Свойства паров, жидкостей и твёрдых тел
реклама
Презентация для урока на тему: Свойства паров, жидкостей и твёрдых тел Дисциплина : Физика Над презентацией работали студенты 1 курса группы ГК-11: Хабирова Диана Абдеев Рамиль Саитов Рамазан Руководитель: преподаватель физики Алеева Зульфира Фандузовна Республика Башкорстостан, г.Уфа 1/40 Введение.......................................................................................... 3 Строение газообразных, жидких и твердых тел.............................. 4 Газы.................................................................................................. 5 Жидкости.......................................................................................... 7 Водяной пар .................................................................................... 13 Критическая температура................................................................. 16 Измерительные приборы.................................................................. 17 Твёрдое состояние, кристаллы......................................................... 22 Фазовые переходы веществ.............................................................. 29 Деформации..................................................................................... 30 Пластичность, хрупкость, упругость................................................. 33 Смачиваемость, несмачиваемость.................................................... 36 Капиллярность.................................................................................. 38 Заключение....................................................................................... 39 Ресурсы............................................................................................. 40 2/40 Водяной пар На поверхности земли мы наблюдаем H2O в трёх агрегатных состояниях: водяной пар, лёд, вода. Из всех разделов физики только молекулярная физика даёт возможность показать почему вещество может находиться в газообразном, жидком и твердом состояниях. Лёд Вода 3/40 Молекулы газов Кристаллическая решётка твёрдых тел Молекулы жидкостей 4/40 Они не сохраняют не формы, ни объема. Многочисленные удары молекул о стенки сосуда создают давление газа. В газах расстояние между атомами и молекулами в среднем во много раз больше размеров самих молекул. Газы легко сжимаемы, при этом уменьшается среднее расстояние между молекулами, но молекулы не сдавливают друг друга. Они могут неограниченно расширятся. Они не cохраняют ни формы, ни объема. Многочисленные удары молекул о стенки сосуда создают давление газа.[1] 5/40 1. 2. 3. 4. 5. Объём и форму не сохраняют. Расстояние между молекулами большое, во много раз больше самих молекул . Легко сжимаемы. Молекулы газов совершают беспорядочное движение, поэтому заполняют собой весь предоставленный им объём. При повышении температуры расширяются. Если сосуд отсутствует, то расширяются неограниченно. 6/40 Молекулы жидкости расположены почти вплотную друг к другу, поэтому молекулы жидкости ведет себя иначе чем молекулы. Зажатая, как в клетке, другими молекулами, она совершает «бег на месте» (колеблется около положения равновесия, сталкиваясь с соседними молекулами). Жидкость не сохраняют формы. Время оседлой жизни молекулы воды т.е. время колебаний около одного определенного положения равновесия при комнатной температуре, равно в среднем 10-11 [2] 7/40 Время оседлой жизни молекулы воды, т. е. время колебаний около одного определенного положения равновесия при комнатной температуре,равно в среднем 10-11 с. Время же одного колебания значительно меньше (10-12—10-13 с). С повышением температуры время оседлой жизни молекул уменьшается. 8/40 Испаре́ние — процесс фазового перехода вещества из жидкого состояния в парообразное или газообразное, происходящий на поверхности вещества. Процесс испарения является обратным процессу конденсации (переход из парообразного состояния в жидкое). При испарении с поверхности жидкости (испарение жидкости) или твёрдого тела (сублимация или возгонка) вылетают (отрываются) частицы (молекулы, атомы), при этом Ek > Ер. Рассмотрим данный процесс на молекулярном уровне: молекулы, обладающие достаточной энергией (скоростью) для преодоления притяжения соседних молекул (то есть самые быстрые), вырываются за границы вещества (жидкости). При этом средняя энергия оставшихся молекул становится меньше (жидкость остывает). Например, очень горячая жидкость: мы дуем на её поверхность, чтобы остудить, при этом мы ускоряем процесс испарения. Важным фактором является также площадь поверхности жидкости, с которой происходит испарение: из узкого стакана оно будет происходить медленнее, чем из широкой тарелки. 9/40 Испарение твердого тела называется сублимацией (возгонкой), а парообразование в объёме жидкости — кипением. Испарение — эндотермический процесс, при котором поглощается теплота фазового перехода — теплота испарения, затрачиваемая на преодоление сил молекулярного сцепления в жидкой фазе и на работу расширения при превращении жидкости в пар. Вывешенное на мороз влажное белье через несколько минут замерзает и становится жестким как лист картона или фанеры. Однако через двое-трое суток оно уже совершенно свободно от льда – мягкое, эластичное и практически сухое. Лед перешел из твердой кристаллической фазы непосредственно в пар, минуя плавление. Такое «сухое» испарение называется сублимацией, или возгонкой. Сублимация льда возможна практически при любой отрицательной температуре, но при одном условии: влажность воздуха должна быть достаточно низкой. Сублимация происходит с поглощением теплоты, причем для некоторых веществ теплота сублимации весьма велика. 10/40 При приближении кометы Галлея к Солнцу с поверхности её ядра начинают сублимироваться летучие вещества с малой температурой кипения, такие как вода, моноксид, оксид углерода, метан, азот и, возможно, другие замёрзшие газы. Этот процесс приводит к образованию хвоста кометы, которая может в поперечнике достигать 100 000 км. Испарение этого грязного льда высвобождает пылевые частицы, которые относятся газом от ядра. Молекулы газов в коме поглощают солнечный свет и переизлучают его затем на разных длинах волн (это явление называется флуоресценцией), а пылевые частицы рассеивают солнечный свет в различных направлениях без изменения длины волны. Оба эти процесса приводят к тому, что кома становится видимой для стороннего наблюдателя. 11/40 Конденса́ция паров — переход вещества в жидкое или твёрдое состояние из газообразного. Максимальная температура, ниже которой происходит конденсация, называется критической. Пар, из которого может происходить конденсация, бывает насыщенным или ненасыщенным. При наличии жидкой фазы вещества конденсация происходит при сколь угодно малых пересыщениях и очень быстро. В этом случае возникает подвижное равновесие между испаряющейся жидкостью и конденсирующимися парами. Уравнение Клапейрона — Клаузиуса определяет параметры этого равновесия — в частности, выделение тепла при конденсации и охлаждение при испарении. 12/40 Пар, находящийся в динамическом равновесии со своей жидкостью, называют насыщенным паром. Жидкость в закрытом сосуде вначале будет испаряться и плотность пара над ней будет увеличиваться. Однако чем больше молекул покидает жидкость, тем больше возвращаются. Чем больше плотность пара, тем больше молекул возвращаются в жидкость. При постоянной температуре в закрытом сосуде в результате установится динамическое равновесие т.е в среднем, количество молекул, покинувших жидкость, равно количеству молекул, вернувшихся в жидкость. 13/40 Если изменить объём насыщенного пара, то равновесие нарушится, но со временем плотность пара, а следовательно и концентрация молекул, вернутся в прежнее значение – это значит, что плотность пара и концентрация молекул в насыщенном паре не зависят от его объёма. Давление, при котором насыщенный пар находится в динамическом равновесии со своей жидкостью называется давление насыщенного пара pо=nkT 14/40 ‣ Кипе́ние — процесс интенсивного парообразования, который происходит как со свободной поверхности жидкости, так и внутри неё. При этом в объёме жидкости возникают границы разделения фаз, то есть на стенках сосуда образуются пузырьки, которые содержат воздух и насыщенный пар. Кипение, как и испарение, является одним из способов парообразования. В отличии от испарения, кипение может происходить лишь при определённой температуре и давлении. Температура, при которой происходит кипение жидкости, находящейся под постоянным давлением, называется температурой кипения. Как правило, температура кипения при нормальном атмосферном давлении приводится как одна из основных характеристик химически чистых веществ. Температура кипения некоторых веществ Водород Спирт -253℃ 78℃ Вода 100℃ Ртуть 357℃ Температура кипения жидкостей зависит от внешнего давления , чем оно больше, тем больше температура кипения. 15/40 Критическая температура – это температура, при которой исчезают различия в физических свойствах между жидкостью и её насыщенным паром. Газ при температуре выше критической нельзя превратить в жидкость не при каких давлениях. Пар имеющий температуру ниже критической – ненасыщенный пар. Вещество Ткр, , оС Вода 374 Спирт этиловый 243 Эфир 197 Углекислый газ 31 Кислород -118 Азот -146 Водород -240 Гелий -263 16/40 17 17/40 Психрометр состоит из двух термометров. Резервуар одного из них остается сухим, и он показывает температуру воздуха. Резервуар другого окружен полоской ткани, конец которого опущен в воду. Вода испаряется и благодаря этому термометр охлаждается. Чем больше относительная влажность, тем менее интенсивно идет испарение и тем более высокую температуру показывает термометр, окруженный полоской ткани. При относительной влажности, равной 100%, вода вообще не будет испаряться ( испарение равно конденсации) и показания обоих термометров будут одинаковы. 18/40 Для непосредственного кипячения требуется нагреть жидкость до определенной температуры. А что такое температура? Это степень нагретости тела (холодное теплое горячее ). Прибор измеряющий температуру тела, воздуха или жидкости называется термометр. Все знают простые разновидности термометров: Жидкостные термометры основаны на принципе изменения объёма жидкости, которая залита в термометр (обычно это спирт или ртуть), при изменении температуры окружающей среды. В связи с запретом применения ртути во многих областях деятельности ведется поиск альтернативных наполнений для бытовых термометров. Например, такой заменой может стать сплав галинстан. 19/40 Виды гидрометров: Весовой (абсолютный) гигрометр состоит из системы U-образных трубок, наполненных гигроскопическим веществом, способным поглощать влагу из воздуха. Через эту систему насосом протягивают некоторое количество воздуха, влажность которого определяют. Зная массу системы до и после измерения, а также объём пропущенного воздуха, находят абсолютную влажность. В электролитическом гигрометре пластинку из электроизоляционного материала (стекло, полистирол) покрывают гигроскопическим слоем электролита — хлористого лития — со связующим материалом. При изменении влажности воздуха меняется концентрация электролита, а следовательно, и его сопротивление; недостаток этого гигрометра — зависимость показаний от температуры. 20/40 Плёночный гигрометр имеет чувствительный элемент из органической плёнки, которая растягивается при повышении влажности и сжимается при понижении. Изменение положения центра плёночной мембраны передаётся стрелке. Волосной и плёночный гигрометр в зимнее время являются основными приборами для измерения влажности воздуха. Показания волосного и плёночного гигрометра периодически сравниваются с показаниями более точного прибора — психрометра, который также применяется для измерения влажности воздуха. Действие волосного гигрометра основано на свойстве обезжиренного волоса, способного изменять свою длину при изменении влажности воздуха, что позволяет измерять относительную влажность от 30 до 100 %. Волос натянут на металлическую рамку. Изменение длины волоса передаётся стрелке, перемещающейся вдоль шкалы. 21/40 Жидкости в твердом состоянии сохраняют и объем и форму. Потому что в твердом состоянии имеет кристаллическую решетку, от нее и зависит геометрическая форма. Кристаллы - это твердые тела имеющие форму правильных многогранников. Кристаллы могут принимать форму различных призм основанием которых могут быть правильный треугольник, квадрат, параллелограмм и шестиугольник. 22/40 Механическую прочность твердых тел, т.е. их способность противодействовать изменению формы и объема. Между атомами есть силы притяжение и отталкивания, это и способствует их твердости. Недеформируемых тел в природе не существует. если наступить на кирпич, то он тоже деформируется, высота изменится 1/20000 см. 23/40 Монокристалл — отдельный однородный кристалл, имеющий непрерывную кристаллическую решётку и иногда имеющий анизотропию физических свойств. Внешняя форма монокристалла обусловлена его атомнокристаллической решёткой и условиями (в основном скоростью и однородностью) кристаллизации. Медленно выращенный монокристалл почти всегда приобретает хорошо выраженную естественную огранку, в неравновесных условиях (средняя скорость роста) кристаллизации огранка проявляется слабо. При ещё большей скорости кристаллизации вместо монокристалла образуются однородные поликристаллы и поликристаллические агрегаты, состоящие из множества различно ориентированных мелких монокристаллов. Для них характерна анизотропия. Кристалл поваренной соли Алмаз в материнской породе 24/40 Зависимость физических свойств от направления в кристалле называют анизотропией. Все кристаллические тела анизотропны. Анизотропия является характерным свойством кристаллических тел (точнее — лишь тех, кристаллическая решетка которых не обладает высшей — кубической симметрией). При этом свойство анизотропии в простейшем виде проявляется только у монокристаллов. У поликристаллов анизотропия тела в целом (макроскопически) может не проявляться вследствие беспорядочной ориентировки микрокристаллов, или даже не проявляется, за исключением случаев специальных условий кристаллизации, специальной обработки и т. п. Слои кристаллической решётки графита Поликристалл железа(срез) 25/40 Поликристалл — агрегат мелких кристаллов какоголибо вещества, иногда называемых из-за неправильной формы кристаллитами или кристаллическими зёрнами. Многие материалы естественного и искусственного происхождения (минералы, металлы, сплавы, керамики и т. д.) являются поликристаллами. Поликристалл висмута 26/40 Лёд ( ) Снежинка 27/40 Натрий хлорид (Поваренная соль) Внешний вид 28/40 Фазовые переходы веществ Состояние одного и того же вещества в определённом интервале температур и давлений, характеризующееся определёнными, неизменными в пределах указанных интервалов, качественными свойствами : способностью (твёрдое тело) или неспособностью (жидкость, газ, плазма)сохранять объём и форму, наличием или отсутствием дальнего (твёрдое тело) и ближнего порядка (жидкость), и другими свойствами. Изменение агрегатного состояния Может сопровождаться cкачкобразным изменением свободной энергии, энтропии, плотности и других физических величин. 29/40 Упругие деформации исчезают после окончания действия приложенных сил. В основе упругих деформаций лежат обратимые смещения атомов металлов от положения равновесия (другими словами, атомы не выходят за пределы межатомных связей); Пластические деформации — это необратимые деформации, вызванные изменением напряжений. При пластической деформации металла одновременно с изменением формы меняется ряд свойств — в частности, при холодном деформировании повышается прочность. 30/40 31/40 32/40 Пласти́чность — способность материала без разрушения получать большие остаточные деформации. К числу весьма пластичных материалов относятся отожженная медь, алюминий, латунь, золото, малоуглеродистая сталь и др. отожженная медь Битум ( в нагретом виде) Латунь Алюминий Золото 33/40 Хрупкость — свойство материала разрушаться без образования заметных остаточных деформаций. Является противоположным свойству пластичности. Материалы, обладающие этим свойством, называются хрупкими. Для таких материалов удлинение при разрыве не превышает 2…5 %, а в ряде случаев измеряется долями процента. К хрупким материалам относятся чугун, высокоуглеродистая инструментальная сталь, стекло, кирпич, камни и др. Разбитый горшок Разбитое стекло Кирпич 34/40 Упру́гость в физике — свойство материала под действием механических напряжений деформироваться обратимо: после снятия напряжений материал остается недеформированным. 35/40 Молекулы жидкости притягиваются друг у кругу слабее, чем к молекулам твердого тела. В результате жидкость стремится прижаться к поверхности, расплывается по ней. Так ведет себя ртуть на цинковой пластине, вода на чистом стекле или дереве .В этом случае говорят, что жидкость смачивает поверхность. 36/40 Молекулы жидкости притягиваются друг у кругу сильнее, чем к молекулам твердого тела. В результате силы притяжения между молекулами жидкости собирают её в капельку. Так ведет себя ртуть на стекле, вода на парафине или "жирной" поверхности. В этом случае говорят, что жидкость НЕ смачивает поверхность. 37/40 капиллярный эффект — физическое явление, заключающееся в способности жидкостей изменять уровень в трубках, узких каналах произвольной формы, пористых телах. В поле тяжести (или сил инерции, например при центрифугировании пористых образцов) поднятие жидкости происходит в случаях смачивания каналов жидкостями, например воды в стеклянных трубках, песке, грунте и т. п. Понижение жидкости происходит в трубках и каналах, не смачиваемых жидкостью, например ртуть в стеклянной трубке. 38/40 С газообразными, жидкими и твёрдыми телами мы сталкиваемся ежедневно: мы пьём воду, мы дышим воздухом (в котором содержится водяной пар), который является газом, и контактируем с твёрдыми телами с самого рождения, катаясь на ледяных горках. Очень важно знать: что из себя представляют эти вещества, их свойства и явления связанные с ними. Эти знания облегчают нашу жизнь в разы, и делают её комфортной. В этой скромной но емкой презентации мы рассказали о некоторых свойствах газов, жидкостей и твёрдых тел. Всего доброго, спасибо за внимание! 39/40 [1] – Физика 10 класс. Авторы : Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б., Сотский Н.Н. и д.р. 2012 год издания. [2] – Википедия :http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%97%D0%B0%D0%B 3%D0%BB%D0%B0%D0%B2%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D 1%81%D1%82%D1%80%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D1%8 6%D0%B0 Все картинки взяты из : http://yandex.ru/images/?redircnt=1403853641.1& uinfo=sw-1366-sh-768-ww-1349-wh-667-pd-1wp-16x9_1366x768 40/40
