1611143556-2273da8470727e985a6fa41fb7d7276c (825019), страница 29

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 29)

Давление Благодаря тепловому движению своих частиц газ (или жидкость) оказывает давление на стенки заключающего его сосуда. Молекулы газа, сталкиваясь со стенками сосуда, передают им некоторый импульс, изменение же импульса тела (за! сек) определяет действующую на него силу. Если отнести силу, действующую со стороны газа (или жидкости), к единице поверхности стенки, то мы получим величину давления, оказываемого на стенку сосуда.

Мы будем обозначать давление буквой р. Размерность давления есть размерность силы, деленной на размерность площади. Ее «южно представить в различных видах дин эрг г см» смг см секс ' 164 [гл. чп теплота Обратим, в частности, внимание на то, что размерность давления совладает с размерностью энергии, отнесенной к единице объема. дик Единица измерения давления в системе СГС есть 1 —,— сила в 1 дин действует на площадь в 1 см'.

Эта единица, однако, очень мала; в 1О' раз ббльшую единицу называют баром, 1 бар=104 —,=10 —, Давление, прн котором на плошадь в 1 см' действует сила в 1 кГ, называется технической атмосферой (ат): 1 ат = 1 —, = 0,981 бар. кг В отличие от этого определения нормальной атмосферой (атм) называют давление столба ртути высотой 760 мм (при определенной плотности ртути и стандартном значении ускорения силы тяжести); эта единица равна 1 алии = 1, 01 3 бар = 1,033 ат. Укажем также, что давление, соответствующее 1 мм ртутного столба, равно 1 мм рт.

ст. = 1,333 10 ' бар, Свойства тел, рассматриваемых в целом, не вдаваясь н детали их молекулярной структуры (с которой эти свойства в действительности связаны), называют макрсскопическими свойствами. Температура и давление являются важнейшими величинами, характеризующими макроскопическое состояние тела. К числу этих величин относится также и объем тела (мы будем обозначать его буквой 1'). Однако эти три величины не являются независимыми.

Если, например, некоторое количество газа заключено в сосуде определенного объема и газ имеет определенную температуру, то он будет автоматически находиться под определенным давлением; изменив объем или температуру, мы тем самым изменим и давление газа. Таким образом, нз трех величин р, Ь', Т лишь две могут быть заданы произвольно, а третья определится как функция первых двух, Можно сказать, что тепловые свойства 1бз 5 51) ДАВЛЕНИЕ тела полностью определяются заданием каких-либо двух пз этих величин.

Функциональная зависимость, связывающая друг с другом давление, объем и температуру тела, называется уравнением состояния данного тела и является одним из важнейших соотношений, характеризующих его тепловые свойства. Установить теоретически вид этой функциональной зависимости можно лишь в случае самых простых тел (см. 5 53). Поэтому на практике приходится прибегать к экспериментальным измерениям, результаты которых можно изобразить графически. Поскольку речь идет о взаимной зависимости трех величин, то наиболее полно она изобразилась бы некоторой поверхностью в трехмерной системе координат, на осях которой откладывались бы величины р, $', Т.

Поскольку, однако, пространственное построение на практике неудобно, ограничиваются обычно построением плоских графиков, изображая на них семейства кривых, представляющих собой сечения поверхности рядом плоскостей, параллельных той нли иной ксюрдинатной плоскости. Так, пересекая поверхность плоскостями, параллельными координатной плоскости р, $' (т.

е. перпендикулярнымн оси Т), мы получим семейство кривых, изображающих зависимость давления от объема тела при различных заданных значениях температуры; такие кривые называются изогпермалш. Аналогичным образом можно построить семейство изобар — кривых, изображающих зависимость У от Т прн заданных значениях р, и семейство изохор — кривых зависимости р от Т при заданных значениях Г. Мы уже упоминали в 5 50, что обмен энергией между соприкасающимися телами продолжается до установления теплового равновесия, при котором температуры обоих тел становятся одинаковыми.

Вообще состоянием теплового равновесия системы тел называют такое состояние, при котором в системе не происходит никаких самопроизвольных тепловых процессов и все части системы покоятся друг относительно друга, не совершая никакого, как говорят, макроскопического движения (в отличие от микроскопического теплового движения частиц внутри тел). Мы можем теперь прибавить, что в состоянии равновесия должны быть одинаковыми не только температуры всех соприкасающихся )гл.

«и ТЕПЛОТА тел, но и их давления, — в противном случае на тела действовали бы отличные от нуля полные силы и они пришли бы в движение. В обычных условиях давление тел положительно, т. е. направлено так, как если бы тело стремилось расшириться. Это, однако, не обязательно, и тело может находиться также и в состояниях с Отрицательными давлениями: в таких состояниях тело как бы «растянуто» и потому стремится сжаться. «Растянутые» состояния жидкости можно осуществить, запаивая тщательно очищенную нагретую мсидкость в толстостенном капилляре.

Прн остывании капилляра, стенки которого сжимаются медленнее жидкости, последняя должна была бы занять лишь часть Объема капилляра. Прилипая к стенкам. жидкость оказывается, однако, «растянутой» по всему объему капилляра. В другом методе жидкость помещается в открытый с обеих сторон стеклянный капилляр, который подвергается быстрому вращению вокруг своей середины. Растягиваемая центробежными силами жидкость при достижении определенной скорости вращения, в конце концов, «разрывается» и выбрасывается из капилляра.

Этими методами удается достигнуть значительных отрицательных давлений: у воды (при комнатной температуре) до 280 шплп у спирта — до 40 атм, у бензола — до 160 атм и т. д. Можно сказать, что эти значения характеризуют «проч|юсгь» жидкости на разрыв. 5 52. Агрегатные состояния вещества Для наиболее общей характеристики тепловых свойств тел пользуются понятием агрегатньи соапоялпй — газообразного, жидкого и твердого.

Благодаря большой разреженности вещества в газообразном состоянии его молекулы находятся сравнительно далеко друг от друга: на расстояниях, больших по сравнению с их собственными размерами. Поэтому взаимодействие между молекулами газа играет второстепенную роль; ббльшую часть времени молекулы движутся как свободные, лишь сравнительно редко испытывая столкновения друг с другом. В жидкостях же молекулы сближены на расстояния, сравнимые с их собственными размерами, так что все они находятся в постоянном сильном взаимодействии и их теп- й 521 АГРЕГАТНМЕ СОСТОЯНИЯ ЕЕЩЕСТЕА ловов движение имеет весьма сложный, запутанный характер. В обычных условиях жидкости и газы настолько отличаются друг от друга по своей плотности, что различить их не представляет никакой трудности.

Тем не менее различие между этими двумя состояниял«и вещества в дейсгвительносги не принципиальное, а лишь количественное — в количественной величине плотности и связанной с этим разницей в интенсивности взаимодействия молекул. Отсутствие принципиального отличия между ними в особенности ясно проявляется в том, что переход между состояниями, которые мы называем жидким и газообразным, может быть, в принципе, произведен вполне непрерывным образом, так что мь1ни в камой момент не смогли бы указать, где кончилось одно состояние и началось другое (об этом будет подробнее идти речь в $ 69). Количественный характер имеет также и различие между жидкостями и так называемыми аморфныл«и (не кристаллическими) твердыми телами; к последним относятся стекло, различные смолы (например, канифоль) и т.

и. И здесь отсутствие принципиальной разницы ясно проявляется в возможности непрерывного перехода из одного состояния в другое. В этом случае такой переход осуществляется путем простого нагревания. Так, твердое стекло при нагревании постепенно размягчается, становясь, в конце концов, вполне жидким; этот процесс совершенно непрерывен и в нем не существует никакого определенного «момента перехода».

По своей плотности алюрфное тело отличается от получающейся из него жидкости лишь незначительно. Основным количественным различием между ними является разница в величине их вязкости, т. е. в их «текучести» (мы вернемся к этому вопросу в 9 118). Общим свойством газов, жидкостей н аморфных твердых тел является беспорядочность распределения молекул в них. Эта беспорядочность обусловливает собой изотропию этих тел — одинаковость их свойств по всем направлениям. Свойство изотропии принципиально отличает эти тела от анизотропных кристаллических твердых тел, в которых атомы расположены упорядоченным образом. Тепловое движение атомов в твердых телах представляет собой малые колебания вокрут определенных положений ТЕПЛОТА [гл. Тн равновесия. В кристаллах этими положениями являются узлы кристаллической решетки (в этом смысле мы выражались в предыдущей главе не вполне точно, говори об узлах просто как о точках нахождения атомных ядер, а не как о точках, вокруг которых они совершают колебания).

Характеристики

Список файлов книги