Кипение. Зависимость температуры кипения от давления. Критические состояния вещества.
1. Парообразование, которое происходит в объеме всей жидкости при постоянной температуре, называется кипением.
Поместим стеклянный сосуд с холодной водной на спиртовку и будем его нагревать. Скоро дно и стенки сосуда покроются пузырьками. Откуда они взялись? Мы знаем, что в жидкости есть растворенные в ней газы, которые выделяются на дне и стенках сосуда в виде пузырьков.
Если температура воды не меняется, то размеры пузырьков тоже не меняются, т.к. давление газа внутри пузырьков равно внешнему давлению.
При повышении температуры давление насыщенных паров внутри пузырьков увеличивается, и пузырьки увеличиваются в размерах. Под действием выталкивающей силы пузырьки поднимаются вверх и снова уменьшаются в размерах, т.к. верхние слои жидкости более холодные и пар в пузырьках конденсируется. Это увеличение и уменьшение размеров пузырьков сопровождается характерным шумом. Когда вся вода достаточно прогреется, то поднимающиеся пузырьки уже не уменьшаются, а лопаются на поверхности жидкости, выбрасывая пар. Шум превращается в бульканье – вода кипит.
2. Кипение происходит при температуре, при которой давление насыщенного пара внутри пузырьков сравнивается с давлением в жидкости, т.е. температура кипения зависит от внешнего давления.
Вода кипит при нормальных условиях при t=1000 С. Во время кипения температура остается постоянной.
3. В закрытом сосуде находится жидкость и насыщенный пар. Будем увеличивать температуру. При этом увеличивается плотность пара, а плотность жидкости уменьшается. При некотором значении температуры
|
|
|
плотности жидкости и пара буду равны. Эту температуру называют критической. При температурах выше критической ни при каких давлениях газ нельзя обратить в жидкость.
Тема 19.
Поверхностное натяжение. Смачивание. Капиллярные явления.
1. В природе существуют различные силы: сила тяжести, упругости, трения и т.д. Есть еще одна сила, которая имеет очень важное значение. Ее называют силой поверхностного натяжения. Проявление сил поверхностного натяжения: капли воды из крана, капли масла на поверхности воды, насекомые-водомерки.
Почему эти силы стремятся придать капле округлую форму. Между молекулами существуют силы притяжения и молекулы стараются сблизиться. При этом жидкость принимает такую форму, при которой число молекул на поверхности тел, а это шар. Поверхность жидкости сокращается, и воспринимается это как поверхностное натяжение. Поэтому молекулы и собираются в капли, которые имеют почти круглую форму.
В результате действия молекулярных сил притяжения и отталкивания плотность жидкости в поверхностном слое меньше, чем внутри. На молекулы, находящиеся в поверхностном слое (1) действуют притяжения F3, 4,5… со стороны других молекул, и сила отталкивания F2. На (2) молекулу действуют силы притяжения F4,5,6…, и силы отталкивания: F3 и F1. Поэтому расстояние между молекулами поверхностного слоя больше, чем в глубине жидкости. Жидкость в поверхностном слое находится в растянутом, напряженном состоянии.
|
|
|
Следовательно и потенциальная энергия их больше. Эту энергию называют поверхностной энергией, за счет ее может быть произведена работа, связанная с уменьшением свободной поверхности жидкости.
Величина, характеризующая зависимость работы молекулярных сил при изменении площади свободной поверхности жидкости от рода жидкости и внешних условий называется коэффициентом поверхностного натяжения жидкости.
(1) σ = 
( 
)
Рассмотрим опыт: погрузим проволочную рамку в мыльный раствор, получим мыльную пленку, натянутую на рамку. Мыльная пленка начнет сокращаться под действием силы поверхностного натяжения и проволочка АВ придет в движение. Эту силу можно измерить, приложив к проволочке такую силу F1, при действии которой проволочка останется в равновесии. Для равновесия проволочки необходимо, чтобы
|
|
|
F1 = -2F,
где F- сила поверх. натяжения, действующая со стороны одной из 2-х поверхностей пленки.
При перемещении проволочки совершается работа
А= F1 = 2 F h
И работа из формулы (1) равна
А = 2 σ ΔS = 2 σ (S1-S2)
S2- S1 = hℓ 
A= 2 σ hℓ
2Fh = 2 σ hℓ
F = σ ℓ– сила поверхностного натяжения
σ = 
При повышении температуры жидкости сила поверхностного натяжения уменьшается.
2. На границе жидкости с твердым телом, поверхность жидкости искривляется. Это происходит из-за явлений смачивания и не смачивания. Эти явления возникают вследствие взаимодействия молекул жидкости с молекулами твердого тела. Формула поверхности жидкости зависит от того, какие силы притяжения больше: между молекулами твердого тела и жидкости, или между молекулами самой жидкости.
Если больше силы притяжения между молекулами твердого тела и жидкости, то жидкость смачивающая. Угол между поверхностями жидкости и твердого тела называется краевым. В данном случае угол – острый.
Если больше силы притяжения между молекулами самой жидкости, то жидкость не смачивающая. Краевой угол – тупой.
|
|
|
3. Если в сосуд с жидкостью опустить узкие трубки, то жидкость в них поднимается. Подъем или опускание жидкости в узких трубках-капиллярах называется капиллярными явлениями. Если жидкость смачивает стенки трубки, то она поднимается по капиллярам, причем чем меньше радиус трубки, тем на большую высоту поднимается жидкость.
Если жидкость не смачивает стенки капилляра, то ее уровень опускается ниже уровня жидкости в сосуде, в котором она находится.
Изогнутая поверхность жидкости в капиллярах называется мениском. На изогнутую поверхность жидкости действует лапласовское давление рл = 2 σ /R
оно направлено вверх, и жидкость поднимается до тех пор пока это давление не уравновесится гидростатическим давлением столба воды в трубке: рr= ρgh
= ρ g h h= 
, где
σ - коэффициент поверхностного натяжения 
ρ – плотность жидкости [кг/м3]
g – ускорение свободного падения [9,8 Н/кг]
R – радиус капилляра [м]
h - высота столба воды [м]
Тема 21.
Дата добавления: 2019-07-15; просмотров: 485; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!