Файл: Fizika - V. F. Dmitriyeva.pdf

Атмосфера планет-гігантів (Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун, Плутон) 

значно відрізняється від атмосфери планет земної групи. У складі атмос-

фери планет-гігантів переважають водень, аміак, метан, гелій. Це пояс-
нюється тим, що при утворенні планет Сонячної системи з газопилової 
хмари водень і гелій перемістились на периферію Сонячної системи, а 
важчі елементи залишилися навколо Сонця. 

Короткі вжсновки 

• Конденсація і пароутворення відбуваються тільки в процесі обміну 

енергією між навколишнім середовищем і речовиною. 

© Між рідиною і паром над нею може бути динамічна рівновага, тобто 

кількість молекул, які залишають рідину, дорівнює кількості молекул, 
які повертаються до неї з пари за той самий час. 

® Пару, яка перебуває в динамічній рівновазі з рідиною, називають наси-

ченою. Тиск насиченої пари визначається лише температурою і не за-
лежить від об'єму. 

• До складу атмосфери Землі входить водяна пара. Величину, яка визначає 

кількість водяної пари в 1 м

3

 повітря, називають абсолютною вологістю. 

Ступінь насичення повітря парою характеризує відносна вологість. 

• Уся маса води на Землі перебуває в безперервному русі - кругообігу. 

Вода, випаровуючись з поверхні Світового океану, поповнює запаси 
атмосферної вологи. З атмосфери у вигляді дощу і снігу вона поверта-
ється в океан і на сушу. 

® Океан, атмосфера і суша безперервно обмінюються речовинами. 
• Рідина кипить при температурі, коли тиск насиченої пари цієї рідини 

дорівнює зовнішньому тиску. 

• Температура кипіння підвищується із збільшенням зовнішнього тиску. 
® Усі планети Сонячної системи мають атмосферу. Склад атмосфери 

планет земної групи відмінний від складу атмосфери планет-гігантів. 

Запитання для самоконтролю і повторення 

1. Що називається випаровуванням? конденсацією? 2. Від яких умов 

залежить швидкість випаровування рідини? 3. Як пояснити випарову-
вання з точки зору молекулярно-кінетичної теорії? 4. Наведіть приклади 
насиченої і ненасиченої пари. 5. Поясніть незалежність тиску насиченої 
пари при сталій температурі від об'єму. 6. Який стан речовини називають 
критичним? 7. Якими способами можна перетворити ненасичену пару в 
насичену? 8. Де використовують зріджений газ? 9. Що таке абсолют-
на вологість повітря? відносна вологість повітря? 10. Поясніть термін 
"точка роси". 11. Дайте поняття кипіння і залежність температури кипін-
ня від тиску. 12. Що таке перегріта пара? її отримання і використання в 
техніці. 13. Який склад атмосфери Землі? Венери? 14. Що таке парни-
ковий ефект? 

220 

Приклади розв'язування задач 

Задача 1. Котел об'ємом

 У = 5

 м

3

 заповнили водою, маса якої

 т

х

 = 

- 20

 кг, і нагріли її до температури / = 180 °С. Знайти тиск і масу водя-

ної пари в котлі. Густина насиченої пари води при цій температурі 

р = 5,05

 кг/м

3

. 

Дано:

 У = 5

 м

3

 ;

 щ

  = 2 0 кг; Г = (273+ 180) К = 453 К; р = 5,05 кг/м

3

; 

М —18-і 0

_3

 кг/моль. 

Знайти:

 т

2

, р . 

Розв'язання. Маса пари, потрібна для насичення котла об'ємом

 V

 при 

температурі

 Т, 

т = рУ; т

 = 5,05 кг/м

3

 -5 м

3

 =25,25 кг. 

Ми бачимо, що  т > т

х

, тобто вся вода в котлі перетвориться в пару; 

отже,

 т

х

 = т

2

 і ця пара буде ненасиченою. 

Тиск ненасиченої пари визначаємо з рівняння стану 

т

2 

звідки 

М 

т-уЯТ 

МУ 

Обчислення 

20 кг-8,31 Дж/(моль-К)-453 К

 о

 , , „ „ 

/? = •  — - — = 8,4-10 Па = 840 кПа. 

18-10~

3

 кг/моль-5 м

3 

Задача 2. Абсолютна вологість повітря при температурі

 і

х

 = 60 °С до-

рівнює О

х

 =0,05кг/м

3

. Знайти абсолютну вологість В

2

 при зниженні тем-

ператури до

 і

2

 = 10 °С. Тиск насиченої пари при температурі

 і

2

 дорівнює 

1226 Па. 

Дано:

 Т

х

 = (273 + 60) К = 333 К;

 В

х

 = 0,05 кг/м

3

;

 Т

2

 = (273 +10) К = 

= 283 К; р

2

 = 1226 Па;

 М

 = 18 • 10

_3

 кг/моль. 

Знайти: В

2

 . 

Розв'язання. Визначимо густину насиченої пари при температурі

 Т

2

, 

виходячи з рівняння стану: 

Р2

У

=Т7

КТ

2-

М 

Оскільки

 т/У = р

, то рівняння стану набуде вигляду

 р

2

=рКТ

2

/ М , 

звідки р =

 р

2

М/(ЯТ

2

). 

Обчислення: 

1226 Па-18-10"

3

 кг/моль"

1 л

 „ ,

л

_

3

 .

 3 

р = •— —— — = 9,4-10 кг/м . 

8,31 Дж/(моль-К)-283 К 

221 

Густина насиченої пари при температурі

 Т

г

 менша від р

І5

 тобто 

р < р

1

 . Отже, при охолодженні до температури

 Т

2

 частина пари сконден-

сується і абсолютна вологість повітря визначатиметься густиною насиче-
ної пари,тобто р

2

 = р . 

Задача 3. У посудину, яка містить 3 л води при 20 °С, занурили шматок 

заліза масою 3 кг, нагрітий до 540 °С. Від цього температура води підви-
щилась до 55 °С і частина її випарувалась. Знайти масу води, яка перетво-
рилась

 у

 пару. 

Дано:

 V ~3 я = 3-

10~

3

 м

3

;

 Т

х

 =(20 + 273) К = 293 К; ет=3кг; Г

2

 =(540 + 

+ 273) К = 813 К; Є = (55 + 273) К = 328 К;

 с

х

 = 0,46• 10

3

  Д ж / ( к г - К ) ; 

с

2

 = 4,19-ІО

3

Дж/(кг -К);

 г

 = 22,6-10

5

 Дж/кг; р = 10

3

 кг/м

3

. 

Знайти:

 т

2

 . 

Розв'язання. Рівняння теплового балансу 

ст (Т

2

 - 9) = (0 ~ Г

}

) + т

2

г, 

звідки 

т

2

 = [ст(Т

2

 - Є) - с

л

т

х

 (0 - Т

х

 )]/г, 

де

 т

л

 = рК. 

Обчислення: 

_ 0,46 -10

3

  Д ж / ( к г - К ) - 3 кг (813  - 3 2 8 ) К 

Ш і

 22,6-ІО

5

 Дж/кг 

4,19ТО

3

 Дж/(кг-К)-ІО

3

  к г / м

3

 -3-Ю"

3

 м

3

 (328-293) К 

—  - 2 — 1» і— = 0,103 кг. 

22,6 10

5

  Д ж / к г 

Задачі для самостійного розв'язування 

1. Тиск водяної пари при 27 °С дорівнює 1330 Па. Який буде тиск пари, 

якщо його температура зміниться до 127 °С, а об'єм - від 2 до 4 л (від З 
до 4 л)? Який буде тиск пари, якщо об'єм зменшиться від 2 до 0,5 л, а 
температура знизиться до 7 °С? Якою буде ця пара? 

2. При 17 °С насичену водяну пару відокремлено від рідини і нагріто 
при сталому об'ємі до 27 °С. Який буде її тиск? 
3. Визначити кількість теплоти, потрібну для того, щоб нагріти до ки-

піння 3 кт води, що має температуру 20 °С, і перетворити в пару 200 г 
води. 
4. Яка кількість стоградусної водяної пари потрібна для нагрівання 10 кг 
води від 10 до 60 °С? 

5. Чи може бути вода в рідкому стані при температурі 300 °С? 
6. При якій температурі випадає роса, якщо абсолютна вологість повіт-

ря 7-Ю"

3

  к г / м

3

? 

7. З якої висоти має падати крапля дощу, температура якої 20 °С, щоб 

під час удару об Землю вона зовсім випаровувалась? Опір повітря не 
враховувати. 

8.. Температура повітря 2 °С» Відносна вологість 60 %. Чи випаде вночі 

іній, якщо температура грушу знизиться до -З °С? 
9- У підвалі при 8 °С відносна вологість повітря дорівнює 100 %. На 
скільки треба підвищити температуру повітря у підвалі, щоб вологість 
зменшилась до 60 %? 

ГЛАВА 7 

ВЛАСТИВОСТІ РІДИН 

§ 72, Характеристика рідкого стану речовини 

Рідина ~~ це агрегатний етап речовини

,

 проміжний між га-

>подібшш і твердим

. Проте рідини внаслідок різного характеру тепло» 

ІМII О руху молекул істотно відрізняються від газів і твердих тіл. Відповідь 
іп питання, до чого ближчі властивості рідни (до газу чи твердого тіла), 

ш нежить від того, при яких температурах і тисках їх порівнюють. Якщо 

» м їй молекулярної взаємодії в газах починають проявлятися при низьких 

іемиературах і великих тисках, то в рідинах ці сили мають основне зна-

чення. Молекулярний тиск у рідинах дуже великий. Звернемо увагу, що 
молекулярний тиск - де не тиск у тому розумінні, як це прийнято в газе-

. их законах, а умовне позначення величини, яка враховує дію молекуляр-
них сил. Питомий об'єм рідин у тисячі разів менший від питомого об'єму 
і .пу; отже, молекулярний тиск у рідинах у мільйони разів більший, ніж у 
і.пах. Розрахунок молекулярного тиску для води дає значення близько 

1100 МПа. Молекулярний тиск можна обчислити за тією роботою, яку 

никонують молекули, проходячи крізь поверхневий шар рідини» Якщо 
рідина перебуває в стані рівноваги, то молекули рідини коливаються мав-
ко по деякого положення рівноваги. У цьому разі сиди притягання зрівно-
іижені силами відштовхування. 

Великим значенням молекулярного тиску пояснюється той факт, що 

рідина практично нестислива. Справді, перебуваючи під величезним мо-

лекулярним тиском, рідина практично не реагує на зміни зовнішнього тиску. 

Рідина має властивість

 текучості

, набирає 

форми посудини, в яку її налито. 

Розглянемо окрему молекулу, розміщену в се-

рі

-

 дині великого об'єму рідини (рис. 7.1), На цю 

молекулу діють сусідні молекули, розміщені на 
иідстані г

0

 »1 нм

 {радіус молекулярної взаємо-

дії)

 Якщо радіусом молекулярної взаємодії об-

межити сферу, в центрі якої лежить молекула, 
що розглядається, то в цій області розмістяться 

223 

всі молекули, впливу яких зазнає взята молекула. Оскільки густина рідини 
однакова в усьому об'ємі, то рівнодійна молекулярних сил, які діють на 
розглядувану молекулу, дорівнює нулю. Молекули рідини притягуються 
одна до одної, але оскільки результуюча сил притягання дорівнює нулю, 
то молекули під дією цих сил зовсім не переміщуються. 

Під час зсування шарів один відносно одного в рідині виникають сили 

внутрішнього тертя, які залежать від коефіцієнта внутрішнього тертя (

ди 

помічної в 'язкостї). 

Чим більша динамічна в'язкість, тим в'язкіша рідина. Наприклад, вода 

більш в'язка речовина, ніж ацетон, але менш в'язка, ніж гліцерин. У біль-
шості газів значення динамічної в'язкості у 100-200 раз менші, ніж у во-
ди. В'язкість рідини залежить від температури і тиску. З підвищенням 
температури в'язкість рідини швидко зменшується, зростання тиску веде 

до збільшення в'язкості рідини. 

Численні дані свідчать про те, що за структурою рідини ближчі до 

твердих тіл, ніж до газів. У рідинах існує так званий

 ближній порядок, 

тобто в рідинах можна назвати положення молекул, близьких до першої. 
Дані рентгеноструктурного аналізу показують, що структура рідини подібна 
до структури твердого тіла, з якого вона утворилась, тільки ця структура 

виражена слабше. 

Радянський фізик Я. І. Френкель розробив теорію, згідно з якою молекула 

рідини протягом деякого часу коливається навколо своїх положень рівно-
ваги, ніби перебуваючи у вузлі кристалічних ґрат. Час "осілого життя" 
молекули рідини дуже малий (~Ю~

10

 -10~

12

 с), після чого молекула рідини 

переходить у нове положення рівноваги (новий вузол). У найпростіших 
випадках пробіг молекули рідини збігається із

 сталою ґрат

 - відстанню 

між двома сусідніми вузлами ґрат. Молекула, яка перебуває у вузлі ґрат, 
здійснює теплові коливання з амплітудою, яка менша за сталу ґрат. Цс 

дає нам підстави вважати, що рідина має квазікристалічну будову (ніби 
кристалічну). 

§ 73. Поверхневий натяг. 

Енергія поверхневого шару 

Походження сил поверхневого натягу 

На поверхні поділу рідини і її насиченої пари виникає сила, 

зумовлена різною молекулярною взаємодією суміжних середовищ. 

Кожна молекула, розміщена всередині об'єму рідини, рівномірно ото 

чена сусідніми молекулами і взаємодіє з ними, а рівнодійна цих сил дорів-

224