Л.Г. Антошина, С.В. Павлов, Л.А. Скипетрова - Общая физика (сборник задач) (1109674), страница 18
Текст из файла (страница 18)
Испарение теминтенсивнее, чем больше свободная поверхность жидкости и чемменьше внешнее давление на свободную поверхность жидкости.Кипение — переход жидкости в пар с образованием по всемуобъему жидкости быстро растущих пузырьков пара, которыевсплывают на поверхность. Кипение начинается при температуре,при которой давление насыщенного пара в пузырьках сравнивается с давлением жидкости (следовательно, уменьшение внешнего давления ведет к понижению температуры кипения). В процессе кипения температура жидкости остается постоянной.Удельная теплота парообразования — количество теплоты, необходимое для превращения при постоянной температуре 1 кгжидкости в пар.Насыщенный пар — пар, находящийся в динамическом равновесии со своей жидкостью.
Число молекул, переходящих из жид141кости в пар в единицу времени, равно числу молекул пара, возвращающихся в жидкость за это же время.Зависимость давления и плотности насыщенного пара от температуры. Давление (и плотность) насыщенного пара не зависит отобъема, а зависит от температуры: p0 = nkT, n — концентрацияпара, k — постоянная Больцмана. Давление насыщенного парарастет не только вследствие повышения температуры, но и вследствие увеличения концентрации молекул (плотности) пара.Зависимость температуры кипения от давления: поскольку кипение начинается при температуре, при которой давление насыщенного пара в пузырьках сравнивается с давлением жидкости, тоуменьшение внешнего давления ведет к понижению температурыкипения, а увеличение внешнего давления приводит к повышениютемпературы кипения.Критическая температура — это температура, при которой исчезают различия в физических свойствах между жидкостью и еенасыщенным паром.Влажность.
Давление (или плотность) водяного пара, находящегося в воздухе при данной температуре, называют абсолютнойвлажностью. Вообще, влажность — это содержание водяного парав воздухе.Относительная влажность — отношение парциального давленияp (или плотность ρ) водяного пара, содержащегося в воздухе приданной температуре, к давлению pн.п (или плотности ρн.п) насыщенного пара при той же температуре, выраженное в процентах:ϕ = 100%·p/pн.п (или 100%·ρ/ρн.п). (Парциальное давление водяного пара — это давление, которое производил бы водяной пар, еслибы все остальные газы в данном объеме отсутствовали.) В табл.
1приведены данные о давлении и плотности насыщенных водяныхпаров при разных температурах.Таблица 1Давление и плотность насыщенных водяных паровt,°C142p,мм рт.ст.ρ,г/м3t,°Cp,мм рт.ст.ρ,г/м3t,°Cp,мм рт.ст.ρ,г/м3123456789–300,280,3304,584,843031,8230,3–290,310,3714,935,223133,7032,1–280,350,4125,295,603235,6633,9–270,380,4635,695,983337,7335,7–260,430,5146,106,403439,9037,6123456789–250,470,5556,546,843542,1839,6–240,520,6067,017,33644,5641,8–230,580,6677,517,83747,0744,0–220,640,7388,058,33849,6946,3–210,700,8098,618,83952,4448,7–200,770,88109,219,44055,3251,2–190,850,96119,8410,04571,8865,4–180,941,051210,5210,75092,583,0104,3–171,031,151311,2311,455118,0–161,131,271411,9912,160149,4130–151,241,381512,7912,865187,5161–141,361,511613,6313,670133,7198–131,491,651714,5314,575189,1242–121,631,801815,4815,480355,1293–111,781,961916,4816,385433,6354–101,952,142017,5417,390525,8424505–92,132,332118,6518,395633,9–82,322,542219,8319,4100760,0598–72,532,762321,0720,612014891091–62,762,992422,3821,814027101890–53,013,242523,7623,016046363084–43,283,512625,2124,418075214782–33,573,812726,7425,8200116647099–23,884,132828,3527,2–14,224,472930,04Поверхностное натяжениеFΔEσ = , или σ =,lΔS(2.4.3)где F — сила поверхностного натяжения, действующая на контур l,ограничивающий поверхность жидкости, ΔE — поверхностнаяэнергия, связанная с площадью поверхности ΔS пленки.При изменении площади пленки на ΔS совершается работаΔA = σΔS.Добавочное давление, вызванное кривизной поверхности жидкости, определяется формулой Лапласа⎛ 11 ⎞Δp = σ ⎜ +⎟,⎝ R1 R2 ⎠(2.4.4)143где R1 и R2 — радиусы кривизны двух взаимноперпендикулярныхсечений поверхности жидкости.
Радиус R считается положительным, если центр кривизны находится внутри жидкости (выпуклыймениск), и отрицательным, если центр кривизны находится внежидкости (вогнутый мениск).Высота подъема жидкости в капиллярной трубкеh=2σ cos θ,ρgr(2.4.5)где θ — краевой угол, r — радиус капилляра, ρ — плотность жидкости, g — ускорение свободного падения.Давление внутри сферической поверхности жидкости радиусом R, обусловленное силами поверхностного натяжения,2σ,Rгде σ — коэффициент поверхностного натяжения.Δp =(2.4.6)Качественные задачи2.4.1. Чем объясняется, что вечером после жаркого летнего дняв низкой местности наблюдается образование тумана?2.4.2.
Почему зимой заметно выделение тумана и инея придыхании, а летом нет?2.4.3. Испаряются ли твердые тела?2.4.4. Имеют ли температуру плавления аморфные тела?2.4.5. Перечислите отличительные свойства процессов кипенияи испарения. Объясните, почему температура кипения зависит отдавления и почему испарение приводит к охлаждению жидкости.2.4.6. Коэффициент поверхностного натяжения мыльной пленки почти в два раза меньше, чем у чистой воды. Почему же мыльная вода образует такие прочные пузыри и пленки, какие у чистойводы получить нельзя?2.4.7. За счет какой энергии возможны капиллярные явления?2.4.8. Чем объясняется гигроскопичность некоторых тел (ваты,тканей, почвы)?2.4.9.
Для чего почву рекомендуется вспахивать и бороновать?1442.4.10. Поверхностный слой жидкости часто уподобляют растянутой резиновой пленке. В каком отношении эта аналогия несоответствует действительности?2.4.11. Шарообразный стеклянный сосуд, на три четверти заполненный водой, привели в состояние невесомости. Что произойдет с водой? А если вместо воды взять ртуть?2.4.12. Из нескольких сортов фильтровальной бумаги нужновыбрать тот, в котором поры меньше. Как это сделать, не используя никаких приборов?2.4.13. В проволочное сито, все проволочки которого покрытытонким слоем парафина, можно налить воду. Каким образом удерживается вода в сите? Почему вода протекает, если коснуться егоснизу пальцем?2.4.14.
При каких условиях рост абсолютной влажности воздухаможет сопровождаться уменьшением относительной влажности?2.4.15. В какое время суток летом относительная влажностьвоздуха больше при одной и той же абсолютной влажности?2.4.16. Почему жару переносить труднее при высокой влажности?2.4.17. Из сильно кипящего чайника выбрасываются видимыеклубы пара, которые появляются, однако, не у самого носика.
Чемзаполнен промежуток?Задачи с решениями2.4.18. Некоторый газ количеством ν = 0,25 кмоль занимаетобъем V1 = 1 м3. При расширении газа до объема V2 = 1,2 м3 быласовершена работа против сил межмолекулярного взаимодействияA = 1,42 кДж. Определить поправку а, входящую в уравнение Вандер-Ваальса.Решение. Работа, совершаемая против сил межмолекулярноговзаимодействия, равнаA=V2∫ p′ dV ,V1где p′ = ν2a/V 2 — внутреннее давление, обусловленное силамивзаимодействия молекул. Таким образом,V2dV1 ⎞ ν 2a(V2 − V1 )2 ⎛ 1a,=ν−⎜⎟=2V1V2⎝ V1 V2 ⎠V1 VA = ν 2a ∫145откудаa=AV1V2.ν (V2 − V1 )2Вычисляя, получим а = 0,136 Н·м4/моль2.AV VОтвет: a = 2 1 2 = 0,136 Н·м4/моль2.ν (V2 − V1 )2.4.19.
Определить массу водяного пара mп, находящегося вкомнате объемом V = 30 м3, если относительная влажность воздуха равна ϕ = 70%, а плотность пара при данной температуреρн.п = 0,0048 кг/м3.ρРешение. Из формулы относительной влажности ϕ = п плотρн.пность водяного пара ρп = ϕρн.п.
Тогда масса параmп = ρпV = ϕρн.пV = 0,7 · 0,0048 · 40 = 0,1344 кг.Ответ: mп = ϕρн.пV = 0,1344 кг.2.4.20. В сообщающихся капиллярных трубках с диаметрамиd1 = 1 мм и d2 = 1,5 мм разность уровней ртути Δh = 5 мм.Определить поверхностное натяжение ртути. Смачивание считатьполным.2σ cos θ.Решение. Высота поднятия жидкости в капилляре h =ρgr2σ cos θ2σ cos θТогда для каждой трубки h1 =и h2 =. Так как поρgr1ρgr2условию смачивание полное, то θ = 0, следовательно cos θ = 1.Тогда перепад высот в трубкахΔh = h1 − h2 =2σ ⎛ 22 ⎞⎜ − ⎟,ρg ⎝ d1 d2 ⎠ρg Δhd1d2= 0,5 Н / м.4(d2 − d1 )ρg Δhd1d2= 0,5 Н / м.Ответ: σ =4(d2 − d1 )откуда σ =Задачи без решений2.4.21.
Определить из уравнения Ван-дер-Ваальса (p + ν2a/V 2) ×× (V – νb) = νRT для одного моля реального газа критическиепараметры pкр, Vкр, Ткр через поправки а и b.1462.4.22. Выразить поправки Ван-дер-Ваальса а и b, а также Vкрчерез критические параметры pкр и Ткр.2.4.23.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
