42.Змочування, незмочування.
Змочування (рос. смачивание, англ. wetting, нім. Benetzung f – дія до властивості змочуваності.
Змочування відбувається, наприклад, при змішуванні корисної копалини, гірської породи тощо з водою, пульпою, реагентом.
Про рідину, яка розпливається тонкою плівкою по твердому тілу, кажуть, що вона змочує дане тверде тіло.
Добре змочування є обов'язковою умовою формування ефективної клейової плівки зв’язуючого на твердій поверхні. Мірою змочуваності твердої поверхні зв’язуючим є крайовий кут змочування θ (див. рис.) - кут, утворений поверхнею розділу двох фаз із поверхнею третьої. Його прийнято відраховувати убік більш полярної (як правило рідкої) фази. Нульове значення крайового кута відповідає повному змочуванню, значення крайового кута θ = 180о відповідає випадку повного незмочування твердої поверхні зв’язуючим.
43.Капілярні - явище підвищення або зниження рівня рідини у капілярах в порівнянні з тим значенням, яке вимагає закон сполучених посудин.
Капілярний ефект виникає через зниження або збільшення тиску рідини під меніском, який утворюється при змочуванні рідиною стінок капіляра.
Величина підвищення або зниження h залежить від радіуса капіляра r, а також від кута змочування рідиною стінок θ
,
де γ - коефіцієнт поверхневого натягу рідини, ρ - густина рідини, g - прискорення вільного падіння.
Приклад капілярного ефекту - всмоктування розлитої води серветкою.
44.Аморфні і кристалічні тіла.
Амо́рфний ста́н (грец. αμορφος — безформний) — стан речовини, в якому атоми молекули розміщені безладно, що зумовлює ізотропність, тобто однакові фізичні властивості в усіх напрямах речовини.
Аморфними є гази, майже всі рідини і багато твердих тіл, напр. скло, смоли.
Аморфний стан нестійкий, тому аморфні тверді тіла повільно кристалізуються. На відміну від кристалічних вони не мають т-ри плавлення і з підвищенням температури розм'якшуються поступово.
Тверде́ ті́ло — агрегатний стан речовини, що характеризується стабільністю форми на відміну від інших агрегатних станів рідини та газу. Атоми твердих тіл більшість часу проводять в околі певних рівноважних положень, здійснюючи тільки незначні теплові коливання.
За типом упорядкування атомів розрізняють кристалічні і аморфні тверді тіла. Кристали характеризуються наявністю просторової періодичності в розміщенні рівноважних положень коливань атомів, тобто наявністю кристалічної гратки. Атоми аморфних твердих тіл коливаються поблизу невпорядковано розміщених точок.
46.Кристали.
Рідкі кристали— специфічний стан речовини, якому властиві риси як рідини (текучість), так і кристалу (анізотропія властивостей).
47.Перший закон термодинаміки. Способи зміни внутрішньої енергії тіла.
Пе́рший зако́н термодина́міки — одне з основних положень термодинаміки, є, по суті, законом збереження енергії у застосуванні до термодинамічних процесів. Перший закон термодинаміки сформульований в середині 19 століття в результаті робіт Саді Карно, Юліуса фон Маєра, Джеймса Прескотта Джоуля і Германа фон Гельмгольца. Перший початок термодинаміки часто формулюють як неможливість існування вічного двигуна 1-го роду, який здійснював би роботу, не черпаючи енергію з якого-небудь джерела.
Зміна внутрішньої енергії закритої системи, яка відбувається в рівноважному процесі переходу системи із стану 1 в стан 2, дорівнює сумі роботи, зробленої над системою зовнішніми силами, і кількості теплоти, наданої системі: ΔU = A' + Q. Робота здійснена системою над зовнішніми тілами в процесі 1->2 (Назвемо її просто А) A=-A', тоді закон приймає вигляд:
Q = ΔU + A.
Кількість теплоти, що надається системі, витрачається на зміну внутрішньої енергії системи і на здійснення системою роботи проти зовнішніх сил.
Для елементарної кількості теплоти δQ; елементарної роботи δA і малої зміни dU внутрішньої енергії перший закон термодинаміки має вигляд:
δQ = dU + δA
Вн́утрішня ене́ргія тіла (позначається як E або U) — повна енергія термодинамічної системи за винятком її кінетичної енергії як цілого і потенціальної енергії тіла в полі зовнішніх сил. Внутрішня енергія складається з кінетичної енергії хаотичного руху молекул, потенціальної енергії взаємодії між ними і внутрішньомолекулярної енергії.
Внутрішня енергія є однозначною функцією рівноважного стану системи. Це означає, що кожний раз, коли система опиняється в даному рівноважному стані, її внутрішня енергія приймає властиве цьому стану значення, незалежно від передісторії системи. Отже, зміна внутрішньої енергії при переході з одного стану в інший буде завжди дорівнювати різниці значень в цих станах, незалежно від шляху, по якому здійснювався перехід.
48. Очевидно, економічно вигідною є така машина, яка при мінімальних затратах праці дає максимально можливу кількість роботи. А яку максимальну роботу можна дістати, затративши певну кількість палива? Питання далеко непросте. Перші па¬рові машини поглинали величезну кількість палива. Тому робота, яку вони виконували, обходилась дорого.
Скільки ж можна дістати роботи, спаливши дану кількість палива? Досвід показує, що в роботу перетворюється лише частина енергії, одержаної при спалюванні палива. Якщо позначити її Q, а кількість виконаної роботи А, то відношення А / Q дає величину, яка характеризує так званий коефіцієнт корисної дії машини. Коефіцієнт корисної дії сучасних парових машин і турбін становить 6-30 %, автомобільних і авіаційних двигунів внутрішнього згоряння – 30 - 40 %. Це означає, що з кожної тонни палива 600—700 кг витрачається даремно.
Коли врахувати, яка величезна армія теплових двигунів обслуговує людину і яка кількість палива спалюється ними щодня, то легко зрозуміти,
наскільки важливою науковою і технічною проблемою є збільшення енергії, що перетворюється двигуном , у корисну роботу, або, іншими словами, підвищення ККД двигунів.
У двигуні відбувається ланцюжок перетворень різних видів енергії. Розглянемо, наприклад, перетворення енергії в автомобільному двигуні. Бензин — джерело енергії. Він вприскується в циліндр. Суміш бензину з повітрям (робоча суміш) запалюється електричною іскрою. Відбувається хімічна реакція-горіння. Вона супроводжується виділенням великої кількості енергії. Енергія хімічна переходить у внутрішню.. Діставши певну кількість енергії, газ у циліндрі розширюється і рухає поршень і зв'язану з ним систему важелів і шестерень, які передають зусилля на ведучі колеса автомобіля. Таким чином, внутрішня енергія перетворюється в кінетичну енергію поступального руху поршня, потім — у кінетичну енергію обертання вала, шестерень і коліс. При згорянні 1 кг бензину виділяється понад 4,6 • 107 Дж енергії. Коли б уся енергія, що виділяється від згоряння бензину, перетворювалась у механічну енергію руху автомобіля! Зробимо невеликий підрахунок. ККД автомобільних легкових двигунів становить приблизно 30%. Це означає, що коли залити в бензобак 10 л бензину, то на рух автомобіля витрачається енергія лише 3 л. бензину. Куди ж зникає енергія решти 7 л? Насамперед вона витрачається на подолання сил тертя, які. неминуче виникають між поршнем і стінками циліндра, між шестернями і в усіх з'єднаннях. Тертя веде, як відомо, до нагрівання двигуна.
Чи можна уникнути цих втрат? Ні, тому що тертя можна лише зменшити, удосконаливши систему змащення. Але це не головне. Велика частина енергії палива виділяється у повітря. Усі відчували гаряче дихання двигуна, який викидає через вихлоп¬ну трубу продукти згоряння робочої суміші. А чи можна запобігти цим втратам?
Щоб відповісти на це запитання, розглянемо ще один приклад. Понад 85% всієї електроенергії в нашій країні виробляється тепловими електростанціями, на яких енергія палива перетворюється в електричну енергію. Наскільки ефективним є це перетворення? Теплоелектроцентраль (ТЕЦ) дає нам світло й тепло. В її корпусах хімічна енергія палива перетворюється в енергію води й пари, а потім — у механічну енергію руху турбіни і, нарешті, в електричну енергію. За корпусами ТЕЦ стоять вічно оповиті парою башти. У них охолоджується вода. Не вся енергія палива перетворюється в електричну енергію.
Оскільки парові турбіни мають коефіцієнт корисної дії близько 40 %, то з кожної тонни палива 600 кг використовується для обігрівання навколишнього повітря і хмар, що пропливають над ТЕЦ. Правда, частина енергії йде на обігрівання житлових будинків, але все-таки багато внутрішньої енергії пари втрачається марно. Чи не можна зменшити ці втрати? Безперечно, можна. Частину енергії, що виділяється в результаті охолодження води, можна використовувати для обігрівання оранжереї чи засніжених тротуарів взимку. Але внутрішня енергія лишиться при цьому внутрішньою енергією, вона не перетвориться в інші види, а лише розсіється в навколишньому просторі.
Можна зробити й інакше. Прибудувати до ТЕЦ ще один корпус і розмістити в ньому так звані фреонові установки. Подібні електростанції вже працюють на внутрішній енергії природних джерел гарячої води з температурою 60—80°С. Леткий фреон, нагрітий за рахунок гарячої води, обертатиме додаткову турбіну, і ще частина енергії перетвориться в електричну енергію. ККД використання енергії палива стане трохи більшим. Правда, поки що такі фреонові установки не дуже економічно вигідні. Та як би ми не намагались, добитися повного перетворення енергії палива в корисну роботу не можна. Просто неможливо побудувати двигун, який би, образно кажучи, не викидав енергії на вітер. У фізиці цей факт формулюють так: не можна побудувати таку теплову машину, яка повністю перетворювала б енергію палива в роботу.