancën midis molekulave të shtresës sipërfaqësore dhe fqinjëve të tyre më të afërt brenda lëngut. Siç mund të shihet nga Fig. 3.1.2, kur distanca midis molekulave zvogëlohet, lindin forca refuzuese. Nëse distanca mesatare ndërmjet molekulave brenda lëngut është e barabartë me r0, atëherë molekulat e shtresës sipërfaqësore janë të paketuara disi më dendur, dhe për këtë arsye ato kanë një furnizim shtesë të energjisë potenciale në krahasim me molekulat e brendshme (shih Fig. 3.1.2). . Duhet të kihet parasysh se për shkak të kompresueshmërisë jashtëzakonisht të ulët, prania e një shtrese sipërfaqësore të mbushur më dendur nuk çon në ndonjë ndryshim të dukshëm në vëllimin e lëngut. Nëse një molekulë lëviz nga sipërfaqja në lëng, forcat e bashkëveprimit ndërmolekular do të bëjnë punë pozitive. Përkundrazi, për të tërhequr një numër të caktuar molekulash nga thellësia e lëngut në sipërfaqe (d.m.th., për të rritur sipërfaqen e lëngut), forcat e jashtme duhet të kryejnë punë pozitive ΔAext, në përpjesëtim me ndryshimin ΔS të sipërfaqja: ΔAext = σΔS.
Koeficienti σ quhet koeficienti i tensionit sipërfaqësor (σ > 0). Kështu, koeficienti i tensionit sipërfaqësor është i barabartë me punën e kërkuar për të rritur sipërfaqen e një lëngu në temperaturë konstante me një njësi.
Në SI, koeficienti i tensionit sipërfaqësor matet në xhaul për metër katror (J/m2) ose në njuton për metër (1 N/m = 1 J/m2).
Nga mekanika dihet se gjendjet e ekuilibrit të një sistemi korrespondojnë me vlerën minimale të energjisë së tij potenciale. Nga kjo rrjedh se sipërfaqja e lirë e lëngut tenton të zvogëlojë sipërfaqen e saj. Për këtë arsye, një pikë e lirë e lëngut merr një formë sferike. Lëngu sillet sikur forcat që veprojnë tangjencialisht në sipërfaqen e tij po e kontraktojnë (tërheqin) këtë sipërfaqe. Këto forca quhen forca të tensionit sipërfaqësor.
Prania e forcave të tensionit sipërfaqësor e bën sipërfaqen e një lëngu të duket si një film elastik i shtrirë, me të vetmin ndryshim që forcat elastike në film varen nga sipërfaqja e tij (d.m.th. nga mënyra se si filmi deformohet) dhe tensioni sipërfaqësor. forcat nuk varen nga lëngjet e sipërfaqes.
Disa lëngje, si uji me sapun, kanë aftësinë të formojnë filma të hollë. Flluskat e njohura të sapunit kanë një formë të rregullt sferike - kjo tregon gjithashtu efektin e forcave të tensionit sipërfaqësor. Nëse ulni një kornizë teli, njëra nga anët e së cilës është e lëvizshme, në një zgjidhje sapuni, atëherë e gjithë korniza do të mbulohet me një film lëngu.
69. Veting.
Të gjithë e dinë se nëse vendosni një pikë lëngu në një sipërfaqe të sheshtë, ajo ose do të përhapet në të ose do të marrë një formë të rrumbullakët. Për më tepër, madhësia dhe konveksiteti (vlera e të ashtuquajturit këndi i kontaktit) i një rënieje të shtrirë përcaktohet nga sa mirë lag një sipërfaqe të caktuar. Fenomeni i njomjes mund të shpjegohet si më poshtë. Nëse molekulat e një lëngu tërhiqen nga njëra-tjetra më shumë sesa nga molekulat e një lëngu, lëngu tenton të formojë një pikëz.
Një kënd kontakti akut ndodh në një sipërfaqe të lagësht (liofilike), ndërsa një kënd kontakti i mpirë ndodh në një sipërfaqe jo të lagësht (liofobike).
Kështu sillet merkuri në gotë, uji në parafinë ose në një sipërfaqe "të yndyrshme". Nëse, përkundrazi, molekulat e një lëngu tërhiqen nga njëra-tjetra më pak se molekulat e një të ngurtë, lëngu "shtyhet" në sipërfaqe dhe përhapet mbi të. Kjo ndodh me një pikë merkur në një pjatë zinku ose me një pikë ujë në gotë të pastër. Në rastin e parë thonë se lëngu nuk e lag sipërfaqen (këndi i kontaktit është më i madh se 90°), dhe në rastin e dytë, e lag atë (këndi i kontaktit është më i vogël se 90°).
Është lubrifikuesi i papërshkueshëm nga uji që ndihmon shumë kafshë të shpëtojnë nga lagështia e tepërt. Për shembull, studimet e kafshëve detare dhe shpendëve - fokave të leshit, fokave, pinguinëve, kërpudhave - kanë treguar se flokët dhe pendët e tyre me push kanë veti hidrofobike, ndërsa qimet mbrojtëse të kafshëve dhe pjesa e sipërme e puplave konturore të shpendëve janë të lagura mirë. nga uji. Si rezultat, midis trupit të kafshës dhe ujit krijohet një shtresë ajri, e cila luan një rol të rëndësishëm në termorregullimin dhe izolimin termik.
Por lubrifikimi nuk është gjithçka. Struktura e sipërfaqes gjithashtu luan një rol të rëndësishëm në fenomenin e lagështimit. Terreni i ashpër, me gunga ose poroz mund të përmirësojë lagështimin. Le të kujtojmë, për shembull, sfungjerët dhe peshqirët, të cilët thithin në mënyrë të përsosur ujin. Por nëse sipërfaqja fillimisht ka "frikë" nga uji, atëherë lehtësimi i zhvilluar vetëm do ta përkeqësojë situatën: pikat e ujit do të mblidhen në parvazet dhe do të rrokullisen poshtë.
70. Dukuritë kapilare.
Dukuritë kapilare janë ngritja ose rënia e lëngut në tuba me diametër të vogël - kapilarët. Lëngjet njomëse ngrihen përmes kapilarëve, lëngjet jo lagësht zbresin.
Në Fig. Figura 3.5.6 tregon një tub kapilar me një rreze të caktuar r, të ulur në skajin e tij të poshtëm në një lëng njomës me densitet ρ. Fundi i sipërm i kapilarit është i hapur. Ngritja e lëngut në kapilar vazhdon derisa forca e gravitetit që vepron në kolonën e lëngut në kapilar bëhet e barabartë në madhësi me forcat e tensionit sipërfaqësor Fn që rezultojnë që veprojnë përgjatë kufirit të kontaktit të lëngut me sipërfaqen e kapilarit: Fт = Fн, ku Fт = mg = ρhπr2g, Fн = σ2πr cos θ.
Kjo nënkupton:
Figura 3.5.6.
Ngritja e lëngut njomës në kapilar.
Me lagështim të plotë θ = 0, cos θ = 1. Në këtë rast
Me pa lagur të plotë θ = 180°, cos θ = –1 dhe, për rrjedhojë, h< 0. Уровень несмачивающей жидкости в капилляре опускается ниже уровня жидкости в сосуде, в которую опущен капилляр.
Uji lag pothuajse plotësisht sipërfaqen e pastër të xhamit. Përkundrazi, merkuri nuk e lag plotësisht sipërfaqen e qelqit. Prandaj, niveli i merkurit në kapilarin e qelqit bie nën nivelin në enë.
71. Trupat kristalorë dhe vetitë e tyre.
Ndryshe nga lëngjet, një trup i ngurtë ruan jo vetëm vëllimin, por edhe formën e tij dhe ka forcë të konsiderueshme.
Shumëllojshmëria e lëndëve të ngurta që hasen mund të ndahet në dy grupe që ndryshojnë ndjeshëm në vetitë e tyre: kristalore dhe amorfe.
Vetitë themelore të trupave kristalorë
1. Trupat kristalorë kanë një temperaturë të caktuar shkrirjeje të shkrirjes, e cila nuk ndryshon gjatë procesit të shkrirjes në presion konstant (Fig. 1, kurba 1).
2. Trupat kristalorë karakterizohen nga prania e një rrjete kristalore hapësinore, e cila është një renditje e renditur e molekulave, atomeve ose joneve, e përsëritur në të gjithë vëllimin e trupit (rendi me rreze të gjatë). Çdo rrjetë kristalore karakterizohet nga ekzistenca e një elementi të tillë të strukturës së tij, përsëritja e përsëritur e të cilit në hapësirë mund të prodhojë të gjithë kristalin. Ky është një kristal i vetëm. Një polikristal përbëhet nga shumë kristale të vetme shumë të vogla të shkrirë së bashku, të cilat janë të orientuara rastësisht në hapësirë.
Le të zbulojmë se si shpejtësia varet nga koha nëse nxitimi është konstant.
Le të jetë në momentin fillestar të kohës t0 = O shpejtësia e pikës e barabartë me u0 (shpejtësia fillestare). Më pas, duke treguar shpejtësinë në një moment arbitrar të kohës me v, marrim në përputhje me formulën (1.16.1): V - Vr
(1.17.1) Prandaj (1.17.2)
v = v0 + at. Ekuacioni i vektorit (1.17.2) korrespondon me tre ekuacione për projeksionet e vektorit të shpejtësisë në boshtet koordinative. Më poshtë do të tregojmë se lëvizja me nxitim konstant ndodh në një rrafsh. Prandaj, këshillohet të kombinoni sistemin e koordinatave XOY me këtë plan. Atëherë formula (1.17.2) do të korrespondojë me dy formula për projeksionet e vektorit të shpejtësisë në boshtet e koordinatave:
Vx = V0x + axf"
vy = % + V- (1.17.3)
Kur lëvizni me nxitim konstant, shpejtësia e pikës dhe projeksionet e saj ndryshojnë me kalimin e kohës sipas një ligji linear.
Për të përcaktuar shpejtësinë në një moment arbitrar në kohë, duhet të dini shpejtësinë fillestare v0 dhe nxitimin a.
Shpejtësia fillestare nuk varet nga trupat që veprojnë në një trup të caktuar në momentin e konsideruar në kohë. Përcaktohet nga ajo që i ka ndodhur trupit në momentet e mëparshme kohore. Për shembull, shpejtësia fillestare e një guri që bie varet nëse ne thjesht e lëshuam atë nga duart tona ose nëse ai goditi një pikë të caktuar, duke përshkruar më parë një ose një trajektore tjetër. Përshpejtimi, përkundrazi, nuk varet nga ajo që i ka ndodhur trupit në kohën e mëparshme, por vetëm nga veprimet e trupave të tjerë në të për momentin. Kjo do të diskutohet në detaje në kapitullin vijues.
Formulat (1.17.2) dhe (1.17.3) janë të vlefshme si për lëvizjen drejtvizore ashtu edhe për atë të lakuar.
Lëvizje me nxitim të vazhdueshëm
zhvillohet në një aeroplan
Për të vërtetuar këtë pohim, ne përdorim formulën e shpejtësisë v = v0 + at. Le të formojë nxitimi a një kënd të caktuar a me shpejtësi fillestare 50 (Fig. 1.49, a). Nga pulat
Oriz. 1.49
Nga matematika dihet se dy vektorë të kryqëzuar shtrihen në të njëjtin rrafsh. Vektori at ka të njëjtin drejtim si a, pasi t > 0. Prandaj, vektorët v dhe at janë të vendosur në të njëjtin rrafsh në të cilin shtrihen vektorët a dhe v0. Duke mbledhur vektorët 30 dhe at (Fig. 1.49, b), fitojmë një vektor që në çdo kohë t do të vendoset në rrafshin në të cilin ndodhen vektorët a dhe u0.
Kur lëvizni me nxitim konstant, shpejtësia e një pike dhe projeksioni i saj ndryshojnë me kohën sipas një ligji linear.
Më shumë për temën § 1.17. SHPEJTËSIA GJATË NXITJES ME NXHIM TË VENDOSUR:
- Një situatë e marrëdhënieve të vazhdueshme. Konsumi i Nes. lloji kur shpreh një situatë marrëdhënieje të vazhdueshme
- 4. Faktorët e akumulimit të kapitalit në një normë të caktuar akumulimi janë më të mëdhenj se zero dhe më pak se 100%. Faktorët jo-kosto të akumulimit, ose faktorët e akumulimit për një sasi të caktuar kapitali. Përshpejtimi i akumulimit me rritjen e kapitalit (përqendrimi, centralizimi, kreditimi)
- Struktura e gjurmës Kramar nga vorbullat eterike, fushat rrotulluese (SVI, thumba, etj.) varen nga rrezja e trupave rrotullues, nga shpejtësia e rrotullimit, lëvizja dhe nga parametra të tjerë fizikë shumë specifikë të trupave dhe mjedisit që gjenerojnë ato.
- Teorema 35 Nëse trupi B vihet në lëvizje nga një shtytje e jashtme, atëherë ai e merr pjesën më të madhe të lëvizjes nga trupat që e rrethojnë vazhdimisht dhe jo nga një forcë e jashtme.
- §1.18. GRAFIKE TË VARËSISË SË MODULIT DHE PROJEKTIMIT TË SHPEJTIMIT DHE MODULIT DHE PROJEKTIMIT TË SHPEJTËSISË NË KOHË KUR LËVIZJET ME NXHIM TË VENDOSUR.
