Термодинаміка - Фізика - Теорія, тести, формули та завдання - Навчання Фізиці, Онлайн підготовка до ЦТ

  • Головна -
  • Навчальні матеріали -
  • Фізика -
  • 08. Термодинаміка

08. Термодинаміка

Зміст:

Основні теоретичні відомості

Теплоємність речовини

Якщо в результаті теплообміну тілу передається деяка кількість теплоти, то внутрішня енергія тіла та її температура змінюються. Кількість теплоти Q, необхідне нагрівання 1 кг речовини на 1 До називають питомоїтеплоємністю речовини c. Тоді кількість теплоти (енергії) необхідна для зміни температури деякого тіла масою m можна розрахувати за формулою:

При цьому в цій формулі абсолютно не важливо, в яких одиницях підставлена ​​температура, тому що нам важливо не її абсолютне значення, а зміна. Одиниця виміру питомої теплоємності речовини: Дж/(кг∙К).

  • Якщо t2 & gt; t1, то Q & gt; 0 – тіло нагрівається (отримує тепло).
  • Якщо t2 0 і віддає холодильнику кількість теплоти Q2 3 повітря (тобто просто щільність водяної пари; з рівняння Клапейрона-Менделєєва виражається відношення маси до об'єму і виходить наступна формула):

де: р - парціальний тиск водяної пари, М - молярна маса, R - універсальна постійна газова, Т - абсолютна температура. Одиниця вимірювання абсолютної вологості в СІ [ρ] = 1 кг/м 3 хоча зазвичай використовують 1 г/м 3 .

Відносною вологістю φ називається відношення абсолютної вологості ρ до кількості водяної пари ρ0, яка необхідна для насичення 1 м 3 повітря при даній температурі:

Відносну вологість можна також визначити як відношення тиску водяної пари р до тиску насиченої пари р0 при даній температурі:

Випаровування може відбуватися не тільки з поверхні, але і в обсязі рідини. У рідинізавжди є дрібні бульбашки газу. Якщо тиск насиченої пари рідини дорівнює зовнішньому тиску (тобто тиску газу в бульбашках) або перевищує його, рідина випаровуватиметься всередину бульбашок. Пухирці, наповнені парою, розширюються і спливають на поверхню. Цей процес називаєтьсякипінням. Таким чином, кипіння рідини починається при такій температурі, при якій тиск її насиченої пари стає рівним зовнішньому тиску.

Зокрема, за нормального атмосферного тиску вода кипить при температурі 100°С. Це означає, що при такій температурі тиск насиченої пари води дорівнює 1 атм. Важливо знати, що температура кипіння залежить від тиску. У герметично закритому посудині рідина кипіти неспроможна, т.к. при кожному значенні температури встановлюється рівновага між рідиною та її насиченою парою.

Поверхневий натяг

Молекули речовини в рідкому стані розташовані майже впритул один до одного. На відміну від твердих кристалічних тіл, в яких молекули утворюють упорядковані структури у всьому обсязі кристала і можуть здійснювати теплові коливання біля фіксованих центрів, молекули рідини мають більшу свободу. Кожна молекула рідини, як і у твердому тілі, «затиснута» з усіх боків сусідніми молекулами і здійснює теплові коливання близько певного положення рівноваги. Однак, іноді будь-яка молекула може стрибком переміститися в сусіднє вакантне місце. Такі перескоки у рідинах відбуваються досить часто; тому молекули не прив'язані до певних центрів, як у кристалах, і можуть переміщатися по всьому об'єму рідини. Цим пояснюється плинність рідин.

Внаслідок щільного пакування молекул стисливість рідин, тобто зміна об'єму при змінітиску, дуже мала; вона у десятки та сотні тисяч разів менша, ніж у газах.

Найбільш цікавою особливістю рідин є наявність вільної поверхні. Рідина, на відміну від газів, не заповнює весь обсяг посудини, в яку вона налита. Між рідиною та газом (або парою) утворюється межа розділу, яка знаходиться в особливих умовах порівняно з рештою маси рідини. Молекули в прикордонному шарі рідини, на відміну молекул у її глибині, оточені іншими молекулами тієї ж рідини не з усіх боків. Сили міжмолекулярної взаємодії, що діють на одну з молекул усередині рідини з боку сусідніх молекул, у середньому взаємно компенсовані. Будь-яка молекула в прикордонному шарі притягується молекулами, що знаходяться всередині рідини (силами, що діють на цю молекулу рідини з боку молекул газу (або пари) можна знехтувати). В результаті з'являється деяка сила, що рівнодіє, спрямована вглиб рідини. Якщо молекула переміститься із поверхні всередину рідини, сили міжмолекулярної взаємодії зроблять позитивну роботу. Навпаки, щоб витягнути деяку кількість молекул з глибини рідини на поверхню (тобто збільшити площу поверхні рідини), треба витратити позитивну роботу зовнішніх сил Aзовніш, пропорційну зміні S площі поверхні.

Отже, молекули поверхневого шару рідини мають надмірну порівняно з молекулами всередині рідини потенційною енергією.Потенційна енергія Ep поверхні рідини пропорційна її площі:

Коефіцієнт називаєтьсякоефіцієнтом поверхневого натягу (σ > 0). Таким чином, коефіцієнт поверхневого натягу дорівнює роботі, необхідної для збільшення площі поверхні рідини на одиницю при постійнійтемпературі. У СІ коефіцієнт поверхневого натягу вимірюється в джоулях на квадратний метр (Дж/м 2 ) або в ньютонах на метр (1 Н/м = 1 Дж/м 2 ).

З механіки відомо, що рівноважним станам системи відповідає мінімальне значення її потенційної енергії (будь-яке тіло завжди прагне скотитися з гори, а не забратися на неї). Звідси випливає, що вільна поверхня рідини прагне скоротити свою площу. З цієї причини вільна крапля рідини набуває кулястої форми. Рідина поводиться так, ніби по дотичній до її поверхні діють сили, що скорочують (стягують) цю поверхню. Ці сили називаються силами поверхневого натягу. Наявність сил поверхневого натягу робить поверхню рідини схожою пружну розтягнуту плівку. Сила поверхневого натягу, що діє на ділянку межі рідини довжиною L, обчислюється за формулою:

Таким чином, коефіцієнт поверхневого натягу може бути визначений як модуль сили поверхневого натягу, що діє на одиницю довжини лінії, що обмежує поверхню.

Капілярними явищами називають підйом або опускання рідини в трубках малого діаметра - капілярах. Змочують рідини піднімаються по капілярах, незмочують - опускаються. При цьомувисота стовпа рідини в капілярі :

При повному змочуванні θ = 0° cos θ = 1. У цьому випадку висота стовпа рідини в капілярі стане рівною:

Як успішно підготуватися до ЦТ з фізики та математики?

Для того щоб успішно підготуватися до ЦТ з фізики та математики, серед іншого, необхідно виконати три найважливіші умови:

  1. Вивчити всі теми та виконати всі тести та завдання наведені у навчальних матеріалах на цьому сайті. Для цього потрібно всього нічого, а саме:присвячувати підготовці до ЦТ з фізики та математики, вивчення теорії та вирішення завдань по три-чотири години щодня. Справа в тому, що ЦТ це іспит де мало просто знати фізику чи математику, потрібно ще вміти швидко і без збоїв вирішувати велику кількість завдань з різних тем та різної складності. Останньому навчитися можна лише вирішивши тисячі завдань.
  2. Вивчити всі формули та закони у фізиці, і формули та методи в математиці. Насправді, виконати це теж дуже просто, необхідних формул із фізики всього близько 200 штук, а з математики навіть трохи менше. У кожному з цих предметів є близько десятка стандартних методів вирішення завдань базового рівня складності, які теж цілком можна вивчити, і таким чином, абсолютно на автоматі і без труднощів вирішити в потрібний момент більшу частину ЦТ. Після цього Вам залишиться подумати лише над найскладнішими завданнями.
  3. Відвідати всі три етапи репетиційного тестування з фізики та математики. Кожен РТ можна відвідувати по два рази, щоб вирішувати обидва варіанти. Знову ж таки на ЦТ, крім уміння швидко і якісно вирішувати завдання, і знання формул і методів необхідно також вміти правильно спланувати час, розподілити сили, а головне правильно заповнити бланк відповідей, не переплутавши ні номера відповідей і завдань, ні власне прізвище. Також у ході РТ важливо звикнути до стилю постановки питань у завданнях, що на ЦТ може здатися непідготовленій людині дуже незвичним.

Успішне, старанне та відповідальне виконання цих трьох пунктів дозволить Вам показати на ЦТ відмінний результат, максимальний з того, на що Ви здатні.

Знайшли помилку?

ЗАБОРОНЕНО використання представлених на сайті матеріалів або їх частин у будь-яких комерційних цілях, а також їх поширення, передрук чивідтворення у будь-якій формі. Порушення прав правовласників переслідується згідно із законом.