1598082719-8919f39816a16b7b9e8153327d533cc4 (805677), страница 63
Текст из файла (страница 63)
Из (!4.28) видно, что при малых размерах г пузырьков пара давление р„должно быть велико Поэтому, для того чтобы началось киление, жидкость нужно нагреть до высокой температуры. Кипение возникаег прн значительно более низкой температуре, если в жидкости имеются пылинки, пузырьки растворенных газов, бугорки шероховатости на стенках сосуда и другие центры парообразования. Дело, в том, что возникающие на этих центрах пузырьки пара уже с самого начала имеют такой радиус кривизны, что влияние третьего члена в правой части неравенства (14.28) невелико. Поэтому кипение может начинаться прн меньших значениях температуры.
Обычно, когда начинается кипение жидкости, в ней имеются такие центры парообразоваиия, что Лр = 2 а!г мало, высота сосуда кривизны поверхности жидкости обусловлен рост крупных кап чь дождя за счет испарения более мелких; отсыревание пористых смачиваемых водой, и другие явления. также невелика, так что рй/1 (< р,. Поэтому вместо (14.28) можно написать следующее приближенное условие для начала кипения: р„= р, Температуру жидкости, при которой давление ее насыщенного пара равно внешнему давлению, называют температурой кипения. 2. Если кипение жидкости происходит при постоянном давлении р„, то ее температура также остается неизменной.
Теплота, подводимая к кипящей жидкосги, целиком расходуется на отрыв молекул от жидкости и переход их в паровую фазу. Теплоту г„, необходимую для испарения единицы массы жидкости, нагретой до температуры кипения, называют удельной теплотой парообразоаания. Удельная теплота парообразовання уменьшается с увеличением температуры кипения и обращается в нуль при критической температуре. В табл. 14 приведены значения ги для воды в зависимости от температуры кипения.
Тиалини 14 Згг 335,4 213,3 1,4О 104 3,92.10 505,0 463,5 2,1!.1О' 1,94.10г 27,4 1,15.10' вил/г ги Лж/кг 409,7 1,71.104 539,0 2,26.104 г=(о,— о) Т вЂ”, Нр г/г (14.29) где о, и о, — удельные объемы вещества в исходной и конечной фазах соответственно, а Т и р — температура и давление фазового перехода. Соотношение (14.29) называют уравнением Клапейрона — Клаузиуса. Оио справедливо для любого фазового перехода первого рода.
Им широко пользуются в теплотехнике для нахождения удельных теплот парообразования, плавления и испарения по известным из опыта зависимостям температуры фазового перехода от давления. 4. Запишем уравнение (14.29) для случая кипения жидкости: г =(о — о )Т вЂ”. ир и и — 320— 3. Кипение жидкости и конденсация пара служат примерами фазовых переходов первого рвра. Характерная особенность всех фазовых переходов первого рода состоит атом, что в этих процессах одновременно и о с т о я н н ы д а в л е н и е и т е,м п е р а т у р а, но зато изменяется соотношение между массами двух фаз.
Второй особенностью этих процессов является то, что для их осуществления необходимо подводить к системе или отводить от нее некоторое количество теплоты, называемое теплотой фазового перехода. В термодинамике доказано, что теплота г фазового перехода единицы массы вещества откуда от (о„— о ) т (14. 30) ор гк Вопросы дпя повторенпя 1, В чем особенность теплового движения частнп жндкостн? 2. В чем состоит дырочная теории строения жндкостн? 3. Каковы прнчнны особых свойств поверхностного слоя жндкостей? 4.
Выведите формулу Лапласа. б. Объясните капнллярные явления в жидкостях. Прпмеры решенпя задач Задача 14.1. Капля ртути массой 2,72 ° 1О а кг введена между параллельными стекляннымн пластннкамн. Какую силу следует приложить для того, чтобы расплющить каплю до толщины в 0,1 мм? Козффнпнент поверхностного натяжения ртути 0,5 Н!м. Считать, что ртуть абсолютно не смачявает стекло. Решен не Дано Сдавленная капля ртути нмеет внд очень тонкого диска с выпуклой боковой поверхностью. Дополнительное давлеяне Ьр, возня кающее вследствне крнвнзны поверхностн, уравновешивает внешнее давленне, провзводнмое силой ?т! Р ар=в 8 М 2,72 10з кг, В 10 ам, и О,б Н?м; нз таблнп: р 1,36 ° 10' кгlмз Р— ? 11 — 818 — 321 где и и и,— удельные объемы жидкости и пара при температуре кипения Т.
Поскольку п„~п и г ~0, то из (14.30) следует, что †„ ~ О, т, е, пт температура кипения возрастает при увеличении давления. Так, например, при давлениях р ) 1,25 10' Па воду можно нагреть до такой температуры, что в ней будет плавиться свинец (г„„= 327' С), а кипения воды все еще ие будет. Если давление в таком сосуде с сильно нагретой жидкостью уменьшить, то происходит бурное кипение жидкости. При этом выделяется столь большое количество пара, что его давление почти мгновенно возрастает до огромных величин и может вызвать разрушение сосуда. Это обстоятельство нужно учитывать при эксплуатации котельных установок. Интересен следующий опыт, демонстрирующий кипение воды при пониженном давлении.
В эксикаторе, на дно которого налито немного серной кислоты, поглощающей водяные пары, устанавливают на проволочной подставке часовое стекло с небольшим количеством воды. При откачиванни из эксикатора воздуха вода на часовом стекле закипает при комнатной температуре. Затем на ее поверхности образуется ледяная корка, так как вода отдает теплоту, необходимую для кипения. Кипение продолжается до тех пор, пока вся вода на часовом стекле не замерзнет. Здесь 3 — площадь сопРикосновения капли ртути с пластинкой: 'т' М 3= — =— а рз где 1' — объем капля ртути, М вЂ” ее масса и р — плотность, С другой стороны.
5 = н)тз, где Й вЂ” радиус диска Позтому Давление Лр найдем по формуле (14.15); (! 1) где г $/2 Подставив значения )7 и Я в формулу (а), получим Вычисления производим в Международной системе единиц (СИ): 2 72.10-з.О 5 ( ад !4 1 36'10' '1О ' 2 1 1,36 10' 10 з ~$' 2,72 !Оз 1О з~ Задача 14.2. На дне цилиндрического сосуда, наполненного до высоты 39 см глицерином плотностью 1,26 г/сме, удерживают деревянный шарик радиусом 2,5 мм. Сколько времени будет всплывать из поверхность отпущенный ша.
рик, если считать, что иа протижеини всего пути он движется равномерно) Плотность дерева принять равной 0,4 г!сьР, а коэффициент вязкости глицерина 03 Пз с. Решение Дано сила сопротивления Гы направленная вниз (в сторону, противоположную движению шарика) и численно равная по формуле (14 4) Рт — — бн ага, и выталкивающая сила рз, направленная вверх и численно равная весу жидкости я объеме тела 4 гз = герта 3 Прн равномерном движении шарика Р+ Гз+ Рз =0 й 039 и, з( 5 10"з и, рз 1,26 1Оз агама, рз 400 зт/ыз, ОЗПа с На шарик, двизкущийся в жидкости, действуют следующие силы сила тяжести Р, направленная аниз и численно равная Р = — ягзр я, 3 Проектируя все векторы на направление вектора — Р, получаем 4 4 — — чгерчя — ба4ги + — чгчртЯ О.
3 3 Заменив в атом уравнении скорость и равномерного движения шари» формуле и и/с н радиус г й/2, получим 18пй и"е (ра — ре) Вычисления производим в Международной системе едннип (СИ)~ 18 О,з 9,39 25 ° !О ч ° 9,81 (1,26 — 0,4) ° 1Оа Глава ХЧ ТВЕРДЫЕ ТЕЛА $ 1$4. Строение твердых тел 1. Простейшими свойствами твердых тел, резко отличающими их от газов, являются постоянство формы и объема. От переохлажденных жидкостей — так называемых аморфных тел (стекло, вар и т. п.) — твердые тела отличаются кристаллической структурой.
Внешне правильная геометрическая форма многих твердых тел была обнаружена давно, и такие тела были названы кристаллами, Кристаллы ограничены плоскими, упорядоченно расположенными относительно друг друга гранями, сходящимися в ребрах и вершинах.
Например, кристаллы поваренной соли ХаС! имеют кубическую форму (рис. 15.!). Кристаллы кварца представляют собой шестигранные призмы, заканчивающиеся шестигранными пирамидами (рис. 15.2). Идея о том, что правильная геометрическая форма кристаллов— результат упорядоченного расположения частиц, составляющих кристалл, была высказана в конце ХЧП! в. Однако изучение кристаллического состояния вещества было поставлено на прочную экспериментальную основу лишь после открытия рентгеновских лучей. В 1912 г. М. Лауэ обнаружил рассеяние рентгеновских лучей на кристаллической решетке твердого тела, представляющей собой пространственную дифракционную решетку с очень малым периодом. Использование рентгеновских лучей явилось прекрасным методом зондирования внутренних областей твердых тел. При помощи рентгенограмм удалось убедиться в правильном (упорядоченном) расположении частиц, составляющих кристаллы, и даже измерить средние расстояния между ними.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
