Розрахунок кількості теплоти при плавленні та затвердінні. Розрахунок кількості теплоти при теплопередачі, питома теплоємність речовини. Рівняння теплового балансу

Дані про автора

Чашкіна Тетяна Георгіївна

Місце роботи, посада:

Підгороднепокровська ЗОШ Оренбурзького району, учитель фізики

Оренбурзька область

Характеристики уроку (заняття)

Рівень освіти:

Середня (повна) загальна освіта

Цільова аудиторія:

Навчаюсь (студент)

Цільова аудиторія:

Вчитель (викладач)

Клас(и):

Предмет(и):

Мета уроку:

Тип уроку:

Урок вивчення та первинного закріплення нових знань

Короткий опис:

1) Оргмомент. 2) Перевірка домашнього завдання 3) Вивчення нової теми 4) Закріплення нової теми 5) Підсумки уроку 6) Домашнє завдання

Урок №15

Тема урока: Розрахунок кількості теплоти при плавленні, кристалізації

Ціль: Дати поняття питомої теплоти плавлення, вивести формулу Q = ?

Хід уроку: 1) Оргмомент. Цілепокладання

2) Перевірка домашнього завдання

3) Вивчення нової теми

4) Закріплення нової теми

5) Підсумки уроку

6) Домашнє завдання

1.Здрастуйте хлопці. Сьогодні на уроці ми продовжимо розмову про плавлення та кристалізацію. Для цього спочатку повторимо вже вивчений матеріал і вивчимо формулу для розрахунку кількості теплоти для плавлення та кристалізації.

2. Отже, почнемо з перевірки домашнього завдання.

Завдання для всього класу (на екрані) на 5 хвилин у зошитах:

I. Користуючись таблицею "Температура плавлення деяких речовин", відзначити на температурній шкалі температури плавлення водню, ртуті, льоду, цинку, вольфраму

ІІ. Написати в якому стані знаходяться ці речовини при температурах вище цієї та нижче цієї.

За графіком нагрівання та танення льоду та нагрівання отриманої з нього води дайте відповідь на запитання:

а) Яка ділянка графіка відповідає таянню снігу? (Відповідь ВС)

б) Скільки часу воно приблизно тривало? (Відповідь 2 хв.)

в) До якої температури нагрілася вода через 5 хв після початку досліду? (відповідь 30 0)

Хлопці поки що ви працюєте біля дошки необхідно відповісти на запитання домашнього завдання

1. Плавлення та затвердіння.

Відповість Коля

2. Графік плавлення та затвердіння кристалічних тіл відповість Аня.

Після відповіді учнів за домашніми параграфами § 13 та § 14 з місця перевіряються відповіді учнів за зошитами.

3. Отже, за наслідками нашого спілкування, я зрозуміла, що звернули увагу на те, що процес плавлення потребує часу. Речовина одержує енергію, але температура під час цього процесу не змінюється. Чому? У кристалах молекули розташовані в строгому порядку, хоч і коливаються біля своїх положень рівноваги. При досягненні температури плавлення розмах молекул збільшується і порядок розташування частинок порушується

Кристалічні грати руйнуються. На це і витрачається енергія, що надходить ззовні. Тому на підвищення її просто не вистачає. Поки вся речовина не розплавиться, температура не підвищиться. Досліди показали, що для 1 кг різних речовиндля плавлення потрібна різна енергія. Її виміряли на дослідах і внесли до таблиці. Питома теплотаплавлення». (Стор 37). Отже λ- фізична величина, що показує, яка енергія необхідна для 1 кг речовини, нагрітої до температури плавлення, щоб розплавитися

Вона вимірюється в Дж/кг

Якщо необхідно розплавити іншу масу, то Q пл = m

При кристалізації температура також змінюється, т.к. речовина віддає таку кількість теплоти, що отримало при плавленні. Тому можна назвати і питомою теплотою кристалізації. Q кріст = -λm

4. Хлопці, відкрийте таблицю на сторінці 57.Відповіді на питання:

а) У якому порядку розташовані речовини (Відповідь: У порядку зменшення питомої теплоти плавлення)

б) Що означає число 3,9 ·10 5 стоїть проти слова алюміній (відповідь: Кількість теплоти, необхідне 1кг алюмінію, щоб його розплавити)

в) На плавлення якого з кубиків мідного або алюмінієвого піде менше енергії і в скільки разів, якщо їх маси рівні і взяті при температурі плавлення?(відповідь: мідного в 2 рази)

г) Відомо, що на плавлення шматка міді при температурі плавлення витрачено 6,3 · 10 5 Дж енергії. Яка кількість теплоти виділиться при затвердінні рідкої міді цієї маси (відповідь: 3 кг; 6,3 · 10 5 Дж)

На воду в теплоізольованих судинах опущені шматочки льоду. У якому з них лід танути не буде? (Відповідь: №3)

Вирішуємо на дошці

а) Підкреслити однією рисою, що відомо у завданні, і записати у дано:

б) Скласти блок - схему розв'язання задачі

5. Підбиваються підсумки зробленого на уроці

6. Домашнє завдання: §15, упр. 8(4,5)

Вчитель: Сафронова О.А.

Клас:8

Тема урока: "Розрахунок дотеплоти, необхідної для нагрівання тіла або виділеного ним при охолодженні»

Тип уроку:комбінований.

Форма уроку: закріплення знань, урок - розв'язання задач.

Методи: Метод CASE STUDY сприяє розвитку різноманітних практичних навичок. «Вони можуть бути описані однією фразою – творче вирішення проблеми та формування вміння аналізу ситуації та прийняття рішення». Словесні, емоційні методи; оцінка практичної значущості змісту навчання; прогнозування майбутньої діяльності; логічні методи

Засоби навчання:

Ідеальні засоби: усне мовлення (бесіда тощо)

Матеріальні засоби навчання – це фізичні об'єкти, які використовують вчитель та учень для детального навчання

1.Друкарські посібники: підручник, таблиці

2.Проекційний матеріал: слайди,

Цілі:

закріпити в учнів знання на тему: «кількість теплоти», «питома теплоємність»;

вивести формулу для розрахунку кількості теплоти для різноманітних речовин;

обґрунтувати величини, від яких залежить кількість теплоти;

визначити способи розрахунку кількості теплоти під час теплообміну тіл;

продовжити формування навичок критичного мислення через організацію навчального діалогу та застосування знань класичної фізики у новій ситуації.

Розвиваючі:

оволодіння вміннями вирішувати кількісні завдання, застосовувати отримані знання на вирішення фізичних завдань;

використовувати набуті знання та вміння у практичній діяльності та повсякденному житті;

сприяти вдосконаленню розумових операцій (аналіз, висновок, узагальнення);

розвиток пізнавального інтересу учнів.

розвитку емоційної сфери, комунікативної культури;

сприяти вихованню засобами уроку впевненості у своїх силах, у необхідності розумного використання досягнень науки та технологій для подальшого розвитку людського суспільства;

формування умінь спостерігати, робити висновки, виокремлювати головне;

розвиток пам'яті, логіки, мислення, уваги.

Виховні:

формування наукового світогляду;

виховання сталого інтересу до предмета позитивного ставлення до знань.

Основний зміст уроку.

1. Організація учнів працювати(організаційний момент)

2. Організація мотивації, постановки навчальної задачі, мети Актуалізація знань

3. Планування майбутньої діяльності

4. Розв'язання задач.

5. Закріплення вивченого матеріалу.

6. Оцінювання поступу до мети, рефлексивний аналіз діяльності.

2. Організація мотивації, постановки навчальної задачі, мети. Актуалізація знань

Без тепла немає життя. Але надто сильний холод та спека руйнує все живе.

Всі тіла, навіть брили льоду, випромінюють енергію, але слабо нагріті тіла випромінюють мало енергії, і це випромінювання не сприймається людським оком.

У вісімнадцятому столітті багато вчених вважали, що теплота - це особлива речовина "теплород", невагома "рідина", що міститься в тілах. Нині ми знаємо. Що це негаразд. Сьогодні ми говоритимемо про теплоту і теплові явища, а також навчимося розраховувати кількість теплоти, необхідну для нагрівання тіла і що виділяється при його охолодженні

Якісне завдання:

З російської казки “Лиска - сестричка і сірий Вовк”. Вовк пішов на річку, опустив хвіст у ополонку і почав примовляти: “ Ловись, рибка, і мала та велика! Ловись, рибка і мала і велика!”. Слідом за ним і лисиця з'явилася; ходить біля вовка і причитує: “Ясні, ясні на небі зірки! Мерзни, мерзни вовчий хвіст!”. Хвіст і примерз. Яким шляхом залишило тепло хвіст вовка?

З алтайської казки "Горностай і заєць". Мовчки думав свою думу мудрий ведмідь. Перед ним палко тріщало велике багаття, над вогнем на залізному триніжку стояв золотий котел із сімома бронзовими вушками. Цей свій улюблений казан ведмідь ніколи не чистив: боявся, що разом із брудом щастя піде, і золотий казан був завжди ста шарами сажі як оксамитом покритий. Чи впливало на нагрівання води те, що котел був покритий "ста шарами сажі"?

На попередньому уроці ми з'ясували, що для нагрівання 1 кг речовини на 1ºС потрібна кількість теплоти, чисельно дорівнює значенням питомої теплоємності.

Питання №1:

Хто скаже, що означає: питома теплоємність алюмінію з=920 Дж/кг*ºС?

Відповідь:

Учні дають правильну відповідь: для нагрівання 1 кг алюмінію на 1 ºС, потрібна кількість теплотиQ=920 Дж.

Питання №2:

Повторимо, яких величин залежить кількість теплоти?

На слайдах представлено малюнки, за допомогою яких хлопці дають докладне пояснення попередньої теми.

посудина №1 посудина №2

m 1

m 2

Відповідь:

Кількість теплоти залежить відмаси тіла:

З малюнка добре видно, що маса води у другій посудині більша вдвічі маси води в першій посудиніm 2 > m 1 отже, і кількість теплотиQ, яке необхідно, щоб нагріти ці рідини, для другої посудини знадобиться і витратиться більше.

2. посудина №1 посудина №2

m 1

m 2

Q 2 > Q 1

Отже, можна дійти невтішного висновку у тому, що кількість теплоти прямо пропорційна масі речовини:Q m

3. чайник №1 чайник №2

до Т=50ºС до Т=100ºС

Відповідь:

Кількість теплоти залежить від різниці температур:

Чим більша різниця температур, тим більше кількість енергії потрібно витратити. На нагрівання чайника №2 витратиться більше енергії, ніж нагрівання чайника під номером 1.

Отже, можна дійти невтішного висновку у тому, що кількість теплоти прямо пропорційна різниці температур:Q Т

4. посудина №1 посудина №2

В одну посудину налита вода, в іншу – соняшникову олію.

Який із судин, ми будемо довше нагрівати?

Відповідь:

На нагрівання посудини з водою ми витратимо більше енергії, відповідно, кількість теплоти виділиться більше. Оскільки питома теплоємність води 4200 Дж/кг*ºС, а питома теплоємність олії 1700 Дж/кг*ºС. Тому на нагрівання води ми витратимо більше часу, але й остигати вода буде довше, ніж масло, у зв'язку з великим значенням теплоємності.

Висновок: кількість теплоти залежить від роду речовини, тобто від величини питомої теплоємності:Q з

4. Розв'язання задач. Насправді часто користуються тепловими розрахунками. Наприклад, при будівництві будівель необхідно враховувати, скільки теплоти повинна віддавати будівлі вся система опалення. Слід також знати, скільки теплоти йтиме у навколишній простір через вікна, стіни, двері.

Покажемо на прикладах, як слід вести найпростіші розрахунки.

Щоб розрахувати кількість теплоти, необхідну для нагрівання тіла або виділене ним при охолодженні, слід питому теплоємність помножити на масу тіла і на різницю між кінцевою та початковою температурами.

Якщо позначити масу m, різниця між кінцевою (t 2 ) та початкової (t 1 ) температурами - t 2 - t 1 отримаємо формулу для розрахунку кількості теплоти:

Q = cm(t 2 - t 1 ).

Завдання №1:

Визначити, скільки теплоти необхідно повідомити шматку свинцю масою 2 кг на його нагрівання на 10°С.

Дано: СІ Рішення:

m=2 кг по таблиці знаходимо для свинцю:

с=140 Дж/(кг°С) з=140 Дж/(кг°С)

Δ t=10 °С формула для розрахунку кількості теплоти:

Q= сmΔT

Q-? Підставляємо чисельне значення, отримуємо:

Q= 140 Дж / (кг ° С) * 2 кг * 10 ° С = 2800 Дж.

Відповідь:Q= 2800 Дж.

Завдання №2:

Яка кількість теплоти віддає 5 л води при охолодженні з 50°С до

10 ° С?

СІ

Рішення:

V= 5л

с = 4200 Дж/(кг °С)

t 0 = 50 ° С

t 1 = 10 ° С

p= 1000 кг/м 3

Оскільки щільність водиp= 1000 кг/м 3 ,

то маса води дорівнює:

m = pV

m= 1000 кг/м 3 · 5 · 10 -3 м 3 = 5 кг.

Q = cm( t 1 - t 0 )

Q= 4200 Дж/(кг °С) · 5 кг · (10 ° С-50 ° С) = - = 840 кДж

Відповідь:Q=-840кДж

Q=?

Знак «-» у відповіді свідчить про те, що вода віддає тепло.

Для сильніших учнів вчитель пропонує наступне завдання.

Завдання №3

Для нагрівання шматка цинку масою 100 г знадобилося 15 кДж теплоти. До якої температури був нагрітий шматок цинку, якщо його початкова температура дорівнювала 25°С?

СІ

Рішення:

m= 100 г

Q= 15 кДж

t 0 = 25 ° С

з ц = 400 Дж/(кг °С)

0,1 кг

15000 Дж

Температуру, до якої був нагрітий шматок цинку, визначимо з формули розрахунку кількості теплоти:

Q = cm( t - t 0 )

де

с - питома теплоємність цинку

з ц =400 Дж/(кг °С)

висновок формули:

Q= cm( t - t 0 )

Q = cmt- cmt 0

зmt = Q+ cmt 0

t = ( Q+ cmt 0 )/ cm

t = Q/ cm + t 0

підставляючи числа, обчислюємо математично:

t= 15000 Дж / 400 Дж / (кг ° С) * 0,1 кг + 25 ° С = 400 ° С

Відповідь:t= 400 ° С

t =?

Завдання №4

У залізний казан масою 5 кг налита вода масою 10 кг. Яку кількість теплоти потрібно передати котлу з водою для зміни температури від 10 до 100 °С?

При розв'язанні задачі потрібно врахувати, що обидва тіла - і казан, і вода - будуть нагріватися разом. Між ними відбувається теплообмін. Їхні температури можна вважати однаковими, тобто температура котла та води змінюється на 100 °С - 10 °С = 90 °С. Але кількості теплоти, отримані котлом та водою, не будуть однаковими. Адже їх маси та питомі теплоємності різні.

Нагрівання води в казанку

Завдання №5

Змішали воду масою 0,8 кг, що має температуру 25 °З, і воду при температурі 100 °З масою 0,2 кг. Температуру отриманої суміші виміряли, і вона дорівнювала 40 °С. Обчисліть, скільки теплоти віддала гаряча водапри охолодженні та отримала холодна водапід час нагрівання. Порівняйте ці кількості теплоти.

Запишемо умову завдання і розв'яжемо її.

Ми бачимо, що кількість теплоти віддана гарячою водою, та кількість теплоти, отримана холодною водою,Рівні між собою. Це не випадковий результат. Досвід показує, що якщо між тілами відбувається теплообмін, то внутрішня енергія всіх тіл, що нагріваються, збільшується на стільки, на скільки зменшується внутрішня енергія остигаючих тіл.

При проведенні дослідів зазвичай виходить, що віддана гарячою водою енергія більша за енергію, отриману холодною водою. Це пояснюється тим, що частина енергії передається навколишньому повітрю, а частина енергії - судини, в якій змішували воду. Рівність відданої та отриманої енергій буде тим точнішою, чим менше втрат енергії допускається у досвіді. Якщо підрахувати та врахувати ці втрати, то рівність буде точним.

7. Інформація про домашнє завдання, інструктаж щодо його виконання.

Яка кількість теплоти потрібна для нагрівання води масою 0,1 кг на 1 °С?

Розрахуйте кількість теплоти, необхідну для нагрівання: а) чавунної праски масою 1,5 кг для зміни її температури на 200 °С; б) алюмінієвої ложки масою 50 г від 20 до 90 ° С; в) цегляного камінамасою 2 т від 10 до 40 °С.

Яка кількість теплоти виділилася при охолодженні води, об'єм якої 20 л, якщо температура змінилася від 100 до 50 °С?

Теплоємність- Це кількість теплоти, що поглинається тілом при нагріванні на 1 градус.

Теплоємність тіла позначається великою латинською літерою З.

Від чого залежить теплоємність тіла? Насамперед, від його маси. Зрозуміло, що для нагрівання, наприклад, 1 кілограм води потрібно більше тепла, ніж для нагрівання 200 грамів.

А від роду речовини? Зробимо досвід. Візьмемо дві однакові судини і, наливши в одну з них воду масою 400 г, а в іншій - рослинна оліямасою 400 г, почнемо їх нагрівати за допомогою однакових пальників. Спостерігаючи за показаннями термометрів, ми побачимо, що олія нагрівається швидке. Щоб нагріти воду та олію до однієї і тієї ж температури, воду слід нагрівати довше. Але чим довше ми нагріваємо воду, тим більше теплоти вона отримує від пальника.

Таким чином, для нагрівання однієї і тієї ж маси різних речовин до однакової температури потрібна різна кількість теплоти. Кількість теплоти, необхідне нагрівання тіла і, отже, його теплоємність залежить від роду речовини, з якого складається це тіло.

Так, наприклад, щоб збільшити на 1°С температуру води масою 1 кг, потрібна кількість теплоти, що дорівнює 4200 Дж, а для нагрівання на 1°С такої ж маси соняшникової оліїнеобхідна кількість теплоти, що дорівнює 1700 Дж.

Фізична величина, Що показує, скільки теплоти потрібно для нагрівання 1 кг речовини на 1 ºС, називається питомою теплоємністю цієї речовини.

У кожної речовини своя питома теплоємність, яка позначається латинською літерою с і вимірюється в джоулях на кілограм-градус (Дж/(кг · ° С)).

Питома теплоємність однієї й тієї ж речовини в різних агрегатних станах (твердому, рідкому та газоподібному) різна. Наприклад, питома теплоємність води дорівнює 4200 Дж/(кг · ºС), а питома теплоємність льоду 2100 Дж/(кг · °С); алюміній у твердому стані має питому теплоємність, що дорівнює 920 Дж/(кг - °С), а в рідкому - 1080 Дж/(кг - °С).

Зауважимо, що вода має дуже велику питому теплоємність. Тому вода в морях та океанах, нагріваючись влітку, поглинає з повітря велика кількістьтепла. Завдяки цьому в тих місцях, які розташовані поблизу великих водойм, літо не буває таким спекотним, як у місцях віддалених від води.

Розрахунок кількості теплоти, необхідної для нагрівання тіла або виділеного ним при охолодженні.

З вищевикладеного ясно, що кількість теплоти, необхідне нагрівання тіла, залежить від роду речовини, з якого складається тіло (тобто його питомої теплоємності), і зажадав від маси тіла. Зрозуміло також, що кількість теплоти залежить від того, скільки градусів ми збираємося збільшити температуру тіла.

Отже, щоб визначити кількість теплоти, необхідну для нагрівання тіла або виділене ним при охолодженні, потрібно питому теплоємність тіла помножити на його масу і на різницю між кінцевою і початковою температурами:

Q= cm (t 2 -t 1),

де Q- кількість теплоти, c- питома теплоємність, m- маса тіла, t 1- Початкова температура, t 2- Кінцева температура.

При нагріванні тіла t 2> t 1і, отже, Q >0 . При охолодженні тіла t 2і< t 1і, отже, Q< 0 .

Якщо відома теплоємність всього тіла З, Qвизначається за формулою: Q = C (t 2 - t 1).

22) Плавання: визначення, розрахунок кількості теплоти на плавлення чи затвердіння, питома теплота плавлення, графік залежності t 0 (Q).

Термодинаміка

Розділ молекулярної фізики, що вивчає передачу енергії, закономірності перетворення одних видів енергії на інші. На відміну від молекулярно-кінетичної теорії, у термодинаміці не враховується внутрішня будоваречовин та мікропараметри.

Термодинамічна система

Це сукупність тіл, які обмінюються енергією (у формі роботи або теплоти) один з одним або з довкіллям. Наприклад, вода в чайнику остигає, відбувається обмін теплотою води з чайником та чайника з навколишнім середовищем. Циліндр з газом під поршнем: поршень виконує роботу, внаслідок чого газ отримує енергію, і змінюються його макропараметри.

Кількість теплоти

Це енергія, що отримує або віддає система в процесі теплообміну. Позначається символом Q, вимірюється, як і будь-яка енергія, в Джоулях.

В результаті різних процесівтеплообміну енергія, що передається, визначається по-своєму.

Нагрівання та охолодження

Цей процес характеризується зміною температури системи. Кількість теплоти визначається за формулою

Питома теплоємність речовини звимірюється кількістю теплоти, яка необхідна для нагрівання одиниці масицієї речовини на 1К. Для нагрівання 1 кг скла або 1 кг води потрібна різна кількість енергії. Питома теплоємність - відома, вже обчислена всім речовин величина, значення дивитися у фізичних таблицях.

Теплоємність речовини С- це кількість теплоти, яка потрібна для нагрівання тіла без урахування його маси на 1К.

Плавлення та кристалізація

Плавлення - перехід речовини з твердого стану рідке. Зворотний перехід називається кристалізацією.

Енергія, що витрачається на руйнування кристалічних ґрат речовини, визначається за формулою

Питома теплота плавлення відома кожної речовини величина, значення дивитися у фізичних таблицях.

Пароутворення (випар або кипіння) та конденсація

Пароутворення - це перехід речовини з рідкого (твердого) стану газоподібне. Зворотний процес називається конденсацією.

Питома теплота пароутворення відома кожної речовини величина, значення дивитися у фізичних таблицях.

Горіння

Кількість теплоти, що виділяється при згорянні речовини

Питома теплота згоряння відома кожної речовини величина, значення дивитися у фізичних таблицях.

Для замкнутої та адіабатично ізольованої системи тіл виконується рівняння теплового балансу. Алгебраїчна сума кількостей теплоти, відданих та отриманих усіма тілами, що беруть участь у теплообміні, дорівнює нулю:

Q 1 +Q 2 +...+Q n =0

23) Будова рідин. Поверхневий шар. Сила поверхневого натягу: приклади прояву, розрахунок, коефіцієнт поверхневого натягу.

Іноді будь-яка молекула може переміститися у 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. Через сильну взаємодію між близько розташованими молекулами вони можуть утворювати локальні (нестійкі) упорядковані групи, що містять декілька молекул. Це явище називається ближнім порядком(Рис. 3.5.1).

Коефіцієнт β називають температурним коефіцієнтом об'ємного розширення . Цей коефіцієнт у рідин у десятки разів більший, ніж у твердих тіл. У води, наприклад, при температурі 20 °С ? - 1 .

Теплове розширення води має цікаву та важливу для життя на Землі аномалію. За температури нижче 4 °С вода розширюється при зниженні температури (β< 0). Максимум плотности ρ в = 10 3 кг/м 3 вода имеет при температуре 4 °С.

При замерзанні вода розширюється, тому лід залишається плавати на поверхні замерзаючої водойми. Температура води, що замерзає, під льодом дорівнює 0 °С. У більш щільних шарах води біля дна водоймища температура виявляється близько 4 °С. Завдяки цьому життя може існувати у воді водойм, що замерзають.

Найбільш цікавою особливістюрідин є наявність вільної поверхні . Рідина, на відміну від газів, не заповнює весь обсяг посудини, в яку вона налита. Між рідиною і газом (або парою) утворюється межа розділу, яка знаходиться в особливих умовах у порівнянні з рештою маси рідини. . Якщо молекула переміститься з поверхні всередину рідини, сили міжмолекулярної взаємодії здійснять позитивну роботу. Навпаки, щоб витягнути деяку кількість молекул із глибини рідини на поверхню (тобто збільшити площу поверхні рідини), зовнішні сили повинні здійснити позитивну роботу Δ Aзовніш, пропорційну зміні Δ Sплощі поверхні:

Із механіки відомо, що рівноважним станам системи відповідає мінімальне значення її потенційної енергії. 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 на пружну розтягнуту плівку, з тією різницею, що пружні сили в плівці залежать від площі її поверхні (тобто від того, як плівка деформована), а сили поверхневого натягу не залежатьвід площі поверхні рідини.

Деякі рідини, як, наприклад, мильна вода, мають здатність утворювати тонкі плівки. Всім добре відомі мильні бульбашки мають правильну сферичну форму - у цьому також проявляється дія сил поверхневого натягу. Якщо мильний розчин опустити дротяну рамку, одна зі сторін якої рухома, то вся вона затягнеться плівкою рідини (рис. 3.5.3).

Сили поверхневого натягу прагнуть скоротити поверхню плівки. Для рівноваги рухомої сторони рамки до неї потрібно докласти зовнішню силу. Якщо під дією сили поперечина переміститься на Δ x, то буде проведена робота Δ Aвн = Fвн Δ x = Δ E p = σΔ S, де Δ S = 2LΔ x- Збільшення площі поверхні обох сторін мильної плівки. Оскільки модулі сил і однакові, можна записати:

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

Через дії сил поверхневого натягу в краплях рідини та всередині мильних бульбашоквиникає надлишковий тиск Δ p. Якщо подумки розрізати сферичну краплю радіусу Rна дві половинки, кожна з них повинна перебувати в рівновазі під дією сил поверхневого натягу, прикладених до межі розрізу довжиною 2π Rі сил надлишкового тиску, що діють на площу R 2 перерізи (рис. 3.5.4). Умова рівноваги записується як

Якщо ці сили більші за сили взаємодії між молекулами самої рідини, то рідина змочуєПоверхня твердого тіла. У цьому випадку рідина підходить до поверхні твердого тіла під деяким гострим кутом θ, характерним для цієї пари рідина – тверде тіло. Кут θ називається крайовим кутом . Якщо сили взаємодії між молекулами рідини перевершують сили їхньої взаємодії з молекулами твердого тіла, то крайовий кут θ виявляється тупим (рис. 3.5.5). У цьому випадку кажуть, що рідина не змочуєПоверхня твердого тіла. При повному змочуванніθ = 0, при повному незмочуванніθ = 180 °.

Капілярними явищаминазивають підйом чи опускання рідини в трубках малого діаметра – капілярах. Змочують рідини піднімаються по капілярах, незмочують - опускаються.

На рис. 3.5.6 зображено капілярну трубку деякого радіусу r, опущена нижнім кінцем у змочуючу рідину щільності ρ. Верхній кінець капіляра відкрито. Підйом рідини в капілярі триває до тих пір, поки сила тяжіння, що діє на стовп рідини в капілярі, не стане рівною по модулю результуючої. Fн сил поверхневого натягу, що діють уздовж межі зіткнення рідини з поверхнею капіляра: Fт = Fн, де Fт = mg = ρ hπ r 2 g, Fн = σ2π r cos θ.

Звідси випливає:

При повному незмочуванні θ = 180 °, cos θ = -1 і, отже, h < 0. Уровень несмачивающей жидкости в капилляре опускается ниже уровня жидкости в сосуде, в которую опущен капилляр.

Вода майже повністю змочує чисту поверхню скла. Навпаки, ртуть не змочує скляну поверхню. Тому рівень ртуті у скляному капілярі опускається нижче рівня судини.

24) Пароутворення: визначення, види (випаровування, кипіння), розрахунок кількості теплоти на пароутворення та конденсацію, питома теплота пароутворення.

Випаровування та конденсація. Пояснення явища випаровування на основі уявлень про молекулярну будову речовини. Питома теплота пароутворення. Її одиниці.

Явище перетворення рідини на пару називається пароутворенням.

Випаровування -процес пароутворення, що відбувається з відкритої поверхні.

Молекули рідини рухаються з різними швидкостями. Якщо якась молекула опиниться біля поверхні рідини, вона може подолати тяжіння сусідніх молекул і вилетіти з рідини. молекули, Що Вилетіли, утворюють пару. У молекул рідини, що залишилися, при зіткненні змінюються швидкості. Деякі молекули при цьому набувають швидкості, достатньої для того, щоб вилетіти з рідини. Цей процес продовжується, тому рідини випаровуються повільно.

*Швидкість випаровування залежить від роду рідини. Швидше випаровуються ті рідини, у яких молекул притягуються з меншою силою.

*Випар може відбуватися за будь-якої температури. Але при високих температурах випаровування відбувається швидше .

*Швидкість випаровування залежить від площі її поверхні.

*При вітрі (потоку повітря) випаровування відбувається швидше.

При випаровуванні внутрішня енергія зменшується, т.к. при випаровуванні рідина залишають швидкі молекули, отже, середня швидкість інших молекул зменшується. Значить, якщо немає припливу енергії ззовні, то температура рідини зменшується.

Явище перетворення пари на рідину називається конденсацією. Вона супроводжується виділенням енергії.

Конденсацією пари пояснюється утворення хмар. Пари води, що піднімаються над землею, утворюють у верхніх холодних шарах повітря хмари, які складаються з найдрібніших крапель води.

Питома теплота пароутворення - Фіз. величина, що показує яку кількість теплоти необхідно, щоб звернути рідину масою 1 кг у пару без зміни температури.

Уд. теплоту пароутворення позначають буквою L і вимірюється Дж/кг

Уд. теплоту пароутворення води: L=2,3×10 6 Дж/кг, спирт L=0,9×10 6

Кількість теплоти, необхідне перетворення рідини на пару: Q = Lm