Графік закона Бойля — Маріотта

 закон Шаря:   закон Гей-Люссака

Билет № 21

Молекули речовини хаотично рухаються, отже, вони мають кінетичну енергію. Молекули взаємодіють між собою, тому вони мають потенціальну енергію. Сума кінетичної енергії теплового руху молекул та потенціальної енергії їхніх взаємодій є внутрішньою енергією:

.

У процесі руху молекул відбувається постійне перетворення кінетичної енергії в потенціальну і навпаки, однак сума кінетичної та потенціальної енергії залишається незмінною.

У твердих тілах та рідинах частинки мають кінетичну та потенціальну енергію. У газах взаємодія між молекулами практично відсутня (відстані між молекулами дуже великі), тому внутрішня енергія визначається лише кінетичною енергією руху молекул.

Будь-яке тіло має запас внутрішньої енергії. Змінити внутрішню енергію можна двома способами:

1. Виконанням роботи,

шляхом теплопередачі

Дослідами встановлено, що при зміні стану тіла змінюється і його внутрішня енергія. Наприклад, при зміні агрегатного стану тіла, деформації, терті та ін. У багатьох випадках ми повинні виконувати роботу, щоб змінити внутрішню енергію. Так, при стисканні газу, деформації тіла ми виконуємо роботу і при цьому змінюється внутрішня енергія цих тіл. Отже, в процесі виконання роботи змінюється внутрішня енергія тіла.

Внутрішня енергія тіла може змінюватись і при нагріванні тіла (плавленні, кипінні тощо). У цьому випадку внутрішня енергія змінюється без виконання роботи. Такий вид зміни внутрішньої енергії отримав назву теплообміну. Енергія, яку отримує тіло в процесі теплообміну, називається кількістю теплоти  . Одиниця вимірювання:

[ ] =   (джоуль).

У природі частіше за все внутрішня енергія змінюється одночасно двома способами – при здійсненні роботи та шляхом теплообміну.

Відомо, що мірою середньої кінетичної енергії теплового руху є температура. На основі молекулярно-кінетичної теорії було встановлено, що середня кінетична енергія теплового руху молекули та абсолютна температура пов’язані формулою:

,

де   –стала Больцмана (  = 1,38·10-23 Дж/К).

В термодинаміці рух тіла як цілого не розглядається і мова йде про переміщеннячастин макроскопічного тіла відносно один одного. При здійсненні роботизмінюється об'єм тіла, а його швидкість залишається раною нулю. Але швидкостімолекул тіла змінюються! Тому змінюється температура тіла. Причина в тому, щопри зіткненні з рухомим поршнем (стиснення газу) кінетична енергія молекулзмінюється - поршень віддає частину своєї механічної енергії. При зіткненні звіддаляється поршнем (розширення) швидкості молекул зменшуються, газохолоджується. При здійсненні роботи в термодинаміці змінюється станмакроскопічних тел: їх обсяг і температура

Билет № 23

Поверхне́вий на́тяг — фізичне явище, суть якого в прагненні рідини скоротити площу своєї поверхні при незмінному об'ємі.

Характеризується коефіцієнтом поверхневого натягу.

Завдяки силам поверхневого натягу краплі рідини приймають максимально близьку до сферичної форми, виникає капілярний ефект, деякі комахи можуть ходити по воді.

Поверхневий натяг виникає як у випадку поверхні розділу між рідиною й газом, так і у випадку поверхні розділу двох різних рідин.

Своєю появою сили поверхневого натягу завдячують поверхневій енергії.

Для зменшення сил поверхневого натягу використовуються поверхнево-активні речовини.

КАПІЛЯРНІ ЯВИЩА - явища, зумовлені впливом сил поверхневого натягу на рівновагу або рух вільної поверхні рідини, границі рідини з твердим тілом, а також границі поділу між незмішуваними рідинами; окремий випадок поверхневих явищ,. Прикладом К. я. є піднімання змочувальної або опускання незмочувальної рідини в капілярних (тонких) трубках чи порах твердого тіла (мал.). Ці явища зумовлені виникненням капілярного тиску ρ, зв'язаного з поверхневим натягом σ формулою Лапласа: ρ = 2σ/r, де r — радіус кривини поверхні рідини. Для змочувальних рідин р є додатною величиною, для не змочувальних — від'ємною. Висота h підняття змочувальної (опускання незмочувальної) рідини визначається: h = 2σ/(р1 — р2) rg, де g — прискорення вільного падіння, ρ1 і р2 — густини відповідно рідини та її пари. К. я. відіграють значну роль в природі, особливо у водному режимі грунтів та в обміні речовин рослин. Широко застосовуються в техніці .

Билет №24

Випаро́вування — процес переходу рідини в газоподібний стан, відбувається при будь-якій температурі.

Рідина, залишена в блюдці, повністю випарується, тому що в будь-який час у ній є молекули, досить швидкі (з достатньою кінетичною енергією), щоб перебороти міжмолекулярні сили притягання на поверхні рідини і покинути її. Температура рідини, що випаровується, повинна знижуватися, тому що молекули, що її покидають, забирають кінетичну енергію. Швидкість випаровування зростає зі зростанням температури.

Випаровування супроводжується оберненим процесом — конденсацією пари. Якщо пара над поверхнею рідини насичена, то між процесами встановлюється динамічна рівновага, при якій кількість молекул, що покидає рідину в одницю часу дорівнює кількості молекул, що повертаються в неї. Якщо пара над рідиною ненасичена, то випаровування продовжуватиметься доти, доки пара не стане насиченою, або до повного висихання рідини.

Випаровування супроводжується зниженням температури, оскільки з рідини вилітають молекули з енергією, яка перевищує середню. Кількісно калориметрія випаровування характеризуєтьсяпитомою теплотою випаровування.

Кипі́ння — процес переходу рідини до пари, який характеризується, на відміну від випаровування, тим, що утворення пари відбувається не тільки на поверхні, але й в усій масі рідини.

Кипіння рідини починається за умови, що:

,

де   — тиск насиченої пари усередині бульбашки,

 — зовнішній тиск,

 — гідростатичний тиск,

 — додатковий тиск, зв'язаний з кривиною поверхні бульбашки,

 — радіус бульбашки рідини,

 — віддаль від її центра до поверхні рідини,

 і   — густина і коефіцієнт поверхневого натягу рідини^[1].

Наси́чена па́ра — пара, що перебуває в термодинамічній рівновазі з рідиною або твердим тілом. Тиск, температура і хімічний потенціал у насиченої пари однаковий із тими фазами, з якими вона співіснує.

Доки рівновага не встановилася пара може бути ненасиченою. Існує також метастабільний стан перенасиченої пари — газу з густиною, більшою, ніж густина насиченої пари.

З підвищенням температури тиск насиченої пари збільшується, оскільки більше атомів чи молекул переходять із конденсованого стану в газ.

Тиск насиченої пари — тиск пари, яка перебуває в рівновазі з рідиною або твердим тілом при даній температурі. Тиск насиченої пари будь-якої хімічної сполуки залежить тільки від температури ; при даній температурі тиск насиченої пари і її температурний коефіцієнт — характерні і дуже важливі властивості речовин, які необхідні для багатьох практичних розрахунків. Раніше тиск насиченої пари називали пружністю насиченої пари.При рівності зовнішнього тиску з тиском насиченої пари спостерігається кипіння (рідини).Різні речовини при даній температурі мають різний тиск насиченої пари.

Ненаси́чена па́ра — пара, яка не перебуває в динамічній рівновазі зі своєю рідиною (не досягла насичення). Інакше кажучи, ненасиченою буде пара над поверхнею рідини, коли випаровування переважає над конденсацією. Очевидно, що густина ненасиченої пари менша за густину насиченої пари.

Властивості ненасиченої пари можна описувати газовими законами для ідеального газу: Бойля-Маріотта, Гей-Люссака, Шарля, Клайпейрона.Властивості пари тим точніше відповідають цим законам,чим менш насиченою є пара,тобто чим менша її густина.

Билет № 25

Вологість повітря — вміст водяної пари в повітрі, характеризується пружністю водяної пари, відносною вологістю, дефіцитом вологи, точкою роси, — є одним з найважливіших параметріватмосфери, що визначає погоду, а також те, наскільки комфортно почуває себе людина в цей час часу.

Билет №26

Електри́чний заря́д — скалярна фізична величина, квантована та інваріантна, яка є кількісною мірою властивості фізичних тіл або частинок речовини вступати в електромагнітну взаємодію. Електричний заряд звичайно позначають латинськими літерами q або Q. Одиницею вимірювання електричного заряду в системі одиниць СІ є кулон.

Важлива особливість заряду полягає в тому, що він квантований (дискретний). Тобто існує найменший електричний заряд, на який можна збільшити, або зменшити сукупний заряд тіла. Цей заряд називають одиничним або елементарним і часто позначають латинською літерою е.

е = 1.601 · 10^-19 Кл.

Таким чином, електричний заряд частинки можна розглядати в двох сутностях: здатності частинки створювати електричне поле і взаємодіяти з ним: дискретної величини, яка приймає цілі значення, наприклад,  , і сталої, яка характеризує інтенсивність цієї взаємодії, кількісне значення якої — величина e. В безрозмірних одиницях інтенсивність взаємодії можна виразити сталою тонкої структури, розділивши квадрат величини e на добуток двох інших фундаментальних сталих: швидкості світла і сталої Планка.

Носіями заряду бувають стійкі — стабільні і нестійкі — нестабільні частинки. Серед найстабільніших частинок електрон має одиничний негативний заряд, протон — одиничний позитивний заряд. Заряд ядер атомів визначається кількістю протонів у них.

Теорія кварків стверджує, що ці елементарні частинки мають дробний електричний заряд:   або   від елементарного заряду.

Зако́н збере́ження електри́чного заря́ду — полягає в тому, що повний заряд (алгебраїчна сума зарядів) ізольованої замкнутої фізичної системи тіл залишається незмінним при будь-яких процесах, які відбуваються всередині цієї системи.

Для неізольованих систем закон збереження заряду набирає вигляду рівняння неперервності

,

де   - густина заряду,   - густина струму.

Билет № 27

Електри́чне по́ле — одна зі складових електромагнітного поля, що існує навколо тіл або частинок, що мають електричний заряд, а також у вільному вигляді при зміні магнітного поля.

Напру́женість електри́чного по́ля — це векторна фізична величина, яка дорівнює силі, яка діє у даній точці простору у даний момент часу на пробний одиничний електричний заряд у електричному полі.

де   — сила,   — електричний заряд,   — напруженість електричного поля.

Електричні поля зображають за допомогою ліній напруженості, які проводять так, щоб дотичні до цих ліній в кожній точці збігалися з напрямками вектора  . Лінії напруженості мають початок і кінець або йдуть у нескінченність, вони напрямлені від позитивного заряду до негативного, тобто виходять з позитивного заряду, а входять у негативний заряд. Лінії напруженості ніколи не перетинаються. Ці лінії проводять з такою густиною, щоб кількість ліній, які пронизують одиничну площу, перпендикулярну до вектора напруженості, числово дорівнювала величині напруженості електричного поля в місці розміщення площини.

Билет № 28

Електри́чний заря́д — скалярна фізична величина, квантована та інваріантна, яка є кількісною мірою властивості фізичних тіл або частинок речовини вступати в електромагнітну взаємодію. Електричний заряд звичайно позначають латинськими літерами q або Q. Одиницею вимірювання електричного заряду в системі одиниць СІ є кулон.

Важлива особливість заряду полягає в тому, що він квантований (дискретний). Тобто існує найменший електричний заряд, на який можна збільшити, або зменшити сукупний заряд тіла. Цей заряд називають одиничним або елементарним і часто позначають латинською літерою е.

е = 1.601 · 10^-19 Кл.

Таким чином, електричний заряд частинки можна розглядати в двох сутностях: здатності частинки створювати електричне поле і взаємодіяти з ним: дискретної величини, яка приймає цілі значення, наприклад,  , і сталої, яка характеризує інтенсивність цієї взаємодії, кількісне значення якої — величина e. В безрозмірних одиницях інтенсивність взаємодії можна виразити сталою тонкої структури, розділивши квадрат величини e на добуток двох інших фундаментальних сталих: швидкості світла і сталої Планка.

Носіями заряду бувають стійкі — стабільні і нестійкі — нестабільні частинки. Серед найстабільніших частинок електрон має одиничний негативний заряд, протон — одиничний позитивний заряд. Заряд ядер атомів визначається кількістю протонів у них.

Теорія кварків стверджує, що ці елементарні частинки мають дробний електричний заряд:   або   від елементарного заряду

Закон Кулона