ชุดสาธิต "ฟิสิกส์โมเลกุลและปรากฏการณ์ความร้อน" ฟิสิกส์โมเลกุล ปรากฏการณ์ทางความร้อน แนวทางฟิสิกส์โมเลกุลและปรากฏการณ์ทางความร้อน

ขนาด: px

เริ่มแสดงจากหน้า:

การถอดเสียง

1 สถาบันการศึกษาของรัฐ Lyceum 1547 National Research Nuclear University "MEPhI" คำอธิบายห้องปฏิบัติการทางกายภาพของห้องปฏิบัติการสำหรับเกรด 8, 9, 10 และ 11 ของ Lyceum ส่วนฟิสิกส์โมเลกุล. ปรากฏการณ์ความร้อน มอสโก 2010 แก้ไขโดย G.S. บ็อกดาโนวา

2 สารบัญ 3 การสังเกตการบ่มของสารสัณฐาน. การวัดอุณหภูมิของการตกผลึกของสาร 4 การศึกษาคุณสมบัติของของเหลวเย็นจัด 5 การศึกษากระบวนการไอโซเทอร์มอล 7 การศึกษากระบวนการไอโซเทอร์มอล 9 ศึกษากระบวนการ ISOBARITY 10 2

3 1. การสังเกตการบ่มของสารสัณฐาน. อุปกรณ์: หลอดทดลองที่มีสารสีเหลือง, เทอร์โมมิเตอร์ในห้องปฏิบัติการ, ขาตั้งในห้องปฏิบัติการพร้อมแขนเสื้อและเท้า, ภาชนะที่มีน้ำร้อน (หนึ่งอันต่อชั้นเรียน), นาฬิกาข้อมือ เนื้อหาและวิธีการปฏิบัติงาน สารอสัณฐานไม่มีจุดหลอมเหลวจำเพาะ เมื่อมันร้อนขึ้น พวกมันจะค่อยๆ อ่อนตัวลง กลายเป็นของเหลวที่มีความหนืดน้อยลงเรื่อยๆ เมื่อเย็นลง ของเหลวนี้จะเพิ่มความหนืดอย่างต่อเนื่องจนกว่าจะแข็งตัวเป็นของแข็งอสัณฐาน นี่คือคำอธิบายโดยลักษณะโครงสร้างของสารดังกล่าว ในสารอสัณฐาน โมเลกุลยังถูกจัดเรียงแบบสุ่ม เช่นเดียวกับในของเหลว ดังนั้นการเปลี่ยนไปเป็นสถานะของเหลวและย้อนกลับไม่ได้มาพร้อมกับการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างโมเลกุลของสาร แต่ประกอบด้วยการเปลี่ยนแปลงอย่างต่อเนื่องในการเคลื่อนที่ของ โมเลกุล ดังนั้นสถานะอสัณฐาน-ของแข็งและสถานะของเหลวจึงไม่ใช่สถานะสองสถานะที่แตกต่างกันของสสาร ร่างกายที่ทำจากสารอสัณฐานสามารถสอดคล้องกับลักษณะเฉพาะของของแข็งได้อย่างเป็นทางการ - รักษารูปร่างและปริมาตรไว้ แต่ในขณะเดียวกันก็เป็นของเหลวที่การเคลื่อนที่ของโมเลกุลลดลงอย่างมากเนื่องจากการระบายความร้อน ความจริงที่ว่าสารอสัณฐานในทางตรงกันข้ามกับสารที่เป็นผลึกไม่มีอุณหภูมิการหลอมเหลวและการตกผลึกที่แน่นอนสามารถเห็นได้โดยการเปรียบเทียบกราฟของการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิกับเวลา ครึ่งเท้าแขนเมื่อสังเกตการเย็นตัวของผลึกและสารอสัณฐาน ในที่ที่มีครูอยู่ หลอดทดลองที่มีสารสีเหลืองอสัณฐานถูกจุ่มลงในภาชนะครึ่งหนึ่งด้วยน้ำร้อนที่อุณหภูมิ C หลังจากที่สารอุ่นขึ้นเพียงพอแล้ว ตรวจสอบให้แน่ใจว่ามีของเหลวอยู่ในหลอดทดลอง เทอร์โมมิเตอร์แช่อยู่ในนั้นและการอ่านจะถูกบันทึกด้วยช่วงเวลาหนึ่งนาที เมื่ออุณหภูมิลดลงถึง 40 C ให้ตรวจสอบสารในหลอดทดลองและตรวจดูให้แน่ใจว่าแข็งตัวแล้ว การทดสอบสิ้นสุดลง สร้างกราฟการพึ่งพาอุณหภูมิของสารตามเวลาและเปรียบเทียบกับกราฟที่สร้างขึ้นเมื่อปฏิบัติงาน "การวัดอุณหภูมิการตกผลึกของสาร" พวกเขาเชื่อว่าไม่มีกระบวนการตกผลึกระหว่างการเปลี่ยนร่างอสัณฐานจากของเหลวไปเป็นสถานะของแข็ง ลำดับของงาน 1. เตรียมตารางสำหรับบันทึกผลการวัด: เวลา นาที t, C 2. กำหนดส่วนมาตราส่วนของเทอร์โมมิเตอร์ 3. จุ่มหลอดทดลองกับสารสีเหลืองในน้ำร้อนแล้วละลาย 4. ตรวจสอบให้แน่ใจว่าขวดมีของเหลว เมื่อเอียงหลอดทดลองไปในทิศทางที่ต่างกัน จะเห็นได้ว่ารูปร่างของสารในนั้นเปลี่ยนไปตามความลาดเอียง กล่าวคือ ไม่คงสภาพไว้ ซึ่งเป็นหนึ่งในความแตกต่างระหว่างของเหลวและของแข็ง 5. วางเทอร์โมมิเตอร์ลงในหลอดและยึดเข้ากับขาของขาตั้งกล้อง 6. หลังจากที่เทอร์โมมิเตอร์เสถียรแล้ว ให้เริ่มบันทึกอุณหภูมิทุกๆ 1 นาที 7. เมื่ออุณหภูมิลดลงถึง 40 C ให้ปล่อยหลอดออกจากขาขาตั้งกล้องและเอียงไปในทิศทางต่างๆ ตรวจสอบให้แน่ใจว่าสารนั้นถูกแช่แข็ง 8. จากการวัด ให้สร้างกราฟการพึ่งพาอุณหภูมิของสารในหลอดทดลองเป็นครั้งคราว ถ้าเป็นไปได้ ให้เปรียบเทียบกับกราฟที่วางแผนไว้ระหว่างงาน "การวัดอุณหภูมิการตกผลึกของสาร" 9. ใช้กราฟเพื่อพิสูจน์ว่ามีสารอสัณฐานในหลอดทดลอง คำถามทดสอบ 1. กราฟการแข็งตัวของผลึกและอสัณฐานแตกต่างกันอย่างไร 2. อะไรคือความแตกต่างภายนอกระหว่างของแข็งและของเหลว? 3

4 2. การวัดอุณหภูมิของการตกผลึกของสาร อุปกรณ์: หลอดทดลองที่มีสารสีเขียว, เทอร์โมมิเตอร์ในห้องปฏิบัติการ, แก้วน้ำร้อน, นาฬิกาข้อมือ เนื้อหาและวิธีการปฏิบัติงาน ในสารที่เป็นผลึก อะตอมและโมเลกุลจะสร้างการบรรจุที่เป็นระเบียบและทำการสั่นสะเทือนเล็กน้อยรอบๆ ตำแหน่งสมดุลของพวกมัน เมื่อร่างกายร้อนขึ้น ความเร็วของอนุภาคที่แกว่งไปมาจะเพิ่มขึ้นตามช่วงของการแกว่ง การเพิ่มความเร็วของการเคลื่อนที่ของอนุภาคที่มีอุณหภูมิเพิ่มขึ้นเป็นหนึ่งในกฎพื้นฐานของธรรมชาติ ซึ่งใช้กับสสารในทุกสถานะ ไม่ว่าจะเป็นของแข็ง ของเหลว หรือก๊าซ ที่อุณหภูมิหนึ่ง แรงสั่นสะเทือนจะกระฉับกระเฉงจนไม่สามารถจัดเรียงอนุภาคได้ตามคำสั่ง - คริสตัลจะละลาย เมื่อเริ่มหลอมเหลว ความร้อนที่จ่ายไปจะไม่ถูกใช้เพื่อเพิ่มความเร็วของอนุภาคอีกต่อไป แต่จะทำลายโครงผลึก ดังนั้นอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นจึงถูกระงับ ความร้อนที่ตามมาคือการเพิ่มความเร็วของอนุภาคของเหลว ในกรณีของการตกผลึกจากการหลอมเหลว ปรากฏการณ์ข้างต้นจะถูกสังเกตในลำดับที่กลับกัน: เมื่อของเหลวเย็นตัวลง อนุภาคของมันจะชะลอการเคลื่อนที่ที่วุ่นวายของพวกมัน เมื่ออุณหภูมิลดลงจนถึงค่าหนึ่ง อนุภาคจะเคลื่อนที่ช้ามากจนบางส่วนเริ่มเกาะติดกันภายใต้อิทธิพลของแรงดึงดูด ทำให้เกิดนิวเคลียสที่เป็นผลึก อุณหภูมิจะคงที่จนกว่าสารทั้งหมดจะตกผลึก อุณหภูมินี้มักจะเท่ากับจุดหลอมเหลว หลังจากที่สารทั้งหมดเข้าสู่สถานะของแข็ง อุณหภูมิจะเริ่มลดลงอีกครั้ง ซึ่งสอดคล้องกับกระบวนการทำให้ของแข็งเย็นลง ดังนั้น อุณหภูมิการตกผลึกของสารสามารถกำหนดได้โดยการพล็อตกราฟอุณหภูมิเทียบกับเวลา จากด้านบน กราฟนี้จะมีส่วนคุณลักษณะในรูปแบบของส่วนที่ขนานกับแกนเวลา อุณหภูมิที่สอดคล้องกับพื้นที่นี้จะเป็นอุณหภูมิการตกผลึกของสารที่กำหนด ลำดับของงาน 1. เตรียมตารางสำหรับบันทึกผลการวัด เวลา นาที t C 2. จุ่มหลอดทดลองกับสารทดสอบต่อหน้าครูในภาชนะที่มีน้ำที่อุณหภูมิ C และสังเกตว่าสารละลายอย่างไร 3. หลังจากละลายสารทั้งหมดแล้ว ให้ย้ายหลอดทดลองไปที่แก้วที่เติมน้ำร้อนประมาณ 150 มล. แล้ววางเทอร์โมมิเตอร์ลงในสารที่หลอมละลาย 4. จากช่วงเวลาที่อุณหภูมิของสารเริ่มลดลง ให้บันทึกการอ่านเทอร์โมมิเตอร์เป็นระยะๆ 1 นาที 5. บันทึกการอ่านเทอร์โมมิเตอร์อย่างต่อเนื่อง สังเกตขั้นตอนการเปลี่ยนแปลงของสารเป็นสถานะของแข็ง 6. เมื่อเย็นลงถึง 45 C ให้หยุดการวัด โดยใช้ข้อมูลที่ได้รับ ให้สร้างกราฟอุณหภูมิเทียบกับเวลา 7. ใช้กราฟกำหนดอุณหภูมิการตกผลึกของสารและเวลาที่เกิดการตกผลึกของสาร คำถามทดสอบ 1. กราฟอุณหภูมิกับเวลาระหว่างการแข็งตัวของสารที่เป็นผลึกและสารอสัณฐานแตกต่างกันอย่างไร 2. วิธีการกำหนดจุดหลอมเหลวของตัวผลึกจากกราฟการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิของสารในระหว่างการให้ความร้อนเป็นครั้งคราว? งานเสริม. 1. เทน้ำร้อนประมาณ 400 มล. ลงในภาชนะแล้วแช่หลอดทดลองด้วยสารผลึกที่แข็งตัวซึ่งเทอร์โมมิเตอร์ละลายก่อนหน้านี้ 2. บันทึกการอ่านเทอร์โมมิเตอร์ด้วยช่วงเวลา 1 นาที สังเกตการเปลี่ยนแปลงในสถานะของสารเมื่อถูกทำให้ร้อนถึง 70 องศาเซลเซียส 3. จากการวัด ให้สร้างกราฟของการพึ่งพาอุณหภูมิของ สารตรงเวลาและกำหนดจุดหลอมเหลวจากนั้น 4. เปรียบเทียบค่าที่ได้รับของอุณหภูมิการหลอมเหลวและการตกผลึกของสาร 4

5 3. การศึกษาคุณสมบัติของของเหลวเย็นจัด อุปกรณ์ : หลอดทดลอง สารสีชมพูในถุง เทอร์โมมิเตอร์ในห้องปฏิบัติการ กระติกน้ำร้อน (คลาสละ 1 อัน) บีกเกอร์แก้ว นาฬิกาข้อมือ เนื้อหาและวิธีการปฏิบัติงาน หากสารที่เป็นผลึกในสถานะของเหลวเย็นตัวลง ในขณะที่อุณหภูมิลดลงจนถึงจุดหลอมเหลว การตกผลึกควรเริ่มต้นขึ้น อย่างไรก็ตาม ด้วยการทำให้ของเหลวเย็นลงอย่างรวดเร็วเพียงพอ การตกผลึกจึงไม่มีเวลาเกิดขึ้นเสมอไป และปรากฏว่าสารนั้นอยู่ที่อุณหภูมิที่ต่ำกว่าจุดหลอมเหลว โดยคงสถานะของเหลวไว้ ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าอุณหภูมิของเหลว ในของเหลวต่างๆ ของเหลวบางชนิดสามารถทำความเย็นให้ซุปเปอร์เย็นได้ต่ำกว่าอุณหภูมิการตกผลึกหลายสิบองศา ส่วนของเหลวอื่นๆ สามารถตกผลึกได้แม้จะให้ความเย็นยิ่งยวดเพียงเล็กน้อย สถานะของของเหลว supercooled นั้นไม่เสถียร เช่นเดียวกับสถานะของไอระเหยที่อิ่มตัวยิ่งยวดหรือของเหลวที่มีความร้อนสูงยิ่งยวด ของเหลวบางชนิดในสถานะ supercooled ถูกเขย่าจนทำให้เกิดการตกผลึกอย่างรวดเร็ว ของเหลว supercooled สามารถตกผลึกได้เมื่อมีการนำผลึกของสารเดียวกันเข้าไป ของสารที่จัดเก็บได้ง่ายในสภาวะ supercooled เราสามารถตั้งชื่อว่า hyposulfite, salol, vanillin หากของเหลวที่เย็นจัดมากเริ่มตกผลึก โดยมีการแลกเปลี่ยนความร้อนเพียงเล็กน้อยกับวัตถุโดยรอบ พลังงานที่ปล่อยออกมาในระหว่างนี้จะทำให้ส่วนผสมของผลึกและของเหลวร้อนขึ้น ด้วยซุปเปอร์คูลลิ่งที่ไม่แรงเกินไป กล่าวคือ เมื่ออุณหภูมิของของเหลวในขณะตกผลึกไม่ต่ำกว่าจุดหลอมเหลวมาก ความร้อนที่ปล่อยออกมาจะทำให้ความร้อนทั้งระบบถึงจุดหลอมเหลว หลังจากนั้นอัตราการตกผลึกจะช้าลง และจะขึ้นอยู่กับอัตราที่ความร้อนที่ปล่อยออกมาจะถูกดูดกลืนเข้าสู่ร่างกายโดยรอบ จุดมุ่งหมายของงานคือการวางแผนการพึ่งพาอุณหภูมิของสารตรงเวลา กำหนดอุณหภูมิการตกผลึกจากมัน สังเกตการเติบโตของผลึกในของเหลวที่เย็นจัด วัตถุประสงค์ของการศึกษาคือสารสีชมพูในหลอดทดลอง นำหลอดทดลองจุ่มลงในน้ำร้อนที่อุณหภูมิ C ครึ่งหนึ่งต่อหน้าครู สารจะละลายอย่างรวดเร็ว หลอดทดลองจะถูกถ่ายโอนไปยังบีกเกอร์แก้วโดยไม่ใช้น้ำหรือยึดกับขาตั้งสามขา ใส่เทอร์โมมิเตอร์สำหรับห้องปฏิบัติการเข้าไป และบันทึกการอ่านด้วยช่วงเวลาหนึ่งนาที เพื่อไม่ให้เกิดการตกผลึกก่อนเวลาอันควร บีกเกอร์ที่มีหลอดทดลองจะต้องได้รับการปกป้องจากการกระแทก เทอร์โมมิเตอร์ในของเหลวจะต้องอยู่กับที่ เมื่ออุณหภูมิลดลงถึง 35 องศาเซลเซียส เทอร์โมมิเตอร์จะถูกยกขึ้นและลดลงหลายครั้งภายในของเหลว ผลกระทบนี้เพียงพอที่จะเริ่มกระบวนการตกผลึก ทำการวัดอุณหภูมิอย่างต่อเนื่องสังเกตการก่อตัวของผลึก การทดลองสิ้นสุดลงหลังจากที่สารตกผลึกเริ่มเย็นลงเป็นของแข็ง ลำดับของงาน 1.เตรียมตารางสำหรับบันทึกผลการวัด: เวลา นาที t, C 2.กำหนดส่วนมาตราส่วนของเทอร์โมมิเตอร์ 3. สลายสารในซองแล้วโอนไปยังหลอดทดลอง 4. วางหลอดทดลองที่มีสารลงในภาชนะที่มีน้ำร้อน เมื่อสารละลายจนหมด ให้ย้ายหลอดทดลองไปที่บีกเกอร์แก้วที่ไม่มีน้ำ แล้วใส่เทอร์โมมิเตอร์ลงไป 5. หลังจากอ่านค่าเทอร์โมมิเตอร์แล้ว ให้เริ่มบันทึกการอ่านเป็นระยะๆ หนึ่งนาที 6. เมื่ออุณหภูมิลดลงถึง 35 องศาเซลเซียส ให้กวนของเหลวในหลอดทดลองด้วยเทอร์โมมิเตอร์ ระวังอย่าให้ปลายทิปเสียหาย 7. เมื่อเกิดผลึกก้อนแรก ให้ใส่ใจกับรูปร่างและอัตราการเติบโต 8. สร้างกราฟการพึ่งพาอุณหภูมิของสารตรงเวลา 9. ตามตารางเวลากำหนด: a) อุณหภูมิการตกผลึกของสาร b) ระยะเวลาของเวลาที่อยู่อาศัยของสารในสถานะของของเหลว supercooled 5

6 c) ระยะเวลาการตกผลึกของสาร 10. เสร็จงาน ให้ละลายสารอีกครั้ง เย็นแล้วเทใส่ถุง ความสนใจ! สารที่หลงเหลืออยู่ในหลอดทดลองระหว่างการเก็บรักษาในระยะยาว อาจทำให้เกิดการแตกร้าวได้ คำถามทดสอบ 1. สถานะของสสารใดที่เรียกว่าของเหลว supercooled? 2. สารสามารถถูกกำจัดออกจากสถานะของของเหลว supercooled ได้อย่างไร? 6

7 4. การวิจัยอุปกรณ์ในกระบวนการ ISOCHORAL: หลอดใสพร้อมก๊อก, ท่อ manometric, เทปวัด, ขาตั้ง, กระจกด้านนอกของเครื่องวัดความร้อน, เครื่องวัดอุณหภูมิในห้องปฏิบัติการ, กระบอกตวง, ภาชนะที่มีน้ำอุ่น เนื้อหาและวิธีการปฏิบัติงาน จุดมุ่งหมายของงานคือการศึกษาการพึ่งพาแรงดันแก๊สต่ออุณหภูมิในระหว่างการระบายความร้อนด้วยไอโซโคริก เป็นไปตามกฎของชาร์ลส์ว่าหากปริมาตรของก๊าซจำนวนหนึ่งไม่เปลี่ยนแปลง การเปลี่ยนแปลงของความดันและอุณหภูมิจะเป็นไปตามเงื่อนไข: P 1 / T 2 = P2 / T2 (1) โดยที่ P 1 และ P 2 คือความดันแก๊สในสถานะเริ่มต้นและสถานะสุดท้าย T 1 และ T 2 คืออุณหภูมิในสถานะเหล่านี้ ในตอนเริ่มต้นของการทดลอง ความดันและอุณหภูมิของก๊าซในสภาวะที่ร้อนจะถูกกำหนด จากนั้นจะระบายความร้อนด้วยปริมาตรคงที่ จากนั้นจึงกำหนดความดันและอุณหภูมิอีกครั้ง หลังจากนั้นจะมีการตรวจสอบว่าการเปลี่ยนแปลงในพารามิเตอร์เหล่านี้สอดคล้องกับความเท่าเทียมกัน (1) มากน้อยเพียงใด ก๊าซทดสอบคืออากาศภายในท่อใส ในการให้ความร้อนนั้น วางหลอดให้แน่นเพื่อวนในแก้วแคลอรีมิเตอร์ ก่อนหน้านั้นก๊อกหนึ่งปิด การวางเริ่มจากปลายด้วยก๊อกปิดและดำเนินการเพื่อให้ปลายเปิดอยู่ด้านบน จากนั้นเทน้ำอุ่นลงในแก้ว ระดับน้ำไม่ควรเกิน 5-10 มม. เหนือก๊อกน้ำที่เปิดอยู่ เมื่อถูกความร้อน อากาศในท่อจะขยายตัวและฟองอากาศจะเริ่มออกมาจากก๊อก เมื่ออุณหภูมิของอากาศและน้ำเท่ากัน การขยายตัวจะหยุดและฟองอากาศจะหยุดก่อตัว หลังจากที่ฟองสุดท้ายแยกออกจากกัน ก๊อกจะปิด สถานะของอากาศในท่อในขณะนี้ถือเป็นค่าเริ่มต้นและเริ่มกำหนดพารามิเตอร์ - อุณหภูมิและความดัน อุณหภูมิถูกกำหนดโดยเทอร์โมมิเตอร์ตามอุณหภูมิของน้ำ และความดันตามตัวบ่งชี้ของคลาสบารอมิเตอร์จะเป็นแอนรอยด์ วิธีการวัดแรงดันสามารถทำได้ด้วยเหตุผลดังต่อไปนี้ ฟองอากาศก่อตัวขึ้นจนความดันอากาศในท่อเท่ากับผลรวมของความดันบรรยากาศและคอลัมน์น้ำเหนือก๊อก แต่เนื่องจากระดับน้ำเหนือก๊อก ตามเงื่อนไขของการทดลอง มีเพียงไม่กี่มิลลิเมตร ความดันของคอลัมน์น้ำสามารถละเลยได้เมื่อเทียบกับความดันของบรรยากาศ จากสิ่งนี้ เราสามารถสรุปได้ว่าในสถานะเริ่มต้น ความกดอากาศในท่อจะเท่ากับความดันบรรยากาศ เมื่อวัดค่าพารามิเตอร์เริ่มต้นของอากาศแล้ว อากาศจะถูกถ่ายโอนไปยังสถานะอื่นโดยการทำให้เย็นลงจนถึงอุณหภูมิห้อง หลอดจะถูกลบออกจากเครื่องวัดความร้อนและแขวนในรูปของขดลวดบนขาของขาตั้งกล้อง ตีนผีสามขายึดไว้เบื้องต้นบนราวที่ความสูงประมาณ 35 ซม. จากพื้นผิวโต๊ะ วางกระบอกวัดไว้ใต้ฝ่าเท้าซึ่งเทน้ำหนึ่งมิลลิลิตร เครื่องวัดอุณหภูมิจะถูกลบออกจากเครื่องวัดความร้อนด้วย จากนั้นก๊อกตัวใดตัวหนึ่งเชื่อมต่อกับท่อมาโนเมตริก นี้จะทำในลำดับต่อไปนี้ ปลายท่อที่ว่างจะถูกจุ่มลงไปที่ด้านล่างสุดในกระบอกสูบที่มีระดับ ส่วนบนของท่อถูกยึดเข้ากับขาของขาตั้งกล้องเบาๆ แต่เพื่อไม่ให้ช่องด้านในปิดสนิท ตรวจสอบอีกครั้งว่าปลายท่อด้านล่างจุ่มอยู่ในน้ำ หลังจากดำเนินการเหล่านี้แล้ว ท่อจะเชื่อมต่อกับก๊อกโดยใช้ท่อต่อ เมื่อสัมผัสกับอากาศในห้องเรียนที่เย็นกว่า อากาศในท่อขนาดใหญ่จะเย็นลง แรงดันจะลดลง แต่ปริมาตรยังคงที่ หากคุณเปิดก๊อกน้ำ ความต่างของแรงดันจะปรากฏขึ้นที่ปลายท่อเกจ และน้ำจากถังจะเริ่มดึงท่อขึ้นจนกระทั่งแรงดันของคอลัมน์น้ำในนั้นและแรงดันอากาศในท่อขนาดใหญ่เท่ากับ ความกดอากาศ นั่นคือจนกว่าเราจะโง่ด้วยความเท่าเทียมกัน: P at = P 2 + P in โดยที่ P B คือความดันในท่อและ P B คือแรงดันของคอลัมน์น้ำในท่อ manometric ดังนั้น P 2 = P at - P ใน ความดันถูกกำหนดโดยความสูงของคอลัมน์น้ำและเมื่อทราบความดันของบรรยากาศแล้วคำนวณความดันในท่อขนาดใหญ่หลังจากระบายความร้อน P 2 อุณหภูมิในท่อในขณะนี้เท่ากับอุณหภูมิของอากาศในห้องเรียน และถูกกำหนดโดยเทอร์โมมิเตอร์ เมื่อได้ค่า P 1, P 2, T 1 และ T 2 แล้ว เราจะหาอัตราส่วนของความดันอากาศต่ออุณหภูมิในสภาวะที่ร้อนและเย็น และตรวจสอบว่า (1) เป็นไปตามเงื่อนไขของความเท่าเทียมกันมากน้อยเพียงใด การทดลอง. 7

8 ขั้นตอนการปฏิบัติงาน 1. เตรียมตารางสำหรับบันทึกผลการวัดและการคำนวณ: t 1, СТ 1, К Р 2, Pa t 2, С Т 2, К h, mm Р В, Pa Р 2, Pa Р 1 / T 1 Р 2 / Т 2 2. ใช้การอ่านเทอร์โมมิเตอร์กำหนดอุณหภูมิของอากาศในคลาส t 2 3. ใส่หลอดลงในถ้วยด้านนอกของแคลอรีมิเตอร์ 4. เติมน้ำอุ่นลงในแก้วโดยให้ก๊อกน้ำที่เปิดอยู่จมอยู่ใต้น้ำไม่เกิน 5-10 มม. 5.ตามการแยกฟองอากาศ กำหนดโมเมนต์ของการปรับสมดุลของอุณหภูมิของน้ำและอากาศในท่อ 6.ใช้อุณหภูมิของน้ำเพื่อกำหนดอุณหภูมิในท่อ t 1 7.ใช้แอนรอยด์บารอมิเตอร์กำหนดความดันอากาศในท่อ P 1 = P ที่ 8.ปิดก๊อกน้ำ ถอดท่อออกจากกระจกแล้ววางบนขาตั้งกล้องตามที่อธิบายไว้ข้างต้น 9.เชื่อมต่อท่อมาโนเมตริกกับวาล์วโดยทำตามลำดับขั้นตอนที่ระบุไว้ในส่วนก่อนหน้า 9. เปิดก๊อกอย่างราบรื่นและสังเกตการเพิ่มขึ้นของระดับน้ำในท่อมาโนเมตริก ในขณะที่อุณหภูมิของอากาศในท่อขนาดใหญ่และในห้องเท่ากัน ระดับน้ำที่เพิ่มขึ้นจะหยุดลง จากนั้นวัดความแตกต่างของระดับน้ำในท่อและในกระบอกสูบที่มีระดับ - h 11.คำนวณค่าความดันของคอลัมน์น้ำ: Р В = ρgh โดยที่ ρ คือความหนาแน่นของน้ำ g คือความเร่งของแรงโน้มถ่วง h คือความแตกต่างของระดับ 12.คำนวณความดันอากาศในท่อหลังจากทำความเย็น Р 2 = P ที่ - Р В 13.แปลงค่าอุณหภูมิที่ได้รับเป็นองศาของสเกลเคลวิน Т = t คำนวณอัตราส่วน P 1 / T 1 และ Р 2 / T วาดข้อสรุปเกี่ยวกับผลลัพธ์ที่สอดคล้องกับสูตร (1) ระบุสาเหตุที่เป็นไปได้สำหรับความคลาดเคลื่อนระหว่างข้อมูลการทดลองและทฤษฎี คำถามทดสอบ 1. เหตุใดการระบายความร้อนด้วยอากาศในการทดลองจึงถือได้ว่าเป็นแบบไอโซโคริก? 2. ต้องเป็นไปตามเงื่อนไขใดบ้างสำหรับการเปลี่ยนแปลงพารามิเตอร์ของแก๊สเพื่อให้เป็นไปตามกฎของชาร์ลส์ 8

9 5. การศึกษากระบวนการ isothermal อุปกรณ์ : ท่อใส มีก๊อกปลาย กระบอกตวง ตลับเมตร เนื้อหาและวิธีการปฏิบัติงาน จุดมุ่งหมายของงานคือการตรวจสอบความสัมพันธ์ระหว่างปริมาตรและความดันของก๊าซจำนวนหนึ่งในระหว่างการอัดแบบไอโซเทอร์มอล ตามกฎหมาย Boyle-Mariotte อัตราส่วนนี้ควรมีรูปแบบ: V 1 P 1 = V 2 P 2 (1) โดยที่ V 1 และ V 2 เป็นปริมาตรที่ก๊าซครอบครองตามลำดับก่อนและหลังการบีบอัด และ P 1 และ P 2 - ความกดดันของเขา วัตถุประสงค์ของการศึกษาคืออากาศภายในท่อใส ก่อนการบีบอัดจะมีพารามิเตอร์ดังต่อไปนี้ ความดันจะเท่ากับบรรยากาศ ปริมาตรเท่ากับปริมาตรของโพรงในของท่อ อุณหภูมิสอดคล้องกับอุณหภูมิอากาศในห้องเรียน ในการอัดอากาศในท่อให้ปิดวาล์วตัวใดตัวหนึ่ง แตะครั้งที่สองเปิดทิ้งไว้ ปลายท่อที่เปิดก๊อกอยู่จะถูกจุ่มลงไปที่ด้านล่างของกระบอกตวง ซึ่งเติมน้ำไว้ล่วงหน้าที่อุณหภูมิห้อง เติมด้านล่างจนถึงขอบมม. ผ่านก๊อกที่เปิดอยู่ น้ำจะเข้าสู่ท่อและอัดอากาศจนแรงดันเท่ากับแรงดันภายนอก ดังนั้นหลังจากอัดอากาศแล้ว พารามิเตอร์อากาศจะเป็นดังนี้ ปริมาตรจะเท่ากับปริมาตรของโพรงภายในลบด้วยปริมาตรของน้ำที่เข้าสู่ท่อ ความดันจะเพิ่มขึ้นตามค่าความดันอุทกสถิตของคอลัมน์น้ำในกระบอกสูบ อุณหภูมิจะไม่เปลี่ยนแปลง ปริมาตรของโพรงในของท่อถูกกำหนดโดยผลคูณของพื้นที่หน้าตัดและความยาว เนื่องจากหน้าตัดของท่อจะเท่ากันตลอดความยาว จึงสะดวกในการวัดปริมาตรอากาศในหน่วยทั่วไป หน่วยของความยาวของคอลัมน์อากาศถูกนำมาเป็นหน่วยทั่วไป ดังนั้นในสถานะเริ่มต้น ความดันจะถูกกำหนดโดยการอ่านค่าของบารอมิเตอร์ - แอนรอยด์ และปริมาตรด้วยเทปวัดตามความยาวของช่องด้านใน ในการวัดความดันในสถานะที่สอง จะวัดความแตกต่างของระดับน้ำในกระบอกสูบที่มีระดับและในท่อ - h ตามสูตรการคำนวณความดันไฮโดรสแตติกของของเหลว ความดันของคอลัมน์น้ำจะคำนวณ: P ใน = ρgh โดยที่ ρ คือความหนาแน่นของน้ำ ความกดอากาศในสถานะที่สองจะเท่ากับผลรวมของความดันบรรยากาศและความดันอุทกสถิต ในการกำหนดปริมาตรของอากาศในสถานะที่สอง ความยาวของคอลัมน์น้ำที่เข้าสู่ท่อจะถูกวัด ลบความยาวของคอลัมน์น้ำออกจากความยาวท่อที่วัดก่อนหน้านี้ หลังจากเสร็จสิ้นการวัดจะพบผลิตภัณฑ์ของความดันและปริมาตรอากาศในสถานะที่หนึ่งและสอง เมื่อเปรียบเทียบตัวเลขที่ได้รับ ได้ข้อสรุปเกี่ยวกับความถูกต้องของกฎหมายบอยล์-มาริออตต์ ลำดับของงาน 1. เตรียมตารางสำหรับบันทึกผลการวัดและการคำนวณ: l 1, mm Р 1, Pa Δl, mm l 2, mm h, mm Р В, Pa Р 2, Pa l 1 P 1 l 2 P 2 2 วัดความยาวของเสาอากาศในท่อ l ปิดหนึ่งวาล์วและจุ่มปลายเปิดของท่อลงในกระบอกสูบที่ไล่ระดับไปที่ด้านล่าง 4. วัดความยาวของเสาน้ำเข้าท่อ - Δl 5. วัดความแตกต่างของระดับน้ำในกระบอกสูบที่สำเร็จการศึกษาและในท่อ - h. 6. คำนวณความยาวของคอลัมน์อากาศในท่อหลังจากการบีบอัด 1 2 = Δl 7. คำนวณแรงดันไฮโดรสแตติกของน้ำ P = ρgh 8. คำนวณความดันอากาศในท่อหลังการบีบอัด P 2 = P 1 + P นิ้ว 9. คำนวณผลิตภัณฑ์ ล. 1 P 1 และ 1 2 P 2 และสรุปว่าการเปลี่ยนแปลงพารามิเตอร์ก๊าซในการทดลองนั้นแม่นยำเพียงใดสอดคล้องกับกฎหมายของบอยล์-มาริออตต์ 10. ระบุเหตุผลที่มีอิทธิพลต่อความถูกต้องของผลลัพธ์ คำถามทดสอบ 1. ทำไมกระบวนการอัดอากาศในงานนี้จึงถือได้ว่าเป็นไอโซบาริก? 2. ต้องปฏิบัติตามเงื่อนไขใดบ้างเพื่อให้การเปลี่ยนแปลงพารามิเตอร์ก๊าซเป็นไปตามกฎหมาย Boyle-Mariotte เก้า

10 6. อุปกรณ์ที่ใช้ในการศึกษากระบวนการ ISOBARITY: หลอดใสที่มีสองก๊อกที่ปลาย, เทอร์โมมิเตอร์ในห้องปฏิบัติการ, เทปวัด, บีกเกอร์ด้านนอกของแคลอรีมิเตอร์, ภาชนะที่มีน้ำอุ่น, ภาชนะที่มีน้ำเย็น เนื้อหาและวิธีการปฏิบัติงาน จุดมุ่งหมายของงานคือการตรวจสอบความสัมพันธ์ระหว่างการเปลี่ยนแปลงของปริมาตรและอุณหภูมิของก๊าซจำนวนหนึ่งในระหว่างการระบายความร้อนด้วยไอโซบาริก ตามกฎหมาย Gay-Lussac อัตราส่วนนี้ควรมีรูปแบบ: V 1 / T 1 = V 2 / T 2 (1) โดยที่ V 1 และ V 2 เป็นปริมาตรที่ครอบครองโดยมวลของก๊าซที่กำหนดตามลำดับ ก่อนและหลังการระบายความร้อนและ T 1 และ T 2 คืออุณหภูมิ ก๊าซที่ตรวจสอบในงานนี้คืออากาศภายในท่อใส เพื่อแยกช่องภายในของท่อออกจากสภาพแวดล้อมภายนอก ก๊อกพิเศษได้รับการแก้ไขที่ปลาย การวัดปริมาตรและอุณหภูมิของอากาศอุ่นและเย็นภายในท่อจะดำเนินการตามลำดับต่อไปนี้ วางหลอดอย่างแน่นหนา วนซ้ำวนไปมา ภายในแก้วแคลอรีมิเตอร์ ปั้นจั่นซึ่งจะอยู่ใกล้ด้านล่างจะปิดในเบื้องต้น แตะด้านบนเปิดทิ้งไว้ จากนั้นเทน้ำร้อนถึง C ลงในแคลอรีมิเตอร์ เทน้ำเพื่อให้ก๊อกเปิดจุ่มลงในนั้นไม่เกิน 5-10 มม. เมื่ออุ่นขึ้น ปริมาตรของอากาศในท่อจะเพิ่มขึ้นและฟองอากาศจะออกมาจากก๊อกที่เปิดอยู่ ในขณะที่อุณหภูมิของอากาศเท่ากับอุณหภูมิของน้ำอุ่น การปล่อยฟองอากาศจะหยุดลง สถานะของอากาศในท่อนี้ถือเป็นสถานะเริ่มต้น อุณหภูมิของอากาศในสถานะเริ่มต้น T 1 สามารถกำหนดได้โดยการวัดอุณหภูมิของน้ำในแก้ว ปริมาตร V 1 เท่ากับปริมาตรของโพรงในของท่อ หลังจากวัดอุณหภูมิของน้ำอุ่นแล้ว อากาศจะถูกถ่ายโอนไปยังสถานะด้วยพารามิเตอร์อื่นๆ เมื่อต้องการทำเช่นนี้ ให้ปิดก๊อกน้ำ สะเด็ดน้ำอุ่น และเติมน้ำเย็นลงในแก้ว ตรวจสอบให้แน่ใจว่าระดับเหนือก๊อกด้านบนอยู่ในระดับเดียวกับในส่วนแรกของการทดสอบ หลังจากนั้นก็เปิดก๊อกอีกครั้ง ในระหว่างการทำความเย็น ปริมาณอากาศจะลดลง และน้ำจำนวนหนึ่งจะเข้าสู่ท่อผ่านทางก๊อกที่เปิดอยู่ เมื่ออุณหภูมิของน้ำและอากาศกลับมาเป็นเหมือนเดิมอีกครั้ง (หลังจาก 1-2 นาที) พวกเขาจะเริ่มกำหนดพารามิเตอร์ของก๊าซในสถานะใหม่ อุณหภูมิของอากาศจะถูกกำหนดอีกครั้งจากอุณหภูมิของน้ำ ในการกำหนดปริมาตรหลังจากการทำความเย็น ให้ปิดก๊อกด้านบน ถอดท่อออกจากเครื่องวัดปริมาณความร้อน และเขย่าแรงๆ หลายๆ ครั้งในขณะที่จับในแนวตั้ง ในกรณีนี้ หยดน้ำที่ตกลงมาข้างในจะรวมกันเป็นเสาที่ไม่แตกหัก โดยการวัดปริมาตรของคอลัมน์น้ำนี้และลบออกจากปริมาตรภายในของท่อ ปริมาตรของอากาศในสถานะสุดท้ายจะถูกกำหนด สะดวกในการวัดปริมาตรในงานนี้ในหน่วยทั่วไปตามความยาวของคอลัมน์อากาศหรือน้ำ: ช่องภายในของท่อมีรูปร่างเป็นทรงกระบอกและปริมาตรของมันคือ V = S l แต่พื้นที่หน้าตัด S ไม่เปลี่ยนแปลงระหว่างการทดลอง และเพื่อไม่ให้วัดค่านี้ ซึ่งหลังจากการแทนที่ด้วยความเท่าเทียมกัน (1) จะยังคงลดลง ปริมาตรจะแสดงเป็นหน่วยความยาว (ดูรูปที่ 1 และ 2) ความกดอากาศในท่อในส่วนที่หนึ่งและสองของการทดลองมีค่าเท่ากับผลรวมของความดันบรรยากาศและความดันของน้ำในคอลัมน์เล็กๆ เหนือก๊อกเปิด เนื่องจากระดับของน้ำอุ่นและน้ำเย็นไม่เปลี่ยนแปลง ปริมาณนี้จึงไม่เปลี่ยนแปลงระหว่างการทดลอง ซึ่งหมายความว่าแรงดันอากาศในท่อในระหว่างการทำความเย็นจะคงที่ กล่าวคือ กระบวนการดำเนินไปแบบไอโซบาริก เมื่อสิ้นสุดการทำงานจะเปรียบเทียบอัตราส่วนของปริมาตรอากาศกับอุณหภูมิก่อนและหลังการทำความเย็น 10

11 ลำดับงาน 1 เตรียมตารางสำหรับบันทึกผลการวัดและการคำนวณ: l 1, cm t 1, CT 1, K Δl, cm l 2, cm t 2, CT 2, K l 1 / T 1 l 2 / T 2 2. วัดความยาวของเสาอากาศในท่อ ล. 1 (รูปที่ 1) 3. ปิดก๊อกหนึ่งครั้งและวางท่อม้วนต่อม้วนลงในแก้วแคลอรีมิเตอร์ เปิดก๊อกน้ำที่ปลายด้านบนทิ้งไว้ 4.เติมน้ำอุ่นลงในแก้วแล้ววางเทอร์โมมิเตอร์ลงไป 5. สังเกตการปล่อยฟองอากาศจากก๊อกที่เปิดอยู่ ให้ระบุและบันทึกการอ่านเทอร์โมมิเตอร์ t 1 (C) ทันทีที่เครื่องหยุดทำงาน 6.ปิดก๊อกน้ำ สะเด็ดน้ำอุ่น เติมน้ำเย็นลงในแก้วถึงระดับก่อนหน้าแล้วเปิดก๊อกอีกครั้ง 7.รอหนึ่งนาทีครึ่ง - สองนาที กำหนดและจดเทอร์โมมิเตอร์ที่อ่านค่า t 2 (C) 8.ปิดก๊อก สะเด็ดน้ำ ถอดสายยางออกจากแก้ว เขย่าแล้ววัดความยาวของเสาน้ำในนั้น Δl (รูปที่ 2) 9.คำนวณความยาวของคอลัมน์ของอากาศเย็น: l 2 = l 1 - Δl 10.แปลค่าที่อ่านได้จากเทอร์โมมิเตอร์ที่บันทึกไว้เป็นองศาเคลวิน: T = t คำนวณอัตราส่วน l 1 / T 1 และ l 2 / T 1 และสรุปว่าการเปลี่ยนแปลงพารามิเตอร์ก๊าซในการทดลองนี้สอดคล้องกับกฎของเกย์-ลุสแซกเพียงใด . 12. ระบุเหตุผลที่มีอิทธิพลต่อความถูกต้องของผลลัพธ์ คำถามทดสอบ 1. เหตุใดกระบวนการระบายความร้อนด้วยอากาศในงานนี้จึงถือได้ว่าเป็นแบบไอโซบาริก? 2. ต้องปฏิบัติตามเงื่อนไขใดบ้างเพื่อกำหนดพารามิเตอร์ของก๊าซจึงสามารถใช้กฎหมาย Gay-Lussac ได้? สิบเอ็ด

อุณหพลศาสตร์และฟิสิกส์โมเลกุล 1. ที่อุณหภูมิ 250 K และความดัน ความหนาแน่นของก๊าซคือ มวลโมลาร์ของก๊าซนี้คืออะไร? ให้คำตอบของคุณในหน่วยกิโลกรัม / โมลด้วยความแม่นยำหนึ่งในหมื่น 2. อากาศเย็นลง

บทที่ 12 ทฤษฎีจลนศาสตร์ระดับโมเลกุล ปัญหา 1 4 โมลของสารนี้ถูกนำออกจากภาชนะที่มีลิเธียมที่เป็นของแข็ง กำหนดจำนวนอะตอมลิเธียมที่ลดลงโดยประมาณในภาชนะและจดสิ่งที่ขาดหายไป

4-1 IV.C.1 ความเร็วกำลังสองเฉลี่ยของก๊าซบางชนิดภายใต้สภาวะปกติคือ 480 m / s 1 กรัมของก๊าซนี้มีกี่โมเลกุล? IV.C.2 เรือสองลำที่เหมือนกันซึ่งมีคาร์บอนไดออกไซด์ที่320

"ทฤษฎีโมเลกุล-จลนศาสตร์". บทบัญญัติหลักของ MKT (ทฤษฎีจลนพลของโมเลกุล): ร่างกายทั้งหมดประกอบด้วยโมเลกุล โมเลกุลเคลื่อนที่ (สุ่ม, เคลื่อนไหวบราวเนียนอย่างวุ่นวาย); โมเลกุลโต้ตอบ

ภารกิจที่ 1 (5 นาที) กระทะคว่ำลอยอยู่ในภาชนะที่มีน้ำ ระดับน้ำในกระทะจะเปลี่ยนตามอุณหภูมิแวดล้อมหรือไม่? (การขยายตัวทางความร้อนของน้ำ กระทะ

Yaroslavl State Pedagogical University ได้รับการตั้งชื่อตาม KD Ushinsky Department of General Physics Laboratory of Molecular Physics Laboratory 6 การหาอัตราส่วน C p / C โดยวิธี Clement-Desorm V

งาน. 0 การศึกษาการหลอมเหลวและการตกผลึกของปัญหาโลหะ รับแผนภาพการหล่อเย็นและการตกผลึกของโลหะ จากผลของ p. ค้นหาอุณหภูมิและความร้อนจำเพาะของการหลอมเหลว (crystallization)

การอ้างอิงที่รอดำเนินการ (86) กราฟความดันเทียบกับกราฟปริมาตรสำหรับกระบวนการแบบวนรอบแสดงอยู่ในรูป ในกระบวนการนี้ ก๊าซ 1) ทำงานในเชิงบวก 2) ทำงานเชิงลบ 3)

คำแนะนำตามระเบียบสำหรับงานห้องปฏิบัติการ .. การหาค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของความดันอากาศโดยใช้เครื่องวัดอุณหภูมิแก๊ส * * Anikin A.I. คุณสมบัติของก๊าซ คุณสมบัติของคอนเดนเสท

ห้องปฏิบัติการ 1.31 การตรวจสอบกระบวนการ isochoric กฎของชาร์ลส์. วัตถุประสงค์ของงาน การตรวจสอบการพึ่งพาแรงดันอากาศต่ออุณหภูมิในปริมาตรปิด ประเมินตำแหน่งศูนย์สัมบูรณ์ของอุณหภูมิ

บล็อก 4 "ทฤษฎีโมเลกุล - จลนศาสตร์" บทบัญญัติหลักของ MKT (ทฤษฎีจลนศาสตร์ระดับโมเลกุล): ร่างกายทั้งหมดประกอบด้วยโมเลกุล โมเลกุลเคลื่อนที่ (สุ่ม, เคลื่อนไหวบราวเนียนอย่างวุ่นวาย); โมเลกุล

กระทรวงศึกษาธิการของสหพันธรัฐรัสเซีย KAZAN สถาบันสถาปัตยกรรมและการก่อสร้างแห่งรัฐ ภาควิชาฟิสิกส์ คำแนะนำวิธีการสำหรับห้องปฏิบัติการทางฟิสิกส์สำหรับนักศึกษาพิเศษ

งานห้องปฏิบัติการ 6 การกำหนดอัตราส่วนของความจุความร้อนจำเพาะของก๊าซโดยวิธีการขยายตัวแบบอะเดียแบติก อุปกรณ์และวัสดุ :) ปิดถังแก้วด้วยการแตะ; 3) มาโนมิเตอร์ 4) ปั๊มลูกสูบวัตถุประสงค์ของงาน:

งานที่ 5 สำหรับเกรด 8 (ปีการศึกษา 2560-2561) ความชื้น เดือด. การเปลี่ยนเฟส ส่วนที่ 1 ทฤษฎีและตัวอย่างการแก้ปัญหาไอระเหยอิ่มตัวและไม่อิ่มตัว ความชื้น. ตามที่ระบุไว้ในงาน "Gas

การเตรียมการสำหรับ OGE PART 1 THERMAL PHENOMENA 1.ในของแข็ง การถ่ายเทความร้อนสามารถทำได้โดย 1.การพาความร้อน 2.การแผ่รังสีและการพาความร้อน 3.การนำความร้อน 4.การนำความร้อนและการนำความร้อน 2.พลังงานภายใน

ตัวเลือกที่ 1 1. ก๊าซอุดมคติแบบโมนาโตมิกได้รับพลังงานความร้อน 2 kJ จากเครื่องทำความร้อน ชนิดไหน. เขาทำงานหรือไม่? (กระบวนการนี้เป็นไอโซบาริก). 2. ให้ความร้อน 1 กิโลกรัมของก๊าซที่ไม่รู้จักโดย 1 K ที่ค่าคงที่

ค1.1. ในการทดลองแสดงให้เห็นการพึ่งพาของจุดเดือดต่อความดันอากาศ (รูปที่ 1 ก) การเดือดของน้ำภายใต้กระดิ่งของปั๊มลมเกิดขึ้นที่อุณหภูมิห้องแล้วหากความดันเพียงพอ

งานที่ 2 การศึกษากระบวนการไอโซเทอร์มอลของการบีบอัดและการขยายตัวของอากาศ วัตถุประสงค์ของงาน: เพื่อตรวจสอบการปฏิบัติตามกฎหมาย Boyle-Mariotte ในกระบวนการระบายความร้อนด้วยความร้อน บทนำ อุณหพลศาสตร์เกี่ยวข้องกับอุณหพลศาสตร์

ธนาคารงาน. การเปลี่ยนแปลงในสถานะรวมของสสาร กฎหมายแก๊ส เครื่องทำความร้อน 2.1. การระเหยและการควบแน่น ไอน้ำอิ่มตัว ความชื้นในอากาศ สำหรับแต่ละงานจะมี 4 ตัวเลือกคำตอบจาก

วัสดุสำหรับเตรียมการทดสอบเกรด 8 ในหัวข้อ: "ปรากฏการณ์ทางความร้อน" ตัวอย่างงาน: 1. การเคลื่อนที่ของโมเลกุลและอะตอมในสถานะก๊าซของสารเรียกว่าการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนอย่างไร? 2. ธาน

ตัวเลือก 1 A1 "ระยะห่างระหว่างอนุภาคข้างเคียงของสสารนั้นเล็ก (ซึ่งในทางปฏิบัติจริงสัมผัสได้)" ข้อความนี้สอดคล้องกับแบบจำลอง 1) เฉพาะของแข็ง 3) ของแข็งและของเหลว 2) เฉพาะของเหลว

แนวคิดเรื่องอุณหภูมิเป็นสิ่งสำคัญที่สุดในฟิสิกส์โมเลกุล อุณหภูมิเป็นปริมาณทางกายภาพที่กำหนดระดับความร้อนของร่างกาย การเคลื่อนที่อย่างไม่เป็นระเบียบของโมเลกุลเรียกว่า ความร้อน

งานห้องปฏิบัติการ 151 การหาค่าดัชนีอะเดียแบติกของอากาศและการคำนวณการเปลี่ยนแปลงเอนโทรปีในกระบวนการแลกเปลี่ยนความร้อน

งานที่ 3 การหาค่าสัมประสิทธิ์ความตึงผิวของน้ำโดยวิธีหลอดฝอย วัตถุประสงค์ของงาน : เพื่อวัดสัมประสิทธิ์แรงตึงผิวของน้ำโดยวิธีหลอดฝอยและศึกษาการพึ่งพาอาศัยกัน

ห้องปฏิบัติการ 5.11 การหาค่าความร้อนโมลาร์ของการระเหยของน้ำที่อุณหภูมิจุดเดือด วัตถุประสงค์ของงาน: การทดลองหาค่าความร้อนโมลาร์ของการกลายเป็นไอของน้ำที่ความดันบรรยากาศและอุณหภูมิ

หน่วยงานของรัฐบาลกลางเพื่อการศึกษาสถาบันการศึกษาระดับอุดมศึกษามหาวิทยาลัยเทคนิคแห่งรัฐ Ukhta (USTU)

การกำหนดอัตราส่วนความจุความร้อนจำเพาะของอากาศโดยวิธี KLEMAN-DESORM - หน้า 1 จาก 6

งานที่ 2.2 การกำหนดอัตราส่วนของความจุความร้อนของแก๊สโดยวิธีการขยายอะเดียแบติก วัตถุประสงค์ของงาน :) ศึกษากฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์ในกระบวนการไอโซโพรเซสต่างๆ 2) การกำหนดการทดลองของตัวบ่งชี้

ส่วนที่ 1 ปรากฏการณ์ทางความร้อน 1. อุณหภูมิ การวัดอุณหภูมิ ระดับความยากที่ 1? 1.1. อิฐก้อนหนึ่งถูกโยนลงในถังน้ำเย็นซึ่งอยู่ในกองไฟมาระยะหนึ่งแล้ว จะเปลี่ยนไปยังไง

ธนาคารงานโดยประมาณในวิชาฟิสิกส์ เกรด 8 ระดับพื้นฐาน 1.1 รวมรัฐ การหลอมเหลวและการแข็งตัว 1. สถานะรวมของสารถูกกำหนดโดย 1) ขนาดของอนุภาคและระยะห่างระหว่างพวกเขา 2) ระยะทาง

ภารกิจที่ 4. ความชื้น เดือด. การเปลี่ยนเฟส (ปีการศึกษา 2557-2558). ไอระเหยอิ่มตัวและไม่อิ่มตัว ความชื้น. ตามที่ระบุไว้ในงานแรกในของเหลว (หรือของแข็ง) ที่อุณหภูมิใด ๆ

ห้องปฏิบัติการ 5.6 การกำหนดอากาศด้วย P / C V โดยวิธี KLEMAN DESORM และการคำนวณการเปลี่ยนแปลงเอนโทรปีในกระบวนการต่างกันวัตถุประสงค์ของงาน: การทดลองกำหนดอัตราส่วนของความจุความร้อน С р / С

SUMMER SCHOOL เกรด 10 โปรไฟล์ทางกายภาพและคณิตศาสตร์ โปรไฟล์ทางกายภาพและทางเทคนิค 3 กรกฎาคม 2018 การควบคุมขั้นสุดท้ายในการวิเคราะห์ฟิสิกส์ เกณฑ์การประเมิน 1. การทำความร้อนในห้อง (4 คะแนน) ห้อง

เซสชัน 3: พื้นฐานของอุณหพลศาสตร์ หัวข้อ 1: พลังงานภายใน สามารถอธิบายปรากฏการณ์ความร้อนได้โดยใช้ปริมาณมหภาค (P, T, V) ซึ่งสามารถบันทึกได้โดยอุปกรณ์ต่างๆ เช่น มาโนมิเตอร์และเทอร์โมมิเตอร์

การวัดค่าสัมประสิทธิ์การนำความร้อนของวัตถุโลหะ 1. สร้างการไล่ระดับอุณหภูมิคงที่ในแท่งโลหะโดยใช้เครื่องทำความร้อนและเครื่องวัดความร้อนด้วยน้ำเย็น 2. วัดการพึ่งพา

ห้องปฏิบัติการ 5.9 การเปลี่ยนแปลงเอนโทรปีในระบบที่แยกออกมา วัตถุประสงค์ของงาน: การศึกษาการเพิ่มขึ้นของเอนโทรปีในกระบวนการอะเดียแบติกที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ วรรณคดี: ch. 6 6.1 6.11; ช. 3 3.1, 3.4;

เงื่อนไขปัญหา วิธีแก้ไข 2. ฟิสิกส์โมเลกุลและอุณหพลศาสตร์ 7. การกระจายของแมกซ์เวลล์และโบลซ์มันน์ สูตรของ Boltzmann แสดงลักษณะการกระจายของอนุภาคในสภาวะความร้อนที่วุ่นวาย

แนวคิดพื้นฐาน: ปรากฏการณ์ความร้อน บังคับขั้นต่ำในเรื่องของฟิสิกส์ เกรด 8 "a", "c", "n" 1 ภาคการศึกษา การเคลื่อนที่ของความร้อน กำลังภายใน. มีสองวิธีในการเปลี่ยนพลังงานภายใน: งานและการถ่ายเทความร้อน

บอลลูนที่มีปริมาตร 2,500 ม. 3 ที่มีมวลเปลือก 400 กก. มีช่องเปิดที่ด้านล่างซึ่งอากาศในบอลลูนจะถูกทำให้ร้อนด้วยเตา มวลสูงสุดที่ลูกบอลสามารถยกได้ถ้าอากาศ

1 ความชื้นสัมพัทธ์ในภาชนะปิดคือ 30% ความชื้นสัมพัทธ์จะเป็นอย่างไรถ้าปริมาตรของภาชนะที่อุณหภูมิคงที่ลดลง 3 เท่า? 1) 60% 2) 90% 3) 100% 4) 120% 2 เป็นผลให้

มาสเตอร์คลาสวันที่ 3 ธันวาคม 2559 อุณหพลศาสตร์ ตอนที่ 2 ปัญหา 1. ในภาชนะที่มีปริมาตรคงที่จะมีก๊าซในอุดมคติ หากส่วนหนึ่งของก๊าซถูกปล่อยออกจากถังที่อุณหภูมิคงที่ . จะเป็นอย่างไร

ห้องปฏิบัติการ 5.13 การหาค่าสัมประสิทธิ์ความตึงผิวของของเหลว วัตถุประสงค์ของงาน: การทดลองหาค่าสัมประสิทธิ์ความตึงผิวของของเหลวและการพึ่งพาอุณหภูมิ

งานในห้องปฏิบัติการ 8 การหาอัตราส่วนของความจุความร้อนของก๊าซที่ความดันคงที่ต่อความจุความร้อนของก๊าซที่ปริมาตรคงที่ วัตถุประสงค์ของงาน: ศึกษากฎของก๊าซในอุดมคติและพิจารณาเชิงประจักษ์

บทเรียนในหัวข้อ: “การเคลื่อนไหวความร้อน อุณหภูมิ » THERMAL MOTION. อุณหภูมิ เราเริ่มต้นปีการศึกษานี้ด้วยการศึกษาหัวข้อใหม่ของฟิสิกส์เกี่ยวกับปรากฏการณ์ทางความร้อน ปรากฏการณ์ทางความร้อน ได้แก่

ไอระเหยอิ่มตัวและไม่อิ่มตัว ความชื้น. ตามที่ระบุไว้ในงานแรกในของเหลว (หรือของแข็ง) ที่อุณหภูมิใด ๆ มีโมเลกุล "เร็ว" จำนวนหนึ่งซึ่งพลังงานจลน์คือ

การทดสอบขั้นสุดท้าย Machine Science (Heat Engineering) 1. ก๊าซในอุดมคติให้ปริมาณความร้อน 300 J และในขณะเดียวกันพลังงานภายในของก๊าซก็ลดลง 100 J งานที่แก๊สทำมีค่าเท่ากับ 1) 400 จ 2) 200

ฟิสิกส์ระดับโมเลกุลและเทอร์โมไดนามิกส์ Kirillov A.M. อาจารย์ของโรงยิม 44, Sochi (http://kirillandrey72.narod.ru/)

กระทรวงศึกษาธิการและวิทยาศาสตร์แห่งสหพันธรัฐรัสเซียสถาบันการศึกษาระดับอุดมศึกษาของรัฐ "มหาวิทยาลัยเทคนิค UFA STATE PETROLEUM"

การเปลี่ยนแปลงของปริมาณทางกายภาพในกระบวนการ ตอนที่ 1 1. อุณหภูมิของตู้เย็นของฮีทเอ็นจิ้นในอุดมคติลดลง ทำให้อุณหภูมิฮีตเตอร์เท่าเดิม ปริมาณความร้อนที่ก๊าซได้รับจากเครื่องทำความร้อน

งาน 2.16 การศึกษาการพึ่งพาความหนืดของสารอสัณฐานกับอุณหภูมิและการหาพลังงานกระตุ้นของโมเลกุลของน้ำ อุปกรณ์: เครื่องวัดความสม่ำเสมอ, นาฬิกาจับเวลา, ทดสอบร่างกายอสัณฐาน, บทนำ

18.2 แผนภาพสถานะ จุดสามจุด. การแปลงเฟสถูกกำหนดโดยการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิและความดัน สำหรับการแสดงภาพของการแปลงเฟสจะใช้แผนภาพสถานะซึ่ง

งานสำหรับการควบคุม 2 งานควบคุมดำเนินการในบท: "เครื่องยนต์ความร้อน", "ทฤษฎีจลนพลศาสตร์ระดับโมเลกุลของก๊าซในอุดมคติ" และ "สถานะรวมของสสาร" หากนักเรียนทำครบทุกข้อ

KALMYTSK STATE UNIVERSITY ภาควิชาฟิสิกส์ทั่วไป งานห้องปฏิบัติการ 9 "การหาค่าความร้อนของการแปรเปลี่ยนของน้ำเป็นไอน้ำที่จุดเดือด" ห้องปฏิบัติการ 211 งานห้องปฏิบัติการ 9 "การหาค่าความร้อน

งานฝึกอบรม MKT (A) ปรากฏการณ์ใดที่พิสูจน์ได้อย่างน่าเชื่อถือที่สุดว่ามีแรงผลักระหว่างโมเลกุล) การแพร่กระจาย) การเคลื่อนที่แบบบราวเนียน) การเคลื่อนไหวของโมเลกุลที่ไม่เป็นระเบียบ 4)

งานส่วนบุคคล N 7 1.1 เรือสองลำที่มีปริมาตรเท่ากันมีออกซิเจน ในเรือลำหนึ่งความดัน P 1 = 2 MPa และอุณหภูมิ T 1 = 800 K ในอีก P 2 = 2.5 MPa, T 2 = 200 K เรือเชื่อมต่อกันด้วยท่อ

การมอบหมายการทดลอง สังเกตความเย็นของน้ำในภาชนะ ถ้าน้ำสะอาด ถ้าชั้นบางๆ ของน้ำมันดอกทานตะวันหรือนมเทลงบนผิวน้ำ วัตถุประสงค์ของงาน : เพื่อเรียนรู้วิธีวัดอัตราการทำความเย็น

กระทรวงศึกษาธิการและวิทยาศาสตร์เยาวชนและกีฬาของสถาบันการศึกษาระดับสูงของรัฐยูเครน "National Mining University" คำแนะนำตามระเบียบวิธีสำหรับห้องปฏิบัติการ 3 การกำหนดสัมประสิทธิ์

2.3. พื้นฐานของเทอร์โมไดนามิกส์ กฎและสูตรพื้นฐาน เทอร์โมไดนามิกส์ตรวจสอบคุณสมบัติทางความร้อนของก๊าซ ของเหลว และของแข็ง ระบบทางกายภาพในอุณหพลศาสตร์ (มักเรียกว่าอุณหพลศาสตร์) คือ

การกำหนดอัตราส่วน C P / C V สำหรับอากาศโดยวิธี CLEMAN-DESORM อุปกรณ์เสริม: การตั้งค่าแบบทดลองที่สมบูรณ์ บทนำ. ตามกฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์ ความร้อนที่จ่ายให้กับเทอร์โมไดนามิกส์

ห้องปฏิบัติการ 21 การกำหนดความตึงผิวของของเหลว วัตถุประสงค์ของงาน: การวัดแรงตึงผิวของของเหลวโดยวิธีการแยกหยดที่อุณหภูมิห้อง อุปกรณ์: หยด,

เรียบเรียงโดย: Yargaeva V.A. WORK การสร้างแผนภูมิฟิวชันของระบบสององค์ประกอบ วัตถุประสงค์ของงาน: เพื่อเป็นหลักในการวิเคราะห์เชิงความร้อน: เพื่อบันทึกเส้นโค้งการระบายความร้อนของส่วนประกอบบริสุทธิ์และสารผสมไบนารีของต่างๆ

การวัดค่าสัมประสิทธิ์ความหนืดของของเหลวโดยวิธี STOKS คำแนะนำตามระเบียบวิธีสำหรับห้องปฏิบัติการ กระทรวงศึกษาธิการและวิทยาศาสตร์ RF แห่งชาติ วิจัย TOMSK รัฐ

งานสำหรับโฮมเพจส่วนบุคคล 5 (กราฟที่ท้ายไฟล์) 1. ฟองอากาศที่ด้านล่างของทะเลสาบลึก 16 ม. มีปริมาตร 1.1 ซม. 3 อุณหภูมิที่ด้านล่างคือ 5 C และที่พื้นผิว 16 C . กำหนด

งาน 22 การหาความหนาแน่นของมวลและวัตถุที่มีรูพรุน อุปกรณ์: เรือสองลำที่เหมือนกัน manometer ของเหลว มวลหรือวัตถุมีรูพรุน บทนำ ดังที่คุณทราบความหนาแน่นของสาร ρ = m, (1) V โดยที่ m คือมวล

งานห้องปฏิบัติการเสมือน 6 การกำหนดอัตราส่วนของความจุความร้อนโมลาร์ C / C v สำหรับอากาศ (การจำลองด้วยคอมพิวเตอร์) V. V. Monakhov, A. V. Kozhedub, A. V. Smirnov วัตถุประสงค์ของงานคือการกำหนดการทดลอง

งานห้องปฏิบัติการ "การวัดความเร่งโน้มถ่วง" วัตถุประสงค์ของงาน: เพื่อกำหนดความเร่งของแรงโน้มถ่วงโดยใช้ลูกตุ้มเกลียว อุปกรณ์และวัสดุ: ขาตั้งพร้อมคลัตช์และเท้า น้ำหนักมวล

17.3 เอฟเฟกต์จูล-ทอมสัน หากก๊าซขยายตัวแบบอะเดียแบติกและทำงาน ก๊าซนั้นจะต้องเย็นลง เนื่องจากงานที่ทำนั้นทำด้วยพลังงานภายใน นี้ถูกสังเกต

ฟิสิกส์ เกรด 8 หัวข้อบทเรียน: "การหลอมละลายและการแข็งตัวของร่างกาย" วัตถุประสงค์ของบทเรียน: เรื่อง: เพื่อให้แน่ใจว่าการรวมแนวคิดพื้นฐานและการประยุกต์ใช้ความรู้และวิธีการดำเนินการในหัวข้อ จัดกิจกรรมเพื่ออิสระ

ฟิสิกส์โมเลกุล ปรากฏการณ์ความร้อน

การทดลองพิสูจน์บทบัญญัติหลักของ ICB:

ทฤษฎีจลนพลศาสตร์ระดับโมเลกุล- หลักคำสอนเรื่องโครงสร้างและคุณสมบัติของสสาร โดยใช้แนวคิดของการมีอยู่ของอะตอมและโมเลกุลเป็นอนุภาคที่เล็กที่สุดของสารเคมี MKT อิงตามการยืนยันสามข้อที่พิสูจน์แล้วผ่านการทดลองอย่างเคร่งครัด:

สสารประกอบด้วยอนุภาค - อะตอมและโมเลกุลซึ่งมีช่องว่างระหว่างกัน

อนุภาคเหล่านี้เคลื่อนไหวอย่างไม่เป็นระเบียบ ความเร็วซึ่งได้รับอิทธิพลจากอุณหภูมิ

อนุภาคมีปฏิสัมพันธ์ซึ่งกันและกัน

ข้อเท็จจริงที่ว่าสารประกอบด้วยโมเลกุลจริงๆ สามารถพิสูจน์ได้ด้วยการกำหนดขนาด น้ำมันหยดหนึ่งกระจายไปทั่วผิวน้ำ ก่อตัวเป็นชั้นซึ่งมีความหนาเท่ากับเส้นผ่านศูนย์กลางของโมเลกุล หยดที่มีปริมาตร 1 mm3 ไม่สามารถกระจายได้เกิน 0.6 m2:

นอกจากนี้ยังมีวิธีอื่นในการพิสูจน์การมีอยู่ของโมเลกุล แต่ไม่จำเป็นต้องระบุ: อุปกรณ์ที่ทันสมัย (กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน เครื่องฉายไอออน) ช่วยให้คุณเห็นอะตอมและโมเลกุลแต่ละตัว

แรงปฏิสัมพันธ์ของโมเลกุล... ก) ปฏิสัมพันธ์เป็นแม่เหล็กไฟฟ้าในธรรมชาติ b) แรงระยะสั้นพบได้ในระยะทางที่เทียบได้กับขนาดของโมเลกุล c) มีระยะทางดังกล่าวเมื่อแรงดึงดูดและแรงผลักเท่ากัน (R0) หาก R> R0 แรงดึงดูดจะเหนือกว่าหาก R

การกระทำของแรงดึงดูดโมเลกุลเปิดเผยในการทดลองกับกระบอกสูบตะกั่วซึ่งเกาะติดกันหลังจากทำความสะอาดพื้นผิว

โมเลกุลและอะตอมใน แข็งทำให้เกิดการสั่นสะเทือนแบบสุ่มสัมพันธ์กับตำแหน่งที่แรงดึงดูดและแรงผลักจากอะตอมใกล้เคียงมีความสมดุล ใน ของเหลวโมเลกุลไม่เพียงสั่นสะเทือนเกี่ยวกับตำแหน่งสมดุล แต่ยังกระโดดจากตำแหน่งสมดุลหนึ่งไปยังตำแหน่งที่อยู่ติดกัน การกระโดดของโมเลกุลเหล่านี้เป็นสาเหตุของการไหลของของเหลว ความสามารถในการสร้างรูปร่างของเรือ ใน ก๊าซโดยปกติระยะห่างระหว่างอะตอมและโมเลกุลจะใหญ่กว่าขนาดของโมเลกุลโดยเฉลี่ย แรงผลักที่ระยะทางไกลไม่ทำปฏิกิริยาดังนั้นก๊าซจึงถูกบีบอัดได้ง่าย แทบไม่มีแรงดึงดูดระหว่างโมเลกุลของแก๊ส ดังนั้น ก๊าซจึงมีคุณสมบัติในการขยายตัวอย่างไม่มีกำหนด

มวลและขนาดของโมเลกุล ค่าคงที่อโวกาโดร:

สารใด ๆ ประกอบด้วยอนุภาค ดังนั้น ปริมาณของสารถือว่าเป็นสัดส่วนกับจำนวนอนุภาค หน่วยของปริมาณของสารคือ ตุ่น. มอดเท่ากับปริมาณของสสารในระบบที่มีอนุภาคมากเท่ากับที่มีอะตอมในคาร์บอน 0.012 กิโลกรัม

อัตราส่วนของจำนวนโมเลกุลต่อปริมาณของสารเรียกว่า ค่าคงที่อะโวกาโดร:

ค่าคงที่ของอโวกาโดรเท่ากับ /> แสดงจำนวนอะตอมหรือโมเลกุลที่มีอยู่ในสารหนึ่งโมล

ปริมาณของสารสามารถหาได้จากอัตราส่วนของจำนวนอะตอมหรือโมเลกุลของสารต่อค่าคงที่ของ Avogadro:

มวลกรามเรียกว่าค่าเท่ากับอัตราส่วนของมวลของสารต่อปริมาณของสาร:

มวลโมลาร์สามารถแสดงในรูปของมวลของโมเลกุล:

เพื่อกำหนด มวลโมเลกุลคุณต้องหารมวลของสารด้วยจำนวนโมเลกุลในนั้น:

บราวเนียนเคลื่อนไหว:

บราวเนียนโมชั่น- การเคลื่อนที่ด้วยความร้อนของอนุภาคที่ลอยอยู่ในก๊าซหรือของเหลว นักพฤกษศาสตร์ชาวอังกฤษ Robert Brown (1773 - 1858) ในปี 1827 ค้นพบการเคลื่อนที่อย่างไม่เป็นระเบียบของอนุภาคของแข็งที่มองเห็นได้ในกล้องจุลทรรศน์ในของเหลว ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าการเคลื่อนที่แบบบราวเนียน การเคลื่อนไหวนี้ไม่หยุด เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นความเข้มจะเพิ่มขึ้น การเคลื่อนที่แบบบราวเนียนเป็นผลมาจากความผันผวนของแรงดัน (ค่าเบี่ยงเบนที่สังเกตได้จากค่าเฉลี่ย)

สาเหตุของการเคลื่อนที่แบบบราวเนียนของอนุภาคก็คือผลกระทบของโมเลกุลของเหลวที่มีต่ออนุภาคนั้นไม่ได้หักล้างซึ่งกันและกัน

ก๊าซในอุดมคติ:

ในก๊าซที่หายาก ระยะห่างระหว่างโมเลกุลจะมากกว่าขนาดของมันหลายเท่า ในกรณีนี้ ปฏิกิริยาระหว่างโมเลกุลจะน้อยมาก และพลังงานจลน์ของโมเลกุลนั้นสูงกว่าพลังงานศักย์ของการปฏิสัมพันธ์ของพวกมันมาก

เพื่ออธิบายคุณสมบัติของสารในสถานะก๊าซ แทนที่จะใช้ก๊าซจริง จะใช้แบบจำลองทางกายภาพของสารนั้น ซึ่งเป็นก๊าซในอุดมคติ โมเดลถือว่า:

ระยะห่างระหว่างโมเลกุลใหญ่กว่าเส้นผ่านศูนย์กลางเล็กน้อย

โมเลกุล - ลูกบอลยืดหยุ่น

แรงดึงดูดไม่กระทำระหว่างโมเลกุล

เมื่อโมเลกุลชนกันและกับผนังของภาชนะ แรงจะน่ารังเกียจ

การเคลื่อนที่ของโมเลกุลเป็นไปตามกฎของกลศาสตร์

สมการพื้นฐานของแก๊สในอุดมคติ MKT:

สมการพื้นฐานของ MKT ช่วยให้คุณสามารถคำนวณความดันแก๊สได้หากทราบมวลของโมเลกุล ค่าเฉลี่ยของกำลังสองของความเร็ว และความเข้มข้นของโมเลกุล

แรงดันแก๊สในอุดมคติอยู่ในความจริงที่ว่าโมเลกุลที่ชนกับผนังของเรือมีปฏิสัมพันธ์กับพวกมันตามกฎของกลศาสตร์ในฐานะวัตถุยืดหยุ่น เมื่อโมเลกุลชนกับผนังหลอดเลือด การฉายภาพของความเร็ว vx ของเวกเตอร์ความเร็วบนแกน OX ตั้งฉากกับผนังจะเปลี่ยนเครื่องหมายของมันไปทางตรงกันข้าม แต่ยังคงที่ในค่าสัมบูรณ์ ดังนั้น เนื่องจากการชนกันของโมเลกุลกับผนัง การฉายภาพของโมเมนตัมบนแกน OX จึงเปลี่ยนจาก mv1x = -mvx เป็น mv2x = mvx การเปลี่ยนแปลงโมเมนตัมของโมเลกุลเมื่อชนกับผนังทำให้เกิดแรง F1 กระทำต่อมันจากด้านข้างของกำแพง การเปลี่ยนแปลงโมเมนตัมของโมเลกุลเท่ากับโมเมนตัมของแรงนี้:

ในระหว่างการชน ตามกฎข้อที่สามของนิวตัน โมเลกุลจะกระทำกับกำแพงโดยมีแรง F2 เท่ากับแรง F1 และพุ่งไปในทิศทางตรงกันข้าม

มีหลายโมเลกุล และแต่ละโมเลกุลส่งแรงกระตุ้นเดียวกันไปที่ผนังเมื่อชนกัน ในวินาทีที่พวกมันถ่ายโอนโมเมนตัม /> โดยที่ z คือจำนวนการชนของโมเลกุลทั้งหมดกับผนังซึ่งเป็นสัดส่วนกับความเข้มข้นของโมเลกุลในก๊าซ ความเร็วของโมเลกุล และพื้นที่ผิวของผนัง : />. โมเลกุลเพียงครึ่งเดียวเท่านั้นที่เคลื่อนที่ไปที่ผนัง ส่วนที่เหลือเคลื่อนที่ไปในทิศทางตรงกันข้าม: /> จากนั้นแรงกระตุ้นทั้งหมดจะถูกส่งไปยังกำแพงใน 1 วินาที: /> ตามกฎข้อที่สองของนิวตัน การเปลี่ยนแปลงโมเมนตัมของร่างกายต่อหน่วยเวลาจะเท่ากับแรงที่กระทำต่อวัตถุนั้น:

เนื่องจากไม่ใช่ทุกโมเลกุลจะมีความเร็วเท่ากัน แรงที่กระทำต่อผนังจะเป็นสัดส่วนกับกำลังสองเฉลี่ยของความเร็ว เนื่องจากโมเลกุลเคลื่อนที่ในทุกทิศทาง ค่าเฉลี่ยกำลังสองของการฉายภาพความเร็วจึงเท่ากัน ดังนั้น ค่าเฉลี่ยกำลังสองของการฉายภาพความเร็ว: />; />. จากนั้นแรงดันแก๊สที่ผนังถังจะเท่ากับ:

/> เป็นสมการพื้นฐานของ MKT

แสดงถึงค่าเฉลี่ยของพลังงานจลน์ของการเคลื่อนที่เชิงแปลของโมเลกุลก๊าซในอุดมคติ:

/> เราได้รับ

อุณหภูมิและการวัด:

สมการพื้นฐานของ MKT สำหรับก๊าซในอุดมคติสร้างความสัมพันธ์ระหว่างพารามิเตอร์มาโครสโคปิกที่วัดได้ง่าย - ความดัน - กับพารามิเตอร์จุลภาคของก๊าซเป็นพลังงานจลน์เฉลี่ยและความเข้มข้นของโมเลกุล แต่เมื่อวัดเฉพาะความดันแล้ว เราไม่สามารถหาค่าเฉลี่ยของพลังงานจลน์ของโมเลกุลแยกจากกัน หรือความเข้มข้นของพวกมัน ดังนั้น ในการหาค่าพารามิเตอร์ด้วยกล้องจุลทรรศน์ของก๊าซ จำเป็นต้องมีการวัดปริมาณทางกายภาพอื่นๆ ที่เกี่ยวข้องกับพลังงานจลน์เฉลี่ยของโมเลกุล ค่านี้คือ อุณหภูมิ.

วัตถุขนาดใหญ่หรือกลุ่มวัตถุขนาดใหญ่ภายใต้สภาวะภายนอกคงที่จะผ่านเข้าสู่สภาวะสมดุลทางความร้อนโดยธรรมชาติ สมดุลความร้อน -เป็นสถานะที่พารามิเตอร์มหภาคทั้งหมดยังคงไม่เปลี่ยนแปลงเป็นเวลานานโดยพลการ

อุณหภูมิแสดงถึงสภาวะสมดุลทางความร้อนของระบบร่างกาย: ร่างกายทั้งหมดของระบบซึ่งอยู่ในสมดุลความร้อนซึ่งกันและกันมีอุณหภูมิเท่ากัน.

ในการวัดอุณหภูมิ คุณสามารถใช้การเปลี่ยนแปลงในค่าระดับมหภาคขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ: ปริมาตร ความดัน ความต้านทานไฟฟ้า ฯลฯ

ในทางปฏิบัติส่วนใหญ่มักใช้การพึ่งพาปริมาตรของของเหลว (ปรอทหรือแอลกอฮอล์) กับอุณหภูมิ เมื่อทำการปรับเทียบเทอร์โมมิเตอร์ อุณหภูมิของน้ำแข็งละลายมักจะถูกนำมาใช้เป็นแหล่งกำเนิด (0); จุดคงที่ที่สอง (100) คือจุดเดือดของน้ำที่ความดันบรรยากาศปกติ (ระดับเซลเซียส) เนื่องจากของเหลวต่างๆ จะขยายตัวไม่สม่ำเสมอเมื่อถูกความร้อน ระดับที่กำหนดในลักษณะนี้จะขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของของเหลวที่ให้มาในระดับหนึ่ง แน่นอน 0 และ 100 ° C จะเหมือนกันสำหรับเทอร์โมมิเตอร์ทั้งหมด แต่ 50 ° C จะไม่เหมือนกัน

ต่างจากของเหลว ก๊าซที่เกิดจากการทำให้บริสุทธิ์ทั้งหมดขยายตัวเมื่อถูกความร้อนในลักษณะเดียวกัน และเปลี่ยนความดันในลักษณะเดียวกันเมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลง ดังนั้นในฟิสิกส์เพื่อสร้างมาตราส่วนอุณหภูมิที่มีเหตุผลจึงใช้การเปลี่ยนแปลงความดันของก๊าซหายากจำนวนหนึ่งที่ปริมาตรคงที่หรือการเปลี่ยนแปลงปริมาตรของก๊าซที่ความดันคงที่ มาตราส่วนนี้บางครั้งเรียกว่า มาตราส่วนอุณหภูมิก๊าซในอุดมคติ.

ที่สมดุลทางความร้อน พลังงานจลน์เฉลี่ยของการเคลื่อนที่เชิงแปลของโมเลกุลของก๊าซทั้งหมดจะเท่ากัน ความดันเป็นสัดส่วนโดยตรงกับพลังงานจลน์เฉลี่ยของการเคลื่อนที่เชิงแปลของโมเลกุล: /> ในสภาวะสมดุลทางความร้อน หากความดันของก๊าซในมวลและปริมาตรที่กำหนดคงที่ พลังงานจลน์เฉลี่ยของโมเลกุลก๊าซจะต้องมีค่าที่กำหนดไว้อย่างเคร่งครัด เช่น อุณหภูมิ ไปที่ /> จากนั้น /> หรือ /> เราหมายถึง /> ค่าของ / เพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นและไม่ขึ้นกับสิ่งอื่นใดนอกจากอุณหภูมิ ดังนั้นจึงถือได้ว่าเป็นการวัดอุณหภูมิตามธรรมชาติ

ระดับอุณหภูมิสัมบูรณ์:

เราจะพิจารณาค่า /> ซึ่งวัดเป็นหน่วยพลังงาน เป็นสัดส่วนโดยตรงกับอุณหภูมิ /> แสดงเป็นองศา: /> โดยที่ /> คือสัมประสิทธิ์ของสัดส่วน ค่าสัมประสิทธิ์ /> เพื่อเป็นเกียรติแก่นักฟิสิกส์ชาวออสเตรีย L. Boltzmann เรียกว่า ค่าคงที่โบลต์ซมันน์

ดังนั้น /> อุณหภูมิที่กำหนดโดยสูตรนี้ไม่สามารถเป็นลบได้ ดังนั้นอุณหภูมิต่ำสุดที่เป็นไปได้คือ 0 หากความดันหรือปริมาตรเป็นศูนย์

อุณหภูมิจำกัดที่ความดันของก๊าซในอุดมคติหายไปในปริมาตรคงที่หรือปริมาตรของก๊าซในอุดมคติมีแนวโน้มเป็นศูนย์ที่ความดันคงที่เรียกว่าอุณหภูมิศูนย์สัมบูรณ์.

นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ W. Kelvin ได้แนะนำมาตราส่วนอุณหภูมิสัมบูรณ์ อุณหภูมิศูนย์ในระดับเคลวินสอดคล้องกับศูนย์สัมบูรณ์ และแต่ละหน่วยของอุณหภูมิในสเกลนี้จะเท่ากับองศาในสเกลเซลเซียส หน่วยของอุณหภูมิสัมบูรณ์ใน SI เรียกว่า เคลวิน:/>. เพราะเหตุนี้, อุณหภูมิสัมบูรณ์คือการวัดพลังงานจลน์เฉลี่ยของการเคลื่อนที่ของโมเลกุล

ความเร็วโมเลกุลของแก๊ส:

เมื่อทราบอุณหภูมิสัมบูรณ์แล้ว เราจะสามารถหาพลังงานจลน์เฉลี่ยของโมเลกุลแก๊สได้ และด้วยเหตุนี้ ค่ากำลังสองเฉลี่ยของความเร็วของพวกมัน

รากที่สองของปริมาณนี้เรียกว่า อัตราเร็วเฉลี่ย:

การทดลองเพื่อหาความเร็วของโมเลกุลได้พิสูจน์ความถูกต้องของสูตรนี้แล้ว หนึ่งในการทดลองเสนอโดย O. Stern ในปี 1920

สมการก๊าซในอุดมคติของรัฐ (สมการ Mendeleev - Clapeyron) ค่าคงที่ของแก๊สสากล:

ขึ้นอยู่กับการพึ่งพาแรงดันแก๊สต่อความเข้มข้นของโมเลกุลและอุณหภูมิ สมการสามารถหาได้โดยเชื่อมโยงพารามิเตอร์ระดับมหภาคทั้งสาม: ความดัน ปริมาตร และอุณหภูมิ ซึ่งแสดงลักษณะของสถานะของมวลที่กำหนดของก๊าซที่ผ่านการกลั่นกรองอย่างเพียงพอ สมการนี้เรียกว่าสมการก๊าซอุดมคติของรัฐ

/> โดยที่ /> คือค่าคงที่แก๊สสากล

/> สำหรับมวลของก๊าซที่กำหนด ดังนั้น

PAGE_BREAK--

/> คือสมการของ Clapeyron

กระบวนการไอโซเทอร์มอล ไอโซโคริก และไอโซบาริก:

ความสัมพันธ์เชิงปริมาณระหว่างพารามิเตอร์ก๊าซสองตัวที่ค่าคงที่ของพารามิเตอร์ที่สามเรียกว่ากฎของแก๊ส และกระบวนการที่ดำเนินการด้วยค่าที่ไม่เปลี่ยนแปลงของพารามิเตอร์ตัวใดตัวหนึ่งคือกระบวนการไอโซโพรเซส

กระบวนการไอโซเทอร์มอล- กระบวนการเปลี่ยนสถานะของระบบอุณหพลศาสตร์ของวัตถุขนาดใหญ่ที่อุณหภูมิคงที่

/> สำหรับ />

สำหรับก๊าซที่มีมวลที่กำหนด ผลคูณของแรงดันแก๊สและปริมาตรจะคงที่หากอุณหภูมิของแก๊สไม่เปลี่ยนแปลง- กฎของบอยล์ - มาริออตต์

กระบวนการไอโซคอริก- กระบวนการเปลี่ยนสถานะของระบบอุณหพลศาสตร์ของร่างกายมหภาคที่ปริมาตรคงที่

/> สำหรับ />

สำหรับก๊าซที่มีมวลที่กำหนด อัตราส่วนของความดันต่ออุณหภูมิจะคงที่หากปริมาตรของก๊าซไม่เปลี่ยนแปลง... - กฎของชาร์ลส์

กระบวนการไอโซบาริก- กระบวนการเปลี่ยนสถานะของระบบอุณหพลศาสตร์ของร่างกายมหภาคที่ความดันคงที่

/> สำหรับ />

สำหรับก๊าซที่มีมวลที่กำหนด อัตราส่วนของปริมาตรต่ออุณหภูมิจะคงที่ถ้าความดันแก๊สไม่เปลี่ยนแปลง... - กฎของเกย์-ลูสแซก

กำลังภายใน:

พลังงานภายในของวัตถุขนาดใหญ่เท่ากับผลรวมของพลังงานจลน์ของการเคลื่อนที่แบบสุ่มของโมเลกุลทั้งหมด (หรืออะตอม) ที่สัมพันธ์กับจุดศูนย์กลางมวลของร่างกายและพลังงานศักย์ของการปฏิสัมพันธ์ของโมเลกุลทั้งหมดที่มีกันและกัน (แต่ ไม่ใช่กับโมเลกุลของวัตถุอื่น)

ในกระบวนการใดๆ ในระบบเทอร์โมไดนามิกที่แยกได้ พลังงานภายในยังคงไม่เปลี่ยนแปลง />

พลังงานภายในของก๊าซในอุดมคติ

เพื่อคำนวณพลังงานภายในของอุดมคติ monatomicก๊าซที่มีมวล /> จำเป็นต้องคูณพลังงานจลน์เฉลี่ยของหนึ่งอะตอม /> ด้วยจำนวนอะตอม /> โดยคำนึงถึงว่า /> เราได้รับค่าพลังงานภายในของก๊าซในอุดมคติ:

หากก๊าซในอุดมคติประกอบด้วยโมเลกุลที่ซับซ้อนกว่าโมเลกุลเดี่ยว พลังงานภายในของมันจะเท่ากับผลรวมของการเคลื่อนที่เชิงแปลและการหมุนของโมเลกุล

สำหรับ ไดอะตอมแก๊ส: />

สำหรับ polyatomicแก๊ส: />

สำหรับก๊าซ ของเหลว และของแข็งจริง พลังงานศักย์เฉลี่ยของปฏิกิริยาของโมเลกุลไม่เท่ากับศูนย์ สำหรับก๊าซ จะน้อยกว่าพลังงานจลน์เฉลี่ยของโมเลกุลมาก แต่สำหรับของแข็งและของเหลว เทียบได้กับมัน พลังงานศักย์เฉลี่ยของปฏิกิริยาของโมเลกุลขึ้นอยู่กับปริมาตรของสาร เนื่องจากเมื่อปริมาตรเปลี่ยนแปลง ระยะห่างเฉลี่ยระหว่างโมเลกุลจะเปลี่ยนไป เพราะเหตุนี้, พลังงานภายในในอุณหพลศาสตร์ในกรณีทั่วไปพร้อมกับอุณหภูมิก็ขึ้นอยู่กับปริมาตรด้วย

ปริมาณความร้อน:

กระบวนการถ่ายเทพลังงานจากร่างกายหนึ่งไปยังอีกร่างกายหนึ่งโดยไม่ต้องทำงานเรียกว่า การแลกเปลี่ยนความร้อนหรือ การถ่ายเทความร้อน... การถ่ายเทความร้อนเกิดขึ้นระหว่างร่างกายที่มีอุณหภูมิต่างกัน เมื่อมีการสัมผัสกันระหว่างร่างกายที่มีอุณหภูมิต่างกัน พลังงานภายในส่วนหนึ่งจะถูกถ่ายโอนจากร่างกายที่มีอุณหภูมิสูงกว่าไปยังร่างกายที่มีอุณหภูมิต่ำกว่า พลังงานที่ถ่ายโอนไปยังร่างกายอันเป็นผลมาจากการแลกเปลี่ยนความร้อนเรียกว่า ปริมาณความอบอุ่น.

ความร้อนจำเพาะของสาร:

หากกระบวนการถ่ายเทความร้อนไม่ได้มาพร้อมกับการทำงาน ตามกฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์ ปริมาณความร้อนจะเท่ากับการเปลี่ยนแปลงของพลังงานภายในร่างกาย: />

พลังงานเฉลี่ยของการเคลื่อนที่เชิงการแปลแบบสุ่มของโมเลกุลเป็นสัดส่วนกับอุณหภูมิสัมบูรณ์ การเปลี่ยนแปลงพลังงานภายในของร่างกายเท่ากับผลรวมเชิงพีชคณิตของการเปลี่ยนแปลงพลังงานของอะตอมหรือโมเลกุลทั้งหมด ซึ่งจำนวนดังกล่าวเป็นสัดส่วนกับมวลของร่างกาย ดังนั้น การเปลี่ยนแปลงของพลังงานภายในจึงทำให้ ปริมาณความร้อนเป็นสัดส่วนกับมวลและการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ:

ตัวประกอบสัดส่วนในสมการนี้เรียกว่า ความร้อนจำเพาะของสาร... ความร้อนจำเพาะแสดงให้เห็นว่าต้องใช้ความร้อนเท่าใดในการให้ความร้อนแก่สาร 1 กิโลกรัมต่อ 1 K

ทำงานในอุณหพลศาสตร์:

ในกลศาสตร์ งานถูกกำหนดเป็นผลคูณของโมดูลของแรงและการกระจัดและโคไซน์ของมุมระหว่างพวกเขา งานจะดำเนินการเมื่อแรงกระทำต่อวัตถุที่เคลื่อนที่และมีค่าเท่ากับการเปลี่ยนแปลงของพลังงานจลน์

ในอุณหพลศาสตร์ ไม่พิจารณาการเคลื่อนไหวของร่างกายโดยรวม แต่เป็นเรื่องเกี่ยวกับการเคลื่อนไหวของส่วนต่างๆ ของร่างกายมหภาคที่สัมพันธ์กัน เป็นผลให้ปริมาตรของร่างกายเปลี่ยนไปและความเร็วยังคงเท่ากับศูนย์ การทำงานในอุณหพลศาสตร์ถูกกำหนดในลักษณะเดียวกับในกลศาสตร์ แต่มันเท่ากับการเปลี่ยนแปลงไม่ใช่ในพลังงานจลน์ของร่างกาย แต่ในพลังงานภายใน

เมื่องานเสร็จสิ้น (การบีบอัดหรือการขยายตัว) พลังงานภายในของก๊าซจะเปลี่ยนไป เหตุผลนี้มีดังนี้: ระหว่างการชนกันแบบยืดหยุ่นของโมเลกุลก๊าซกับลูกสูบเคลื่อนที่ พลังงานจลน์ของพวกมันจะเปลี่ยนไปมาคำนวณการทำงานของแก๊สระหว่างการขยายตัวกัน แก๊สกระทำต่อลูกสูบด้วยแรง /> โดยที่ /> คือแรงดันแก๊ส และ /> คือพื้นที่ผิว /> ของลูกสูบ เมื่อก๊าซขยายตัว ลูกสูบจะเคลื่อนที่ไปในทิศทางของแรง /> ในระยะเล็กน้อย /> ถ้าระยะทางน้อย ก็ถือว่าแรงดันแก๊สคงที่ งานแก๊สเท่ากับ:

โดยที่ /> คือการเปลี่ยนแปลงของปริมาตรแก๊ส

ในกระบวนการขยายตัว ก๊าซจะทำงานในเชิงบวก เนื่องจากทิศทางของแรงและการเคลื่อนที่ตรงกัน ในกระบวนการขยายตัว ก๊าซจะให้พลังงานแก่วัตถุโดยรอบ

งานที่ทำโดยวัตถุภายนอกเกี่ยวกับแก๊สนั้นแตกต่างจากงานของแก๊สเพียงเครื่องหมาย /> เนื่องจากแรง /> ที่กระทำต่อแก๊สนั้นตรงกันข้ามกับแรง /> ที่แก๊สกระทำต่อลูกสูบและคือ เท่ากับค่าสัมบูรณ์ (กฎข้อที่สามของนิวตัน); และการเคลื่อนไหวยังคงเหมือนเดิม ดังนั้นงานของแรงภายนอกจึงเท่ากับ:

กฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์:

กฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์คือกฎการอนุรักษ์พลังงานซึ่งขยายไปสู่ปรากฏการณ์ทางความร้อน กฎการอนุรักษ์พลังงาน: พลังงานในธรรมชาติไม่ได้เกิดขึ้นจากความว่างเปล่าและไม่หายไป ปริมาณของพลังงานนั้นไม่แปรผัน มันส่งผ่านจากรูปแบบหนึ่งไปยังอีกรูปแบบหนึ่งเท่านั้น

ในอุณหพลศาสตร์พิจารณาร่างกายซึ่งตำแหน่งของจุดศูนย์ถ่วงซึ่งแทบไม่เปลี่ยนแปลง พลังงานกลของวัตถุดังกล่าวยังคงที่และมีเพียงพลังงานภายในเท่านั้นที่สามารถเปลี่ยนแปลงได้ พลังงานภายในสามารถเปลี่ยนได้สองวิธี: โดยการถ่ายเทความร้อนและโดยการทำงาน ในกรณีทั่วไป พลังงานภายในเปลี่ยนแปลงทั้งเนื่องจากการถ่ายเทความร้อนและจากประสิทธิภาพการทำงาน กฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์ถูกกำหนดขึ้นอย่างแม่นยำสำหรับกรณีทั่วไปดังกล่าว:

การเปลี่ยนแปลงพลังงานภายในของระบบระหว่างการเปลี่ยนสถานะจากสถานะหนึ่งไปอีกสถานะหนึ่งเท่ากับผลรวมของงานของแรงภายนอกและปริมาณความร้อนที่ถ่ายเทไปยังระบบ:

หากระบบถูกแยกออก จะไม่มีการทำงานใดๆ เกิดขึ้นและจะไม่แลกเปลี่ยนความร้อนกับวัตถุโดยรอบ ตามกฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์ พลังงานภายในของระบบที่แยกได้ยังคงไม่เปลี่ยนแปลง.

โดยคำนึงถึงว่า /> กฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์สามารถเขียนได้ดังนี้:

ปริมาณความร้อนที่ถ่ายเทไปยังระบบใช้เพื่อเปลี่ยนพลังงานภายในและทำงานบนตัวภายนอกโดยระบบ.

กฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์: เป็นไปไม่ได้ที่จะถ่ายเทความร้อนจากระบบที่เย็นกว่าไปยังระบบที่ร้อนกว่าในกรณีที่ไม่มีการเปลี่ยนแปลงอื่น ๆ พร้อมกันในทั้งสองระบบหรือในร่างกายโดยรอบ

การประยุกต์ใช้กฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์กับไอโซโพรเซส:

ที่ กระบวนการ isochoricปริมาตรของแก๊สไม่เปลี่ยนแปลง ดังนั้น การทำงานของแก๊สจึงเป็นศูนย์ การเปลี่ยนแปลงของพลังงานภายในเท่ากับปริมาณความร้อนที่ถ่ายเท:

ที่ กระบวนการไอโซเทอร์มอลพลังงานภายในของก๊าซในอุดมคติไม่เปลี่ยนแปลง ปริมาณความร้อนทั้งหมดที่ถ่ายเทไปยังก๊าซถูกใช้ในการทำงาน:

ที่ กระบวนการไอโซบาริกปริมาณความร้อนที่ถ่ายเทไปยังก๊าซจะเปลี่ยนพลังงานภายในและทำงานที่แรงดันคงที่

กระบวนการอะเดียแบติก:

กระบวนการอะเดียแบติก- ดำเนินการในระบบฉนวนความร้อน ดังนั้น การเปลี่ยนแปลงของพลังงานภายในระหว่างกระบวนการอะเดียแบติกจึงเกิดขึ้นเนื่องจากประสิทธิภาพการทำงานเท่านั้น:

เนื่องจากการทำงานของแรงภายนอกในระหว่างการอัดเป็นบวก พลังงานภายในของก๊าซในระหว่างการอัดแบบอะเดียแบติกจะเพิ่มขึ้น และอุณหภูมิของแก๊สก็สูงขึ้น

ในระหว่างการขยายตัวแบบอะเดียแบติก แก๊สจะทำงานโดยการลดพลังงานภายในลง ดังนั้น อุณหภูมิของแก๊สจะลดลงระหว่างการขยายตัวแบบอะเดียแบติก

หลักการทำงานของเครื่องยนต์ความร้อน:

เครื่องยนต์ความร้อนคือเครื่องยนต์ที่สร้างงานเครื่องกลโดยใช้พลังงานที่ปล่อยออกมาระหว่างการเผาไหม้เชื้อเพลิง เครื่องยนต์ความร้อนบางประเภท:

เครื่องยนต์ไอน้ำ;

กังหันไอน้ำ;

เครื่องยนต์สันดาปภายใน

เครื่องยนต์ไอพ่น

พื้นฐานทางกายภาพของการทำงานของเครื่องยนต์ความร้อนทั้งหมดเหมือนกัน เครื่องยนต์ความร้อนประกอบด้วยสามส่วนหลัก: เครื่องทำความร้อน สื่อการทำงาน และตู้เย็น

ขั้นตอนการทำงานของฮีทเอ็นจิ้น: สารทำงานถูกสัมผัสกับฮีตเตอร์ (/> - สูง) ดังนั้นสารทำงานจึงได้รับจากฮีตเตอร์ /> เนื่องจากปริมาณความร้อนนี้ สารทำงานจึงทำงานเชิงกล จากนั้นนำของเหลวทำงานไปสัมผัสกับตู้เย็น (/> - ต่ำ) ดังนั้นสารทำงานจึงปล่อยความร้อนไปยังตู้เย็น จึงกลับคืนสู่สภาพเดิม ตอนนี้สารทำงานถูกสัมผัสกับฮีตเตอร์และทุกอย่างก็เกิดขึ้นอีกครั้ง เป็นผลให้เครื่องยนต์ความร้อนมีการกระทำเป็นระยะนั่นคือในเครื่องนี้ร่างกายจะทำกระบวนการปิด - วัฏจักร ในแต่ละรอบร่างกายจะทำงาน

/> หรือ />

ประสิทธิภาพมักจะแสดงเป็นเปอร์เซ็นต์:

ประสิทธิภาพเครื่องยนต์ความร้อนและค่าสูงสุด:

ในตอนต้นของศตวรรษที่ 19 วิศวกรชาวฝรั่งเศส Sadi Carnot ได้สำรวจวิธีการปรับปรุงประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ความร้อน เขาคิดค้นวัฏจักรที่ควรสร้างก๊าซในอุดมคติในเครื่องยนต์ความร้อนบางอย่าง เพื่อให้ได้ประสิทธิภาพสูงสุด วัฏจักรการ์โนต์ประกอบด้วยไอโซเทอร์มสองตัวและอะเดียแบทสองตัว

ก๊าซในอุดมคติจะถูกนำไปสัมผัสกับฮีตเตอร์และปล่อยให้ขยายตัวแบบไอโซเทอร์มอล นั่นคือที่อุณหภูมิของฮีตเตอร์ เมื่อก๊าซที่ขยายตัวเข้าสู่สถานะ 2 จะถูกหุ้มฉนวนจากฮีตเตอร์และให้โอกาสในการขยายตัวแบบอะเดียแบติก นั่นคือ แก๊สจะทำงานเนื่องจากการสูญเสียพลังงานภายใน ขยายตัวแบบอะเดียแบติก แก๊สจะถูกทำให้เย็นลงจนอุณหภูมิเท่ากับอุณหภูมิของตู้เย็น (สถานะ 3) ก๊าซจะถูกนำไปสัมผัสกับคอนเดนเซอร์และอัดไอโซเทอร์มอล จ่ายแก๊สให้กับตู้เย็น /> ก๊าซเข้าสู่สถานะ 4 จากนั้นก๊าซจะถูกหุ้มฉนวนจากตู้เย็นและบีบอัดแบบอะเดียแบติก ในกรณีนี้ อุณหภูมิของแก๊สจะเพิ่มขึ้นและถึงอุณหภูมิฮีตเตอร์ กระบวนการนี้ทำซ้ำตั้งแต่ต้น

สูตรคำนวณประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ความร้อนในอุดมคติที่ทำงานตามวัฏจักรคาร์โนต์ด้วยก๊าซในอุดมคติ

คาร์โนต์แสดงให้เห็นว่าประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ความร้อนอื่นๆ (นั่นคือ กับของไหลทำงานที่แตกต่างกันหรือทำงานในรอบที่ต่างกัน) จะน้อยกว่าประสิทธิภาพของวงจรคาร์โนต์ ในทางปฏิบัติ เครื่องจักรที่ทำงานตามวงจร Carnot จะไม่ถูกใช้ แต่สูตร (*) ช่วยให้คุณกำหนดประสิทธิภาพสูงสุดที่อุณหภูมิที่กำหนดของเครื่องทำความร้อนและตู้เย็นได้

เห็นได้ชัดว่าเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพจำเป็นต้องลดอุณหภูมิตู้เย็นและเพิ่มอุณหภูมิของเครื่องทำความร้อน การลดอุณหภูมิของตู้เย็นนั้นไม่มีประโยชน์จริง ๆ เนื่องจากต้องใช้พลังงานเพิ่มเติม นอกจากนี้ยังสามารถเพิ่มอุณหภูมิของฮีตเตอร์ได้ถึงขีดจำกัด เนื่องจากวัสดุที่แตกต่างกันมีความต้านทานความร้อนต่างกันที่อุณหภูมิสูง อย่างไรก็ตาม สูตรการ์โนต์แสดงให้เห็นว่ามีปริมาณสำรองที่ไม่ได้ใช้สำหรับการเพิ่มประสิทธิภาพ เนื่องจากประสิทธิภาพในทางปฏิบัติแตกต่างจากประสิทธิภาพของวงจรการ์โนต์อย่างมาก

ความต่อเนื่อง
--PAGE_BREAK--

เครื่องยนต์ความร้อนและการอนุรักษ์ธรรมชาติ

การระเหยและการควบแน่น, ไออิ่มตัวและไม่อิ่มตัว:

การกระจายพลังงานจลน์ที่ไม่สม่ำเสมอของการเคลื่อนที่เชิงความร้อนของโมเลกุลนำไปสู่ความจริงที่ว่าที่อุณหภูมิใดๆ พลังงานจลน์ของโมเลกุลบางชนิดของของเหลวหรือของแข็งสามารถเกินพลังงานศักย์ของการจับกับโมเลกุลที่เหลือ การระเหยเป็นกระบวนการที่โมเลกุลหลุดออกจากพื้นผิวของของเหลวหรือของแข็ง ซึ่งเป็นพลังงานจลน์ที่มากกว่าพลังงานศักย์ของปฏิกิริยาของโมเลกุลการระเหยจะมาพร้อมกับการทำให้ของเหลวเย็นลง เนื่องจากโมเลกุลที่มีพลังงานจลน์สูงจะปล่อยของเหลวออกไป และพลังงานภายในของของเหลวจะลดลง โมเลกุลที่หลุดรอดออกมาเริ่มเคลื่อนที่แบบสุ่มในการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนของแก๊ส พวกมันสามารถเคลื่อนออกจากพื้นผิวของของเหลวอย่างถาวรหรือกลับสู่ของเหลวอีกครั้ง กระบวนการนี้เรียกว่า การควบแน่น

การระเหยของของเหลวในภาชนะปิดที่อุณหภูมิคงที่จะทำให้ความเข้มข้นของโมเลกุลของสารระเหยในสถานะก๊าซเพิ่มขึ้นทีละน้อย หลังจากเริ่มกระบวนการระเหยไประยะหนึ่ง ความเข้มข้นของสารในสถานะก๊าซถึงค่าดังกล่าว ซึ่งจำนวนโมเลกุลที่กลับคืนสู่ของเหลวต่อหน่วยเวลาจะเท่ากับจำนวนโมเลกุลที่ออกจากพื้นผิวของของเหลวในระหว่าง ในเวลาเดียวกัน สมดุลแบบไดนามิกถูกสร้างขึ้นระหว่างกระบวนการระเหยและการควบแน่นของสาร

สารที่อยู่ในสถานะก๊าซที่อยู่ในสมดุลไดนามิกกับของเหลวเรียกว่า ไอน้ำอิ่มตัว... ไอน้ำตั้งอยู่ที่ความดันต่ำกว่าความดันของไอน้ำอิ่มตัวเรียกว่า ไม่อิ่มตัว.

เมื่อไออิ่มตัวถูกบีบอัด ความเข้มข้นของโมเลกุลของไอจะเพิ่มขึ้น ความสมดุลระหว่างกระบวนการระเหยและการควบแน่นจะถูกละเมิด และส่วนหนึ่งของไอจะกลายเป็นของเหลว ด้วยการขยายตัวของไออิ่มตัว ความเข้มข้นของโมเลกุลจะลดลงและส่วนหนึ่งของของเหลวกลายเป็นไอ ดังนั้นความเข้มข้นของไอน้ำอิ่มตัวจึงคงที่โดยไม่คำนึงถึงปริมาตร เนื่องจากความดันก๊าซเป็นสัดส่วนกับความเข้มข้นและอุณหภูมิ (/>) ความดันไออิ่มตัวที่อุณหภูมิคงที่จึงไม่ขึ้นอยู่กับปริมาตร

ความเข้มข้นของกระบวนการระเหยจะเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิของของเหลวที่เพิ่มขึ้น ดังนั้นสมดุลแบบไดนามิกระหว่างการระเหยและการควบแน่นกับอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นจึงถูกสร้างขึ้นที่ความเข้มข้นสูงของโมเลกุลก๊าซ

ความดันของก๊าซในอุดมคติที่ความเข้มข้นคงที่ของโมเลกุลเพิ่มขึ้นในสัดส่วนโดยตรงกับอุณหภูมิสัมบูรณ์ เนื่องจากความเข้มข้นของโมเลกุลในไอน้ำอิ่มตัวเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น ความดันของไอน้ำอิ่มตัวจะเพิ่มขึ้นเร็วกว่าเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นมากกว่าความดันของก๊าซในอุดมคติที่มีความเข้มข้นของโมเลกุลคงที่ เช่น ความดันไออิ่มตัวเพิ่มขึ้นไม่เพียงเนื่องจากการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิของของเหลว แต่ยังเกิดจากการเพิ่มขึ้นของความเข้มข้นของโมเลกุลไอ

ความแตกต่างที่สำคัญในพฤติกรรมของก๊าซในอุดมคติและไอน้ำอิ่มตัวคือเมื่ออุณหภูมิของไอน้ำในภาชนะปิดเปลี่ยนแปลง (หรือเมื่อปริมาตรเปลี่ยนแปลงที่อุณหภูมิคงที่) มวลของไอน้ำจะเปลี่ยนไป

การพึ่งพาจุดเดือดของของเหลวต่อความดัน:

เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น อัตราการระเหยของของเหลวจะเพิ่มขึ้น และที่อุณหภูมิหนึ่ง ของเหลวจะเริ่มเดือด เมื่อเดือดจะเกิดฟองไอระเหยที่เติบโตอย่างรวดเร็วทั่วทั้งปริมาตรของของเหลวซึ่งลอยขึ้นสู่ผิวน้ำ จุดเดือดของของเหลวคงที่.

ก๊าซที่ละลายน้ำมีอยู่ในของเหลวเสมอ ซึ่งจะถูกปล่อยออกมาที่ด้านล่างและผนังของภาชนะ ไอของของเหลวภายในฟองนั้นอิ่มตัว เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น ความดันไออิ่มตัวจะเพิ่มขึ้น และฟองอากาศก็จะมีขนาดเพิ่มขึ้น ภายใต้การกระทำของแรงพยุงพวกมันจะลอยขึ้นสู่ผิวน้ำ

การพึ่งพาแรงดันไออิ่มตัวต่ออุณหภูมิอธิบายว่าทำไมจุดเดือดของของเหลวจึงขึ้นอยู่กับแรงดันบนพื้นผิวของมัน ฟองไอสามารถเติบโตได้เมื่อความดันของไออิ่มตัวภายในนั้นเกินความดันในของเหลวเล็กน้อย ซึ่งก็คือผลรวมของความดันอากาศบนพื้นผิวของของเหลว (ความดันภายนอก) และความดันอุทกสถิตของคอลัมน์ของเหลว

การเดือดเริ่มต้นที่อุณหภูมิที่ความดันของไออิ่มตัวในฟองอากาศเท่ากับความดันในของเหลว ความดันภายนอกยิ่งสูง จุดเดือดยิ่งสูงขึ้น

ของเหลวแต่ละชนิดมีจุดเดือดของตัวเอง ซึ่งขึ้นอยู่กับความดันไออิ่มตัว ยิ่งความดันไออิ่มตัวสูง จุดเดือดของของเหลวที่สอดคล้องกันก็จะยิ่งต่ำลงเนื่องจากที่อุณหภูมิต่ำกว่าความดันไออิ่มตัวจะเท่ากับบรรยากาศ

เมื่ออุณหภูมิของของเหลวเพิ่มขึ้น ความดันของไออิ่มตัวจะเพิ่มขึ้น และในขณะเดียวกันความหนาแน่นของมันก็เพิ่มขึ้นด้วย ในทางกลับกันความหนาแน่นของของเหลวในสภาวะสมดุลกับไอของมันจะลดลงเนื่องจากการขยายตัวของของเหลวเมื่อได้รับความร้อน

หากในรูปหนึ่งเราวาดเส้นโค้งของการพึ่งพาความหนาแน่นของของเหลวและความหนาแน่นของไออิ่มตัวกับอุณหภูมิ จากนั้นเส้นโค้งจะลดลงสำหรับของเหลวและสำหรับไอน้ำ - ขึ้น

ที่อุณหภูมิหนึ่ง เส้นโค้งทั้งสองจะรวมกัน กล่าวคือ ความหนาแน่นของของเหลวจะเท่ากับความหนาแน่นของไอ

อุณหภูมิวิกฤตคืออุณหภูมิที่ความแตกต่างในคุณสมบัติทางกายภาพระหว่างของเหลวกับไออิ่มตัวจะหายไป

ที่อุณหภูมิสูงกว่าวิกฤต สารจะไม่กลายเป็นของเหลวที่ความดันใดๆ

ความชื้นในอากาศ:

อากาศในบรรยากาศเป็นส่วนผสมของก๊าซและไอน้ำต่างๆ ก๊าซแต่ละชนิดมีส่วนทำให้เกิดความดันรวมที่เกิดจากอากาศในร่างกาย

ความดันที่ไอน้ำจะเกิดขึ้นหากไม่มีก๊าซอื่น ๆ ทั้งหมดเรียกว่าแรงดันบางส่วนของไอน้ำ.

ความชื้นสัมพัทธ์ /> คืออัตราส่วนของความดันบางส่วน /> ไอน้ำที่มีอยู่ในอากาศที่อุณหภูมิที่กำหนดต่อความดัน /> ไออิ่มตัวที่อุณหภูมิเดียวกันแสดงเป็นเปอร์เซ็นต์:

เนื่องจากความดันของไออิ่มตัวจะต่ำกว่า อุณหภูมิที่ลดลง จากนั้นเมื่ออากาศเย็นลง ไอน้ำในไอก็จะอิ่มตัวที่อุณหภูมิหนึ่ง อุณหภูมิ /> ที่ไอน้ำในอากาศอิ่มตัวเรียกว่า จุดน้ำค้าง.

จุดน้ำค้างสามารถใช้เพื่อค้นหาแรงดันไอน้ำในอากาศ เท่ากับความดันไออิ่มตัวที่อุณหภูมิเท่ากับจุดน้ำค้าง ความชื้นสัมพัทธ์ของอากาศสามารถกำหนดได้จากค่าความดันไอในอากาศและความดันไออิ่มตัวที่อุณหภูมิที่กำหนด

วัตถุที่เป็นผลึกและอสัณฐาน:

อสัณฐานร่างกายเรียกว่าคุณสมบัติทางกายภาพที่เหมือนกันในทุกทิศทาง ร่างกายอสัณฐานคือ isotropic- พวกเขาไม่มีระเบียบที่เข้มงวดในการจัดเรียงอะตอม ตัวอย่างของวัตถุอสัณฐานคือชิ้นส่วนของเรซินชุบแข็ง อำพัน แก้ว

ของแข็งซึ่งอะตอมหรือโมเลกุลถูกจัดเรียงอย่างเป็นระเบียบและสร้างโครงสร้างภายในที่ทำซ้ำเป็นระยะ ๆ เรียกว่า คริสตัล... คุณสมบัติทางกายภาพของวัตถุที่เป็นผลึกไม่เหมือนกันในทิศทางที่ต่างกัน แต่เกิดขึ้นพร้อมกันในทิศทางคู่ขนาน คุณสมบัติของผลึกนี้เรียกว่า แอนไอโซโทรปี.

แอนไอโซโทรปีของคุณสมบัติทางกล ความร้อน ไฟฟ้า และทางแสงของผลึกอธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าด้วยการจัดเรียงอะตอม โมเลกุล หรือไอออนตามลำดับ แรงของปฏิกิริยาระหว่างพวกมันกับระยะห่างระหว่างอะตอมจะไม่เท่ากันในทิศทางที่ต่างกัน

ร่างกายผลึกแบ่งออกเป็น ผลึกเดี่ยวและ คริสตัล... ผลึกเดี่ยวบางครั้งมีรูปร่างปกติทางเรขาคณิต แต่คุณสมบัติหลักของผลึกเดี่ยวคือโครงสร้างภายในที่ทำซ้ำเป็นระยะตลอดปริมาตรทั้งหมด ตัวโพลีคริสตัลลีนคือคอลเล็กชันของคริสตัลขนาดเล็กที่เรียงตัวกันอย่างวุ่นวาย คริสตัลไลต์ ซึ่งหลอมรวมเข้าด้วยกัน คริสตัลเดี่ยวขนาดเล็กแต่ละชิ้นของตัวโพลีคริสตัลไลน์เป็นแบบแอนไอโซทรอปิก แต่ตัวคริสตัลไลน์เป็นไอโซโทรปิก

คุณสมบัติทางกลของของแข็ง:

ให้เราพิจารณาคุณสมบัติทางกลของของแข็งด้วยตัวอย่างการเสียรูปแรงดึง ในส่วนใดของร่างกายที่บิดเบี้ยว แรงยืดหยุ่นจะทำหน้าที่ป้องกันการแตกของร่างกายนี้ออกเป็นส่วนๆ ความเครียดทางกลเรียกว่าอัตราส่วนของโมดูลัสความยืดหยุ่นต่อพื้นที่หน้าตัดของร่างกาย:

ที่การเปลี่ยนรูปเล็กน้อย ความเค้น /> จะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับการยืดตัวสัมพัทธ์ /> (ส่วน OA) การพึ่งพาอาศัยกันนี้เรียกว่า กฎของฮุค:

/> โดยที่ /> คือโมดูลัสของ Young

/> หมายถึง /> ตามด้วย />

กฎของฮุคจะสำเร็จได้ก็ต่อเมื่อมีการเสียรูปเพียงเล็กน้อยเท่านั้น ดังนั้น เมื่อเกิดความเค้นจะไม่เกินขีดจำกัดที่กำหนด แรงดันไฟสูงสุด /> ที่กฎของฮุกยังคงเป็นไปตามนั้นเรียกว่า ขีดจำกัดตามสัดส่วน.

หากภาระเพิ่มขึ้น การเสียรูปจะกลายเป็นไม่เชิงเส้น ความเค้นจะหยุดเป็นสัดส่วนโดยตรงกับการยืดตัวสัมพัทธ์ อย่างไรก็ตาม ด้วยการเสียรูปที่ไม่เป็นเชิงเส้นเล็กน้อยหลังจากนำโหลดออกแล้ว รูปร่างและขนาดของตัวเครื่องก็จะกลับมาใช้งานได้จริง (ส่วน AB) ความเครียดสูงสุดที่การเสียรูปถาวรที่สังเกตได้ยังไม่เกิดขึ้น (การเสียรูปถาวรสัมพัทธ์ไม่เกิน 0.1%) เรียกว่า ขีด จำกัด ยืดหยุ่น />.

หากภาระภายนอกทำให้ความเค้นในวัสดุเกินขีดจำกัดความยืดหยุ่น หลังจากที่นำโหลดออกแล้ว ร่างกายจะยังคงเสียรูป ที่ค่าความเค้นบางค่าที่สอดคล้องกับจุด C ในแผนภาพ การยืดตัวจะเพิ่มขึ้นในทางปฏิบัติโดยไม่เพิ่มภาระ ปรากฏการณ์นี้เรียกว่า ความสามารถในการไหลของวัสดุ(ส่วนซีดี)

นอกจากนี้ ด้วยการเปลี่ยนรูปที่เพิ่มขึ้น เส้นโค้งความเค้นเริ่มเพิ่มขึ้นเล็กน้อยและถึงจุดสูงสุดที่จุด E จากนั้นความเครียดจะลดลงอย่างรวดเร็วและร่างกายทรุดตัวลง การแตกเกิดขึ้นหลังจากแรงดันไฟฟ้าถึงค่าสูงสุด /> เรียกว่า ความแข็งแกร่งสูงสุด.

การเปลี่ยนรูปยางยืด:

ในกรณีของการเสียรูปยางยืด ขนาดและรูปร่างของร่างกายจะกลับคืนมาเมื่อถอดโหลดออก

« ฟิสิกส์ - เกรด 10 "

ให้แนวคิดทั่วไปเกี่ยวกับความหมายและความหมายของสิ่งที่คุณจะเริ่มเรียนตอนนี้

ร่างกายมหภาค

เราอาศัยอยู่ในโลกของร่างกายที่มีขนาดมหึมา ร่างกายของเรายังเป็นร่างกายที่มีขนาดมหึมา

ในทางฟิสิกส์ วัตถุขนาดใหญ่เป็นวัตถุขนาดใหญ่ซึ่งประกอบด้วยโมเลกุลจำนวนมาก แก๊สในกระบอกสูบ น้ำในแก้ว เม็ดทราย หิน แท่งเหล็ก ลูกโลก ล้วนเป็นตัวอย่างของวัตถุขนาดใหญ่ (รูปที่ 7.7)

กลศาสตร์และการเคลื่อนไหวทางกล

ในกลศาสตร์ของนิวตัน พวกมันจัดการกับการเคลื่อนที่เชิงกลไกของวัตถุขนาดมหภาค - การเคลื่อนที่ของวัตถุบางตัวสัมพันธ์กับวัตถุอื่นๆ ในอวกาศเมื่อเวลาผ่านไป

กลศาสตร์ศึกษาการเคลื่อนที่ของร่างกาย แต่ไม่สามารถอธิบายได้ว่าทำไมจึงมีวัตถุที่เป็นของแข็ง ของเหลว และก๊าซ และเหตุใดวัตถุเหล่านี้จึงสามารถผ่านจากสถานะหนึ่งไปยังอีกสถานะหนึ่งได้ การตรวจสอบคุณสมบัติภายในของร่างกายไม่รวมอยู่ในงานของกลศาสตร์

ในกลศาสตร์ พวกเขาพูดถึงแรงว่าเป็นสาเหตุของการเปลี่ยนแปลงความเร็วของวัตถุ แต่ธรรมชาติของแรงเหล่านี้ ต้นกำเนิดของพวกมันยังไม่ชัดเจน ยังไม่ชัดเจนว่าเหตุใดแรงยืดหยุ่นจึงปรากฏขึ้นเมื่อร่างกายถูกบีบอัด เหตุใดจึงเกิดการเสียดสี กลไกของนิวตันไม่ได้ให้คำตอบสำหรับคำถามมากมาย

ทั้งหมดนี้เองที่นิวตันเข้าใจดี ถ้อยคำสำคัญเป็นของเขา: “ข้าพเจ้าไม่รู้ว่าข้าพเจ้าปรากฏต่อโลกอย่างไร สำหรับฉันเองดูเหมือนว่าฉันเป็นเพียงเด็กผู้ชายที่เล่นบนชายหาดและสนุกกับการหาหินที่เรียบกว่าหรือเปลือกหอยที่สวยงามกว่าปกติในขณะที่มหาสมุทรแห่งความจริงอันยิ่งใหญ่วางอยู่ตรงหน้าฉันโดยที่ไม่ได้รับการแก้ไขอย่างสมบูรณ์ "

ปรากฏการณ์ความร้อน

หลังจากการเคลื่อนไหวทางกล ปรากฏการณ์ที่สังเกตได้ชัดเจนที่สุดเกี่ยวข้องกับความร้อนหรือความเย็นของร่างกายโดยการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ ปรากฏการณ์เหล่านี้เรียกว่า ความร้อน.

การเคลื่อนไหวทางกลไม่ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงที่สำคัญในร่างกาย เว้นแต่จะเกิดการชนกันอย่างร้ายแรง แต่ความร้อนหรือความเย็นของร่างกายสามารถเปลี่ยนแปลงได้โดยไม่รู้ตัว ให้ความร้อนอย่างมากกับน้ำที่โปร่งใส แต่ยังคงมองเห็นได้ เราเปลี่ยนเป็นไอที่มองไม่เห็น ความเย็นจัดจะทำให้น้ำกลายเป็นก้อนน้ำแข็ง หากคุณลองคิดดู ปรากฏการณ์เหล่านี้ลึกลับและน่าประหลาดใจ เราไม่แปลกใจเลยเพราะเราคุ้นเคยกับพวกเขามาตั้งแต่เด็ก

จำเป็นต้องหากฎหมายที่สามารถอธิบายการเปลี่ยนแปลงในร่างกายเมื่อร่างกายหยุดนิ่งและเมื่อไม่มีอะไรเกิดขึ้นจากมุมมองของกลศาสตร์ กฎหมายเหล่านี้อธิบายการเคลื่อนที่แบบพิเศษของสสาร - การเคลื่อนที่ด้วยความร้อนมีอยู่ในวัตถุที่มีขนาดมหึมาทั้งหมด ไม่ว่าพวกมันจะเคลื่อนที่ในอวกาศหรือไม่ก็ตาม

การเคลื่อนที่เชิงความร้อนของโมเลกุล

ร่างกายทั้งหมดประกอบด้วยอะตอมและโมเลกุล
ปรากฏการณ์ความร้อนเกิดขึ้นภายในร่างกายและถูกกำหนดโดยการเคลื่อนที่ของอนุภาคเหล่านี้ทั้งหมด การเคลื่อนที่ของอะตอมและโมเลกุลมีความคล้ายคลึงกับการเคลื่อนที่ของสุนัขหรือรถยนต์เพียงเล็กน้อย อะตอมและโมเลกุลของสสารมีการเคลื่อนไหวที่ไม่เป็นระเบียบ ซึ่งเป็นเรื่องยากที่จะเห็นร่องรอยของระเบียบและความสม่ำเสมอใดๆ การเคลื่อนที่ผิดปกติของโมเลกุลเรียกว่า การเคลื่อนที่ด้วยความร้อน.

การเคลื่อนที่ของโมเลกุลนั้นไม่เป็นระเบียบเนื่องจากความจริงที่ว่าจำนวนของมันในร่างกายที่ล้อมรอบเรานั้นมีขนาดใหญ่มากอย่างนับไม่ถ้วน แต่ละโมเลกุลจะเปลี่ยนความเร็วอย่างต่อเนื่องเมื่อชนกับโมเลกุลอื่น เป็นผลให้วิถีของมันกลายเป็นความสับสนอย่างมากการเคลื่อนไหวนั้นวุ่นวายและวุ่นวายอย่างไม่มีใครเทียบได้กว่าการเคลื่อนไหวของมดในจอมปลวกที่พังทลาย

การเคลื่อนที่อย่างไม่เป็นระเบียบของโมเลกุลจำนวนมากในเชิงคุณภาพแตกต่างจากการเคลื่อนไหวทางกลของวัตถุตามคำสั่ง เป็นการเคลื่อนที่ของสสารชนิดพิเศษที่มีคุณสมบัติพิเศษในตัวเอง คุณสมบัติเหล่านี้จะกล่าวถึงในภายหลัง

ความสำคัญของปรากฏการณ์ทางความร้อน

ลักษณะที่ปรากฏตามปกติของดาวเคราะห์ของเรามีอยู่และสามารถดำรงอยู่ได้ในช่วงอุณหภูมิที่ค่อนข้างแคบเท่านั้น หากอุณหภูมิสูงกว่า 100 ° C ที่ความดันบรรยากาศปกติจะไม่มีแม่น้ำ ทะเล และมหาสมุทรบนโลก ก็คงไม่มีน้ำเลย น้ำทั้งหมดจะกลายเป็นไอน้ำ และหากอุณหภูมิลดลงหลายสิบองศา มหาสมุทรก็จะกลายเป็นธารน้ำแข็งขนาดใหญ่

แม้แต่การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิเพียง 20-30 ° C กับการเปลี่ยนแปลงของฤดูกาลก็เปลี่ยนลักษณะที่ปรากฏทั้งหมดของโลกที่ละติจูดกลาง

เมื่อเริ่มต้นฤดูใบไม้ผลิ ธรรมชาติก็เริ่มตื่นขึ้น ป่าไม้แต่งกายด้วยใบไม้ ทุ่งหญ้าเริ่มเปลี่ยนเป็นสีเขียว ในฤดูหนาวชีวิตพืชจะหยุดลง ชั้นหิมะหนาปกคลุมพื้นผิวโลก

แม้แต่ช่วงอุณหภูมิที่แคบลงก็จำเป็นต่อการดำรงชีวิตของสัตว์เลือดอุ่น อุณหภูมิของสัตว์และมนุษย์จะคงอยู่โดยกลไกภายในของการควบคุมอุณหภูมิที่ระดับที่กำหนดไว้อย่างเคร่งครัด อุณหภูมิจะเพิ่มขึ้นสองสามในสิบองศาก็เพียงพอแล้ว และเรารู้สึกไม่แข็งแรงอยู่แล้ว การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิหลายองศานำไปสู่ความตายของสิ่งมีชีวิต ดังนั้นจึงไม่น่าแปลกใจที่ปรากฏการณ์ความร้อนดึงดูดความสนใจของผู้คนมาตั้งแต่สมัยโบราณ ความสามารถในการผลิตและบำรุงรักษาไฟทำให้บุคคลค่อนข้างเป็นอิสระจากความผันผวนของอุณหภูมิแวดล้อม นี่เป็นหนึ่งในสิ่งประดิษฐ์ที่ยิ่งใหญ่ที่สุดของมนุษย์

การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิส่งผลต่อคุณสมบัติทั้งหมดของร่างกาย ดังนั้น เมื่อถูกความร้อนหรือเย็นลง ขนาดของของแข็งและปริมาตรของของเหลวจะเปลี่ยนไป คุณสมบัติทางกลของร่างกาย เช่น ความยืดหยุ่น เปลี่ยนแปลงอย่างมาก ท่อยางจะรอดถ้าใช้ค้อนทุบ แต่เมื่อเย็นตัวที่อุณหภูมิต่ำกว่า -100 ° C ยางจะเปราะเหมือนแก้ว และแรงกระแทกเล็กน้อยจะทำให้ท่อยางแตกเป็นชิ้นเล็กๆ หลังจากให้ความร้อนแล้ว ยางจะมีคุณสมบัติยืดหยุ่นกลับคืนมา

นอกจากคุณสมบัติทางกลแล้ว การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิยังทำให้คุณสมบัติอื่นๆ ของร่างกายเปลี่ยนแปลงไป เช่น ความต้านทานกระแสไฟฟ้า คุณสมบัติของแม่เหล็ก เป็นต้น ดังนั้น หากแม่เหล็กถาวรถูกทำให้ร้อนอย่างแรง แม่เหล็กถาวรจะหยุดดึงดูดวัตถุที่เป็นเหล็ก

จากทั้งหมดข้างต้นและปรากฏการณ์ทางความร้อนอื่นๆ เป็นไปตามกฎหมายบางประการ การค้นพบกฎของปรากฏการณ์ทางความร้อนทำให้สามารถใช้ปรากฏการณ์เหล่านี้ให้เกิดประโยชน์สูงสุดในทางปฏิบัติและในเทคโนโลยี เครื่องยนต์ทำความร้อนที่ทันสมัย โรงผลิตก๊าซเหลว ตู้เย็น และอุปกรณ์อื่น ๆ อีกมากมายได้รับการออกแบบบนพื้นฐานของกฎหมายเหล่านี้

ทฤษฎีจลนพลศาสตร์ระดับโมเลกุล

แม้แต่นักปรัชญาโบราณก็ยังเดาได้ว่าความอบอุ่นนั้นเป็นการเคลื่อนไหวภายใน แต่ในศตวรรษที่ 18 เท่านั้น สม่ำเสมอ ทฤษฎีจลนพลศาสตร์ระดับโมเลกุล.

MV Lomonosov มีส่วนสนับสนุนอย่างมากต่อการพัฒนาทฤษฎีจลนพลศาสตร์ระดับโมเลกุล เขามองว่าความร้อนเป็นการเคลื่อนที่แบบหมุนของอนุภาคในร่างกาย

เป้าหมายของทฤษฎีจลนพลศาสตร์ระดับโมเลกุลคือการอธิบายคุณสมบัติของวัตถุขนาดมหภาคและกระบวนการทางความร้อนที่เกิดขึ้น โดยอาศัยแนวคิดที่ว่าวัตถุทั้งหมดประกอบด้วยอนุภาคที่เคลื่อนที่แบบสุ่มแยกจากกัน

ฟิสิกส์โมเลกุล ปรากฏการณ์ความร้อน

ทฤษฎีจลนพลศาสตร์ระดับโมเลกุล

ปรากฏการณ์ทางความร้อนในฟิสิกส์โมเลกุล

แรงปฏิกิริยาของโมเลกุล มวลและขนาดของโมเลกุล

สาเหตุของการเคลื่อนที่แบบบราวเนียนของอนุภาค

แรงดันแก๊สที่เหมาะสม

อุณหภูมิ

แนวคิดสมดุลความร้อน

กระบวนการไอโซเทอร์มอล

กระบวนการไอโซคอริก

กระบวนการไอโซบาริก

กำลังภายใน

พลังงานภายในของก๊าซในอุดมคติ

มาตราส่วนอุณหภูมิก๊าซในอุดมคติ

ปริมาณความร้อน

กฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์

กฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์

ความร้อนจำเพาะของสาร

เครื่องยนต์ความร้อนและการอนุรักษ์ธรรมชาติ

การทดลองพิสูจน์บทบัญญัติหลักของ ICB:

สสารประกอบด้วยอนุภาค - อะตอมและโมเลกุลซึ่งมีช่องว่างระหว่างกัน

อนุภาคมีปฏิสัมพันธ์ซึ่งกันและกัน

ข้อเท็จจริงที่ว่าสารประกอบด้วยโมเลกุลจริงๆ สามารถพิสูจน์ได้ด้วยการกำหนดขนาด น้ำมันหยดหนึ่งกระจายไปทั่วผิวน้ำ ก่อตัวเป็นชั้นซึ่งมีความหนาเท่ากับเส้นผ่านศูนย์กลางของโมเลกุล หยดที่มีปริมาตร 1 มม. 3 ไม่สามารถกระจายได้เกิน 0.6 ม. 2:

แรงปฏิสัมพันธ์ของโมเลกุล... ก) ปฏิสัมพันธ์เป็นแม่เหล็กไฟฟ้าในธรรมชาติ b) แรงระยะสั้นพบได้ในระยะทางที่เทียบได้กับขนาดของโมเลกุล c) มีระยะทางดังกล่าวเมื่อแรงดึงดูดและแรงผลักเท่ากัน (R 0) หาก R> R 0 แรงดึงดูดจะเหนือกว่าหาก R

มวลและขนาดของโมเลกุล ค่าคงที่อโวกาโดร:

อัตราส่วนของจำนวนโมเลกุลต่อปริมาณของสารเรียกว่า ค่าคงที่อะโวกาโดร:

ค่าคงที่ของอโวกาโดรคือ แสดงจำนวนอะตอมหรือโมเลกุลที่มีอยู่ในสารหนึ่งโมล

มวลกรามเรียกว่าค่าเท่ากับอัตราส่วนของมวลของสารต่อปริมาณของสาร:

มวลโมลาร์สามารถแสดงในรูปของมวลของโมเลกุล:

เพื่อกำหนด มวลโมเลกุลคุณต้องหารมวลของสารด้วยจำนวนโมเลกุลในนั้น:

บราวเนียนเคลื่อนไหว:

ก๊าซในอุดมคติ:

ระยะห่างระหว่างโมเลกุลใหญ่กว่าเส้นผ่านศูนย์กลางเล็กน้อย

โมเลกุล - ลูกบอลยืดหยุ่น

แรงดึงดูดไม่กระทำระหว่างโมเลกุล

เมื่อโมเลกุลชนกันและกับผนังของภาชนะ แรงจะน่ารังเกียจ

การเคลื่อนที่ของโมเลกุลเป็นไปตามกฎของกลศาสตร์

สมการพื้นฐานของแก๊สในอุดมคติ MKT:

แรงดันแก๊สในอุดมคติอยู่ในความจริงที่ว่าโมเลกุลที่ชนกับผนังของเรือมีปฏิสัมพันธ์กับพวกมันตามกฎของกลศาสตร์ในฐานะวัตถุยืดหยุ่น เมื่อโมเลกุลชนกับผนังหลอดเลือด การฉายภาพความเร็ว v x ของเวกเตอร์ความเร็วไปบนแกน OX ซึ่งตั้งฉากกับผนัง จะเปลี่ยนเครื่องหมายไปทางตรงกันข้าม แต่ยังคงคงที่ในค่าสัมบูรณ์ ดังนั้น เนื่องจากการชนกันของโมเลกุลกับผนัง การฉายภาพของโมเมนตัมบนแกน OX จึงเปลี่ยนจาก mv 1x = -mv x เป็น mv 2x = mv x การเปลี่ยนแปลงโมเมนตัมของโมเลกุลเมื่อชนกับผนังทำให้เกิดแรง F 1 กระทำต่อมันจากด้านข้างของกำแพง การเปลี่ยนแปลงโมเมนตัมของโมเลกุลเท่ากับโมเมนตัมของแรงนี้:

ในระหว่างการชน ตามกฎข้อที่สามของนิวตัน โมเลกุลจะกระทำกับผนังด้วยแรง F 2 ที่มีขนาดเท่ากับแรง F 1 และพุ่งไปทางตรงข้าม

มีหลายโมเลกุล และแต่ละโมเลกุลส่งแรงกระตุ้นเดียวกันไปที่ผนังเมื่อชนกัน ในวินาทีที่พวกเขาถ่ายโอนโมเมนตัมโดยที่ z คือจำนวนการชนกันของโมเลกุลทั้งหมดกับผนังซึ่งเป็นสัดส่วนกับความเข้มข้นของโมเลกุลในก๊าซ ความเร็วของโมเลกุล และพื้นที่ผิวของผนัง: โมเลกุลเพียงครึ่งเดียวเท่านั้นที่เคลื่อนที่ไปที่ผนัง ส่วนที่เหลือเคลื่อนที่ไปในทิศทางตรงกันข้าม:. จากนั้นแรงกระตุ้นทั้งหมดจะถูกส่งไปยังผนังใน 1 วินาที: ... ตามกฎข้อที่สองของนิวตัน การเปลี่ยนแปลงโมเมนตัมของร่างกายต่อหน่วยเวลาจะเท่ากับแรงที่กระทำต่อวัตถุนั้น:

เนื่องจากไม่ใช่ทุกโมเลกุลจะมีความเร็วเท่ากัน แรงที่กระทำต่อผนังจะเป็นสัดส่วนกับกำลังสองเฉลี่ยของความเร็ว เนื่องจากโมเลกุลเคลื่อนที่ในทุกทิศทาง ค่าเฉลี่ยกำลังสองของการฉายภาพความเร็วจึงเท่ากัน ดังนั้น ค่าเฉลี่ยกำลังสองของการฉายภาพของความเร็ว:; ... จากนั้นแรงดันแก๊สที่ผนังถังจะเท่ากับ:

- สมการพื้นฐานของ MKT

เราได้รับ

อุณหภูมิและการวัด:

อุณหภูมิแสดงถึงสภาวะสมดุลทางความร้อนของระบบร่างกาย: ร่างกายทั้งหมดของระบบซึ่งอยู่ในสมดุลความร้อนซึ่งกันและกันมีอุณหภูมิเท่ากัน

ที่สมดุลทางความร้อน พลังงานจลน์เฉลี่ยของการเคลื่อนที่เชิงแปลของโมเลกุลของก๊าซทั้งหมดจะเท่ากัน ความดันเป็นสัดส่วนโดยตรงกับพลังงานจลน์เฉลี่ยของการเคลื่อนที่เชิงแปลของโมเลกุล: ในสภาวะสมดุลทางความร้อน หากความดันของก๊าซในมวลและปริมาตรที่กำหนดคงที่ พลังงานจลน์เฉลี่ยของโมเลกุลก๊าซจะต้องมีค่าที่กำหนดไว้อย่างเคร่งครัด เช่น อุณหภูมิ ถึง. แล้ว หรือ. ให้เราแสดงว่า ค่าจะเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นและไม่ขึ้นกับสิ่งอื่นใดนอกจากอุณหภูมิ ดังนั้นจึงถือได้ว่าเป็นการวัดอุณหภูมิตามธรรมชาติ

ระดับอุณหภูมิสัมบูรณ์:

ลองพิจารณาค่าที่วัดในหน่วยพลังงาน สัดส่วนโดยตรงกับอุณหภูมิ แสดงเป็นองศา: โดยที่สัมประสิทธิ์ของสัดส่วนอยู่ที่ไหน ค่าสัมประสิทธิ์ เพื่อเป็นเกียรติแก่นักฟิสิกส์ชาวออสเตรีย L. Boltzmann เรียกว่า ค่าคงที่โบลต์ซมันน์และคุณสมบัติของมาโครซิสเต็มส์ได้รับการแนะนำโดย German นักฟิสิกส์ R. Clausius (1822-1888), English นักฟิสิกส์-นักทฤษฎี ... ธรรมชาตินั้น ความร้อน ปรากฏการณ์อธิบายใน ฟิสิกส์ในสองวิธี: วิธีการทางอุณหพลศาสตร์และ โมเลกุล-ทฤษฎีจลนศาสตร์ของสสาร ...

ฟิสิกส์... แม่เหล็กไฟฟ้า ปรากฏการณ์(ไฟฟ้ากระแส)

คู่มือการเรียน >> ฟิสิกส์

... ฟิสิกส์และคณิตศาสตร์ ฟิสิกส์... แม่เหล็กไฟฟ้า ปรากฏการณ์ ... ความร้อนการแผ่รังสี 5.3.1 ลักษณะเฉพาะ ความร้อนรังสี 5.3.2 กฎหมาย ความร้อน... และคลื่น MODULE 2. MOL. ฟิสิกส์และเทอร์โมไดนามิกส์ 2.1 2.1.1 โมเลกุล ฟิสิกส์... 2.2 2.2.1 อุณหพลศาสตร์ หมายเลขโมดูล ...

กลศาสตร์, โมเลกุล ฟิสิกส์และอุณหพลศาสตร์

คู่มือการเรียน >> ฟิสิกส์

0.9c. ครั้งที่สอง ฐาน โมเลกุล ฟิสิกส์และเทอร์โมไดนามิกส์ โมเลกุล ฟิสิกส์และอุณหพลศาสตร์ - ส่วน ฟิสิกส์ที่ ... มีการศึกษาเรียกว่า ปรากฏการณ์โอนย้าย. ... ฉนวนความร้อน (อะเดียแบติก) (Q = 0, A0), ความร้อนรถถัง (A = 0, Q0) 2.2. งาน...

กลศาสตร์. โมเลกุล ฟิสิกส์

บทคัดย่อ >> ฟิสิกส์

กลศาสตร์. โมเลกุล ฟิสิกส์... แนวคิดพื้นฐานเกี่ยวกับจลนศาสตร์และ ... น้อยที่สุด ดังนั้น แรงเอนโทรปิก ความร้อนในทางกลับกัน การเคลื่อนไหวมักจะทำให้สับสน ... เป็นเทอร์โมมิเตอร์ ปรากฏการณ์เพลเทียร์ (1834) This ปรากฏการณ์กลับ ปรากฏการณ์ซีเบ็ค พลังงาน...

ออกแบบมาเพื่อทำการทดลองเกี่ยวกับการศึกษาปรากฏการณ์ทางความร้อน กฎของทฤษฎีจลนพลศาสตร์ระดับโมเลกุล และหลักการทางอุณหพลศาสตร์โดยใช้เซ็นเซอร์อุณหภูมิแบบดิจิตอล

ชุดอุปกรณ์นี้ช่วยให้คุณทำการทดลองสาธิตได้ 13 ครั้ง ได้แก่:
3. ความร้อนจากการเผาไหม้เชื้อเพลิง
5. การพาความร้อนในแก๊ส
6. การถ่ายเทความร้อนระหว่างชั้นของเหลว
7. การถ่ายเทความร้อนเนื่องจากการแผ่รังสี
9. งานแรงเสียดทาน
10. การเปลี่ยนแปลงของพลังงานภายในระหว่างการเสียรูปของร่างกาย

สารประกอบ:

1. เซ็นเซอร์อุณหภูมิดิจิตอล -20 .. + 100 С –2 ชิ้น
2. เซ็นเซอร์อุณหภูมิดิจิตอล 0 ... 1,000 С (มี 3 ช่วงการวัด)
3. กระจกทนความร้อน
4. หลอดมีจุก
5.และอุปกรณ์อื่นๆ สำหรับการทดลองฟิสิกส์
6. ถาดรองพลาสติกมีฝาปิดใส
7. ดิสก์พร้อมซอฟต์แวร์สำหรับทำการทดลอง

เซ็นเซอร์ดิจิตอลที่รวมอยู่ในชุดเข้ากันได้กับอุปกรณ์วัดการสาธิตสากล

สำหรับงานที่คุณต้องการ:

* ความสนใจ! รูปภาพสินค้าอาจแตกต่างจากสินค้าที่คุณได้รับ ผู้ผลิตขอสงวนสิทธิ์ในการเปลี่ยนแปลงการกำหนดค่าและลักษณะทางเทคนิคของอุปกรณ์ช่วยสอนโดยไม่ต้องแจ้งให้ทราบล่วงหน้า ในขณะที่ตัวบ่งชี้การทำงานและคุณภาพของอุปกรณ์ช่วยการมองเห็นจะไม่ลดลง
ข้อมูลเกี่ยวกับผลิตภัณฑ์มีไว้เพื่อการอ้างอิงเท่านั้นและไม่ใช่ข้อเสนอสาธารณะที่กำหนดโดยมาตรา 437 แห่งประมวลกฎหมายแพ่งของสหพันธรัฐรัสเซีย