Молекулярный механизм поверхностного натяжения.

Стр 1 из 3Следующая ⇒

Тема урока: Самостоятельная работа

Взаимное превращение жидкостей и газов

План занятия:

1. Изучить материалы из блока 1;

2. Рассмотреть примерные решения задач на данную тему блок 2;

Самостоятельно в тетради решить задачи из блока 3

БЛОК 1: Основные понятия, формулы, выводы.

Условия перехода из газообразной фазы в жидкую.

У идеального газа средняя потенциальная энергия взаимодействия частиц много меньше средней кинетической энергии молекул:

Е _п << 3/2kТ. Для образования жидкости из газа потенциальная энергия притяжения молекул должна превышать их среднююкинетическую энергию Е _п≥ 3/2kТ.

Физический смысл этого равенства состоит в том, что переход из газообразной фазы в жидкую возможен лишь при температуре, меньше некоторой критической температуры: Т <Т_кр = 2Е_п /3k.

Критическая температура - максимальная температура , при которойпар можно перевести в жидкость .

Критическая температура зависит от потенциальной энергии взаимодействия молекул вещества, а также от давления. С ростом внешнего давления при сжатии газа уменьшается расстояние между частицами вещества, возрастает сила притяжения между ними и соответственно средняя потенциальная энергия их взаимодействия.

Пар – вещество, находящееся в газообразном состоянии при температурениже критической .

2.Сжижение пара при его изотермическом сжатии: при изотермическом сжатии пара возрастает концентрация частиц и увеличивается давление. При дальнейшем уменьшенииобъёма пара его молекулы сближаются столь значительно, что вследствии их притяжения образуются капли жидкости . Начинается конденсация .

КОНДЕНСАЦИЯ - переход пара из газообразного состояния в жидкое.

Масса образовавшейся жидкости оказывается постоянной (при данном объёме)благодаря двум встречным процессам (их равновесию ): конденсации ииспарению молекул жидкости .

ИСПАРЕНИЕ - парообразование со свободной поверхности жидкости .

Когда число молекул пара, конденсирующихся за определённый промежутоквремени, становится равным числу молекул жидкости , испаряющихся с еёповерхности за это же время, между процессами конденсации и испаренияустанавливается термодинамическое равновесие.

Насыщенный пар – пар, находящийся в термодинамическом равновесиисо своей жидкостью.

3. Давление насыщенного пара при данной температуре - максимальноедавление, которое может иметь пар над жидкостью при этой температуре.

Объяснение: в закрытом сосуде в результате испарения концентрация молекул пара возрастает и достигает максимального значения, когда число молекул насыщенного пара (находящегося в равновесии с жидкостью), конденсирующихся за определённый промежуток времени, равно числу молекул жидкости, испаряющихся с ёе поверхности за это же время. Так как давление насыщенного пара пропорционально концентрации его молекул, то данной температуре давление пара большим быть не может.

С увеличением температуры давление насыщенного пара возрастает.

Степень влажности воздуха характеризуется относительной влажностью.

Влажность воздуха.

Абсолютная влажность – парциальное давление водяного пара (Па, мм рт.ст.)

Относительная влажность воздуха.Отношениеконцентрации водяного пара в воздухе к концентрации насыщенногопара при той же температуре:

φ = (р/р₀)*100% = (ρ/ρ_н)*100%

р – парциальное давление водяного пара при данной температуре.

Р₀ – давление насыщенного пара при той же температуре (таблица).

Точка росы – температура при которой пар становится насыщенным.

5. Кипение - парообразование, происходящее во всём объёме жидкости приопределённой температуре.

Условия, при которых начинается процесс кипения: всплывшие пузырьки начинают лопаться, когда давление насыщенного пара, которым они заполнены, будет превосходить атмосферное давление р_нп>р_а.

Температура кипения - температура , при которой давление насыщенногопара жидкости (внутри пузырьков) начинает превосходить внешнее давлениена жидкость .

Температура кипения жидкости зависит от внешнего давления и остаётсяпостоянной в процессе кипения. С увеличением внешнего давлениятемпература кипения повышается.

Физические процессы, происходящие при кипении. Пузырьки воздуха всегда, содержащиеся в жидкости, содержат газ, растворённый в жидкости. При незначительном нагревании жидкости растёт температура пара в пузырьках, возрастает его давление, увеличивается объём пузырька. Под действием силы Архимеда пузырьки начинают подниматься вверх. Попадая в верхние, ещё непрогретые слои жидкости, пузырьки охлаждаются, уменьшаются в объёме и с шумом схлопываются, не достигнув поверхности. При последующем нагревании жидкости внутрь пузырьков с их поверхности испаряются молекулы жидкости. Замкнутый объём пузырька оказывается заполненным не только воздухом, но и насыщенным паром. В достаточно нагретой жидкости давление внутри пузырька можно считать равным давлению насыщенного пара, так как с повышением температуры жидкости давление насыщенного пара растёт быстрее давления жидкости. Увеличение объёма пузырька происходит, когда давление насыщенного пара внутри него превосходит внешнее давление, которое складывается из атмосферного давления и гидростатического давления столба жидкости высотой h.

При увеличении температуры жидкости объём пузырька увеличивается. Когда сила Архимеда превосходит силу сцепления пузырька со стенкой сосуда и силу тяжести пузырька, пузырёк отрывается от стенки и всплывает. При подъёме в жидкости, имеющей постоянную температуру, пузырьки увеличиваются в объёме, согласно закону Бойля – Мариотта, так как давление в верхних слоях жидкости уменьшается.

Всплывая, пузырьки переносят содержащийся в них насыщенный пар к свободной поверхности жидкости.

Всплывшие пузырьки начинают лопаться, когда давление насыщенного пара, которым они заполнены, будет превосходить атмосферное давление р_нп>р_а.

Поверхностное натяжение.

Если газ занимает весь предоставленный объём, то жидкость может занимать лишь определённую часть сосуда.

Внутри жидкости результирующая сила притяжения, действующая на молекулы со стороны других молекул = 0.

На границе с газом жидкость образует свободную поверхность . Молекулы поверхностного слоя жидкости притягиваются только молекулами внутренних слоев . Молекулы , находящиеся на поверхности , под действием результирующей силы притяжения втягиваются внутрь жидкости . На поверхности остаётся такое число молекул , при котором площадь поверхности жидкостиоказывается минимальной при данном объёме. Молекулы поверхностного слоя оказывают молекулярное давление на жидкость, стягивая её поверхность к минимуму .Этот эффект называют поверхностным натяжением .

Поверхностное натяжение- явление молекулярного давления на жидкость , вызванное притяжением молекул поверхностного слоя к молекулам внутри жидкости .

Молекулярный механизм поверхностного натяжения.

ПОВЕРХНОСТНАЯ энергия - дополнительная потенциальная энергия молекул поверхностного слоя жидкости:Е = σS, где

σ- коэффициент пропорциональности , характеризующий энергию молекул наединице площади поверхности жидкости.

СИЛА ПОВЕРХНОСТНОГО НАТЯЖЕНИЯ – сила, направленная по касательной к поверхности жидкости, перпендикулярно участку контура, ограничивающего поверхность,в сторону её сокращения: F = σL , где L- длина участка поверхностного слоя;

σ- поверхностное натяжение.

Единица поверхностного натяжения ньютон на метр ( Н/м ) .

Силы, препятствующие растяжению мыльной плёнки (а. мыльная плёнка; б. вид сверху).

СМАЧИВАНИЕ - искривление поверхности жидкости у поверхности твёрдого тела в результате взаимодействия молекул жидкости с молекулами твёрдого тела.Жидкость смачивает поверхность, если силы притяжения между молекулами жидкости меньше сил притяжения между молекулами жидкости и твёрдого тела. Жидкость не смачивает поверхность, если силы притяжения между молекулами жидкости больше сил притяжения между молекулами жидкости и твёрдого тела.

МЕНИСК - форма поверхности жидкости вблизи стенки сосуда .

УГОЛ СМАЧИВАНИЯ - угол между плоскостью, касательной к поверхности жидкости и стенкой .

КАПИЛЛЯРНОСТЬ - явление подъёма или опускания жидкости в узких сосудах ( капиллярах ) .Высота подъёма жидкости в капилляре обратно пропорциональна его радиусуh = 2σ/ρgr, где

σ - поверхностное натяжение ;ρ -плотность жидкости;

g - ускорение свободного падения ;r - радиус капилляра.

Анализ формулы: чем меньше радиус капилляра, тем больше высота подъёма жидкости в капилляре.

Угол смачивания: а) смачивающая жидкость (θ < 90⁰);

б) несмачивающая жидкость (θ > 90⁰);

Капиллярность: а) смачивающая жидкость поднимается в капилляре;

б) несмачивающая жидкость опускается в капилляре;

Дата добавления: 2021-01-20; просмотров: 193; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

12 3 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!