Реферати

Реферат: Властивості рідин

Структура соціальної психології як галузі науки. Структурування, диференціація соціальної психології. Галузі соціальної психології. Прикладні соціально-психологічні проблеми.

Удосконалення технологічного процесу обробки деталі Маточина. Введення В сучасних технологічних процесах поточно-масовому виробництві витрати на виготовлення й експлуатацію технологічного оснащення складає до 20% собівартості продукції. Найбільша питома вага в загальному парку технологічного оснащення складає верстатне пристосування, застосовуване для установки і закріплення заготівель, деталей.

Оцінка фондової складової кризи нової економіки на початку XXI у. Введення В роботі розглянуті сутність, масштаби й ідеологічна складова "нової економіки", проаналізований стан справ у торговій системі NASDAQ у переддень кризи, визначені хронологічні рамки і глибина кризи на американському ринку акцій, зроблений висновок про те, що ринок акцій високотехнологічних компаній не відновився до цього часу.

Валютна система Росії 5. Валютна система Росії - державно-правова форма організації і регулювання валютно-кредитних і фінансових взаємин Росії з іншими країнами. Визначається законодавчими актами і є складовою частиною національної грошової системи.

Історія розвитку інформаційного ринку в Росії. Санкт-Петербургский державний університет Економічний факультет Кафедра теорії кредиту і фінансового менеджменту Навчальна група ФК-12, денне відділення

Реферат склав: студент 1 курсу Овсянников А. В.

Національний університет Узбекистану

Фізичний факультет

Ташкент - 2004

Об'ємні властивості рідин

Стисливість рідин

Молекули в рідинах знаходяться близько один до одного, приблизно на відстанях рівних розмірам самих молекул. Це є причиною високого молекулярного ван-дер-ваальсового тиску, який рівний. Для води, наприклад, він рівний біля 11000 атм. Питомий об'єм рідин в тисячі разів менше ніж газів, отже, відношення в рідинах в мільйони разів більше, ніж в газах. Тому можна нехтувати зовнішнім тиском, і рівняння Ван-дер-Ваальса прийме вигляд

р

А

V

В

Ріс.1

Великою величиною молекулярного тиску пояснюється нікчемно мала стисливість рідин. Це відразу видно з рівняння кривий Ван-дер-Ваальса, на якій рідкому стану відповідає дільниця AB (див. мал. 1). Коефіцієнт стисливості з рідини - відносна зміна об'єму dV при зміні тиску на одиницю т. е.

Досвід показує, що коефіцієнт стисливості більшості рідин лежить в межах від 10-4до 10-5.

Коефіцієнт стисливості рідини залежить від тиску. Він зростає з підвищенням температури. До цього результату можна прийти і досвідченим шляхом і виходячи з рівняння Ван-дер-Ваальса. Оскільки це рівняння зв'язує температуру, об'єм і тиск, то з нього можна обчислити величину. При розрахунку необхідно враховувати, що постійні а і b насправді залежать від температури. Сукупність досвідчених даних дозволила отримати емпіричну формулу для коефіцієнта стисливості рідини:

де А - деяка функція, що зростає з температурою, р - зовнішній тиск і pT- тиск, пов'язаний з силами Ван-дер-Ваальса (а/V2) при температурі T. Ета формула показує, що коефіцієнт стисливості зростає з підвищенням температури і меншає із зростанням тиску.

Серед всіх рідин найбільшою стисливістю володіє рідкий гелій, у якого при тиску в декілька атмосфер коефіцієнт з рівний. Коефіцієнт стисливості води рівний, а ртуті -.

Теплове розширення рідини

Теплове розширення речовини характеризується коефіцієнтом об'ємного розширення,

т. е. відносною зміною об'єму V при зміні температури Т на 1 Для різних рідин значення а при однакових температурах можуть мінятися вельми значно. Так, наприклад, для води, для бензолу, для рідкої вуглекислоти, гліцерину і т. д. При підвищенні температури а сильно зростає. Так для рідкої вуглекислоти при підвищенні температури від 0° до 20° коефіцієнт теплового розширення зростає вдвоє. Збільшення тиску дещо знижує значення a.

Вода володіє аномальним тепловим розширенням. У інтервалі від 0° до 3,98° коефіцієнт а негативний: при нагріванні об'єм води меншає і найбільшої густини вода досягає при 3,98° C. Прі цій температурі а = 0.

Причиною цього явища є те, що молекули води мають різний склад: не тільки H2O, але 2H2O і 3H2O. Відносні кількості цих молекул міняються з температурою і тиском.

Теплоємність рідин

Внутрішня енергія рідин визначається не тільки кінетичною енергією теплових рухів частинок, але і їх потенційною енергією взаємодії. Тому закономірності, отримані для теплоємності ідеальних газів з рівнянь кінетичної теорії, не можуть бути справедливі для рідин.

Досвід показує, що теплоємність рідин залежить від температури, причому вигляд залежності у різних рідин різний. У більшості з них теплоємність з підвищенням температури збільшується, але є і такі у яких, навпаки, - меншає. У деяких рідин теплоємність з підвищенням температури спочатку падає, а потім, пройшовши через мінімум, починає зростати. Такий хід теплоємності спостерігається у води. Рідини з великою молекулярною вагою звичайно мають великі значення теплоємності. Особливо це виявляється у органічних рідин.

У рідин, як і газів, потрібно розрізнювати теплоємність при постійному об'ємі і при постійному тиску. Різниця молярної теплоємності рівна Cp- CVравна роботі розширення pdV (р - молекулярний тиск) благаючи рідини при його нагріванні на один градус, тому чисельне значення цієї різниці залежить від значення коефіцієнта об'ємного теплового розширення рідини. На відміну від ідеальних газів значення Cp- CVу рідин не рівне постійної R, а може бути і більше і менше в залежності від значення коефіцієнта об'ємного розширення і від величини внутрішніх сил взаємодії частинок рідини, проти яких здійснюється робота розширення (тиск р у вираженні pdV пов'язаний саме з цими силами).

Так, у рідкого аргону при 140 До теплоємність, а і, отже. У води ж при температурі біля 0° З теплоємність, а, так що.

Таким чином, чисельні значення теплоємності рідин можуть бути самими різноманітними. Виключення складають рідкі метали, у яких молярна теплоємність звичайно близька до значення.

Явища перенесення в рідинах

В рідинах, як і в газах, спостерігаються явища дифузії, теплопровідності і в'язкості. Але механізм цих процесів в рідинах інакший, чому в газах.

На відміну від газів, в рідинах відсутнє поняття довжини вільного пробігу. Це пов'язано з тим, що в рідинах середня відстань між молекулами такого ж порядку, як і розміри самих молекул. Молекули рідини можуть здійснювати лише малі коливання в межах, обмежених міжмолекулярними відстанями.

Такі коливання молекул час від часу зміняються стрибками на деяку відстань d, що відбуваються через отримання молекулою внаслідок флуктуації надлишкової енергії від сусідніх молекул. Коливання, що зміняємося стрибками, - і є теплові рухи молекул рідини.

Дифузія

Для явища дифузії в рідині справедливий закон Фіка. Він свідчить:,

де I - дифузійний потік в напрямі осі X, D - коефіцієнт дифузії, а - градієнт концентрації по осі Це дає можливість порівняти зі середньою довгою вільного пробігу, а - зі середньою швидкістю молекул. Тоді аналогічно з ідеальними газами коефіцієнт дифузії (точніше за самодифузію) рідини рівний:.

Коефіцієнт самодифузії сильно залежить від температури, т. е. з підвищенням температури він збільшується.

Вираження коефіцієнта дифузії можна переписати у вигляді,

де, причому n - частота вишеописанних коливань, а w - енергія, необхідна для стрибка молекули, звана енергією активації молекули.

Чисельне значення коефіцієнта дифузії у рідин багато менше ніж у газів. Наприклад коефіцієнт дифузії NaCl у воді рівний 1,1·10-9м2/з, в той час як для дифузії аргону в гелій він рівний 7·10-5м2/з.

В'язкість

Внутрішнє тертя рідин виникає при русі рідини через перенесення імпульсу в напрямі, перпендикулярному до напряму руху. Перенесення імпульсу з одного шара в інший здійснюється при стрибках молекул, про які говорилося вище.

Очевидно, що рідина буде тим менш в'язкої, ніж менше час t між стрибками молекул, і значить, чим частіше відбуваються стрибки. Виходячи з цього, можна написати вираження для коефіцієнта в'язкості, званого рівнянням Френкеля - Андраде:.

Множник З, вхідний в це рівняння залежить від дальності стрибка, частоти коливань n і температури. Однак температурний хід в'язкості визначається множником ew/kT. Як випливає з цієї формули, з підвищенням температури в'язкість швидко меншає.

Теплопровідність

Теплопровідність в рідинах має місце при наявності градієнта температури. При цьому енергія в рідинах передається в процесі зіткнення колеблющихся частинок. Частинки з більш високою енергією здійснюють коливання з більшою амплітудою, і при зіткненнях з іншими частинками як би розгойдують їх, передаючи їм енергію. Такий механізм передачі енергії не забезпечує її швидкого перенесення. Тому теплопровідність рідин дуже мала.

Наприклад, коефіцієнт теплопровідності етилового спирту становить 1,76 Вт/м·К. Ісьключеніє складають рідкі метали, коефіцієнти теплопровідності яких близькі до значень для твердих металів. Це пояснюється тим, що тепло в рідких металах переноситься не тільки разом з передачею коливань від одних частинок до інших, але і за допомогою електронів, які є в металах, але відсутні в інших рідинах.

Паротворення і кипіння

Випаровування

В поверхневому шарі і поблизу поверхні рідини діють сили, які забезпечують існування поверхні і не дозволяють молекулам покидати об'єм рідини. Завдяки тепловому руху деяка частина молекул має досить великі швидкості, щоб подолати сили, що втримують молекули в рідині, і покинути рідину. Це явище називається випаровуванням. Воно спостерігається при будь-якій температурі, але його інтенсивність зростає із збільшенням температури.

Якщо молекули, що покинули рідину видаляються з простору поблизу поверхні рідини, то, зрештою, вся рідина випарується. Якщо ж молекули, що покинули рідину не віддаляються, то вони утворять пару. Молекули пари, що попали в область поблизу поверхні рідини, силами тяжіння втягуються в рідину. Цей процес називається конденсацією.

Таким чином, у разі невидалення молекул швидкість випаровування меншає згодом. При подальшому збільшенні густини пари досягається така ситуація, коли число молекул, що покидають рідину за деякий час, буде таке, що дорівнює числу молекул, що повертаються в рідину за той же час. Наступає стан динамічної рівноваги. Пара в стані динамічної рівноваги з рідиною називається насиченим.

З підвищенням температури густина і тиск насиченої пари збільшуються. Чим вище температура, тим більше число молекул рідини володіє енергією, достатньою для випаровування, і тією більшої, повинна бути густина пари, щоб конденсація могла порівнятися з випаровуванням.

Кипіння

Коли при нагріванні рідини досягається температура, при якій тиск насичених пар дорівнює зовнішньому тиску, встановлюється рівновага між рідиною і її насиченою парою. При повідомленні рідини додаткової кількості теплоти відбувається негайне перетворення відповідної маси рідини в пару. Цей процес називається кипінням.

Температурою кипіння є та температура, при якій тиск насичених пар стає рівним зовнішньому тиску. При збільшенні тиску температура кипіння збільшується, а при зменшенні - меншає.

Внаслідок зміни тиску в рідині з висотою її стовпа, кипіння на різних рівнях в рідині відбувається, суворо говорячи, при різній температурі. Певну температуру має лише насичена пара над поверхнею киплячої рідини. Його температура визначається тільки зовнішнім тиском. Саме ця температура є у вигляду, коли говорять про температуру кипіння.

Кількість тепла, яку необхідно підвести, для того щоб ізотермічно перетворити в пару певну кількість рідини, при зовнішньому тиску, рівному тиску її насичених пар, називається прихованою теплотою паротворення. Звичайно цю величину співвідносять до одного грама, або одному благаю. Кількість теплоти, необхідне для ізотермічного випаровування благаючи рідині називається молярною прихованою теплотою паротворення. Якщо цю величину поділити вагою молекулярну, то вийде питома прихована теплота паротворення.

Список літератури

А. К. Кикоїн, І. К. Кикоїн, Молекулярна фізика, «Наука», 1976.

Телеснин Р. В., Молекулярна фізика, «Вища школа», 1973.

Матвеев А. Н., Молекулярна фізика, «Вища школа», 1987.