Булану және конденсация графигі. Фазалық ауысулар. Балқу және кристалдану
Тақырыптар Кодификаторды ҚОЛДАНУ : өзгеріс агрегаттық күйлерзаттар, балқу және кристалдану, булану және конденсация, сұйықтықтың қайнауы, фазалық ауысулардағы энергияның өзгеруі.
Мұз, су және су буы үшеуінің мысалы болып табылады агрегаттық күйлерзаттар: қатты, сұйық және газ тәріздес. Берілген заттың қандай агрегаттық күйде болуы оның температурасына және оның орналасқан басқа сыртқы жағдайларына байланысты.
Сыртқы жағдайлар өзгерген кезде (мысалы, дененің ішкі энергиясы қыздыру немесе салқындату нәтижесінде көбейсе немесе кемісе), фазалық ауысулар болуы мүмкін - дене затының агрегаттық күйлерінің өзгеруі. Бізді мыналар қызықтырады фазалық ауысулар.
Балқу(қатты сұйықтық) және кристалдану(сұйықтық қатты зат).
Бу өндіру(сұйық бу) және конденсация(бу сұйықтығы).
Балқу және кристалдану
Қатты заттардың көпшілігі кристалдық, яғни. бар кристалдық тор- оның бөлшектерінің кеңістікте қатаң анықталған, мерзімді қайталанатын орналасуы.
Кристалды қатты дененің бөлшектері (атомдары немесе молекулалары) бекітілген тепе-теңдік позицияларына жақын термиялық тербелістерді орындайды - түйіндер кристалдық тор.
Мысалы, кристалдық тордың түйіндері ас тұзы- бұл «үш өлшемді шашақ қағаздың» текше ұяшықтарының төбелері (1-суретті қараңыз, онда үлкенірек шарлар хлор атомдарын білдіреді (en.wikipedia.org сайтындағы сурет)); егер судың тұз ерітіндісінен булануына рұқсат етілсе, қалған тұз шағын текшелердің үйіндісі болады.
Күріш. 1. Кристалды тор
Балқу арқылықатты кристалды заттың сұйыққа айналуы деп аталады. Сіз кез келген денені еріте аласыз - бұл үшін оны қыздыру керек Еру нүктесі, ол тек дененің затына байланысты, бірақ оның пішіні мен өлшеміне байланысты емес. Берілген заттың балқу температурасын кестелерден анықтауға болады.
Керісінше, егер сіз сұйықтықты салқындатсаңыз, ол ерте ме, кеш пе қатты күйге өтеді. Сұйықтың қатты кристалды затқа айналуы деп аталады кристалданунемесе қатаю... Осылайша, балқу мен кристалдану өзара кері процестер болып табылады.
Сұйықтықтың кристалданатын температурасы деп аталады кристалдану температурасы... Кристалдану температурасы балқу температурасына тең болады: бұл температурада екі процесс те болуы мүмкін. Сонымен, мұз еріп, су кристалданғанда; дәл неәрбір нақты жағдайда орын алады - бұл сыртқы жағдайларға байланысты (мысалы, жылу затқа беріледі ме немесе одан шығарылады ма).
Балқу және кристалдану қалай жүреді? Олардың механизмі қандай? Бұл процестердің мәнін түсіну үшін қыздыру және салқындату кезіндегі дене температурасының уақытқа тәуелділік графиктерін - балқу және кристалдану графиктері деп аталатындарды қарастырайық.
Балқу кестесі
Балқу графигінен бастайық (2-сурет). Уақыттың бастапқы моментінде (графиктегі нүкте) дене кристалды және белгілі бір температураға ие болсын.
Күріш. 2. Балқыту кестесі
Содан кейін денеге жылу беріле бастайды (мысалы, дене балқыту пешіне қойылды), ал дене температурасы мәнге дейін көтеріледі - берілген заттың балқу температурасы. Бұл графиктің бір бөлігі.
Сайтта дене жылу мөлшерін алады
мұндағы қатты заттың меншікті жылу сыйымдылығы, дене массасы.
Балқу нүктесіне (нүктеде) жеткенде, жағдай сапалы түрде өзгереді. Жылудың берілу жалғасуына қарамастан, дене температурасы өзгеріссіз қалады. Сайтта бар балқудене – оның қатты күйден сұйық күйге біртіндеп өтуі. Сайттың ішінде бізде қатты және сұйық қоспасы бар, ал нүктеге неғұрлым жақын болса, соғұрлым қатты заттар аз қалады және сұйықтық көп пайда болады. Ақырында, бастапқы қатты заттың нүктесінде ештеңе қалмады: ол толығымен сұйықтыққа айналды.
Аудан сұйықтықты одан әрі қыздыруға сәйкес келеді (немесе олар айтқандай, балқыту). Бұл аймақта сұйықтық жылу мөлшерін сіңіреді
сұйықтың меншікті жылуы қай жерде.
Бірақ қазір бізді фазалық ауысу бөлімі қызықтырады. Неліктен бұл аймақта қоспаның температурасы өзгермейді? Жылу беріледі!
Жылыту процесінің басына оралайық. Қатты дене температурасының қимадағы жоғарылауы оның бөлшектерінің кристалдық тор түйіндеріндегі тербеліс қарқындылығының жоғарылауының нәтижесі болып табылады: берілген жылу ұлғаюға жұмсалады. кинетикалықдене бөлшектерінің энергиясы (шын мәнінде берілген жылудың бір бөлігі бөлшектер арасындағы орташа қашықтықты ұлғайту жұмыстарын орындауға жұмсалады - біз білетіндей, денелер қыздырылған кезде кеңейеді. Алайда бұл бөлік соншалықты аз, сондықтан оны ескермеуге болады). .
Кристалл торы барған сайын босайды, ал балқу температурасында тербеліс диапазоны шекті мәнге жетеді, бұл кезде бөлшектер арасындағы тартылыс күштері олардың бір-біріне қатысты реттелген орналасуын әлі де қамтамасыз ете алады. Қатты зат «тігістерде жарылып» бастайды, ал одан әрі қыздыру кристалдық торды бұзады - торапта балқу осылай басталады.
Осы сәттен бастап барлық берілген жылу кристалдық тордың түйіндеріндегі бөлшектерді ұстайтын байланыстарды үзу үшін жұмысқа кіріседі, яғни. арттыру потенциалбөлшектердің энергиясы. Бұл жағдайда бөлшектердің кинетикалық энергиясы өзгеріссіз қалады, сондықтан дене температурасы өзгермейді. Осы сәтте кристалдық құрылым толығымен жоғалады, одан артық жойылатын ештеңе жоқ, ал берілген жылу қайтадан бөлшектердің кинетикалық энергиясын арттыруға - балқыманы қыздыруға жұмсалады.
Ерітудің меншікті жылуы
Сонымен, қатты денені сұйықтыққа айналдыру үшін оны балқу температурасына дейін жеткізу жеткіліксіз. Кристалдық тордың толық жойылуы үшін (яғни секцияның өтуі үшін) денеге белгілі бір жылу мөлшерін беру үшін қосымша (қазірдің өзінде балқу нүктесінде) қажет.
Бұл жылу мөлшері бөлшектердің өзара әрекеттесуінің потенциалдық энергиясын арттыруға жұмсалады. Демек, балқыманың бір нүктедегі ішкі энергиясы қатты дененің бір нүктедегі ішкі энергиясынан біршама артық болады.
Тәжірибе көрсеткендей, мән дене салмағына тікелей пропорционалды:
Пропорционалдық коэффициенті дененің пішіні мен өлшеміне байланысты емес және заттың сипаттамасы болып табылады. деп аталады заттың меншікті балқу жылуы... Бұл заттың меншікті балқу жылуын кестелерден табуға болады.
Меншікті балқу жылуы балқу температурасына жеткізілген берілген кристалдық заттың бір килограммын сұйық күйге айналдыру үшін қажетті жылу мөлшеріне сандық түрде тең.
Сонымен, мұздың меншікті балқу жылуы кДж/кг, қорғасын – кДж/кг тең. Мұздың кристалдық торын жою үшін шамамен есе көп энергия қажет екенін көреміз! Мұз жоғары меншікті балқу жылуы бар заттарға жатады, сондықтан көктемде бірден ерімейді (табиғат өз шараларын қабылдады: егер мұздың балқудың меншікті жылуы қорғасынмен бірдей болса, мұз бен қардың бүкіл массасы балқумен бірге ериді. алдымен ериді, айналаны су басқан).
Кристалдану графигі
Енді қарастыруға көшейік кристалдану- кері балқыту процесі. Біз алдыңғы сызбаның нүктесінен бастаймыз. Осы кезде балқыманың қызуы тоқтады делік (пеш өшіріліп, балқыма ауаға ұшырады). Балқыма температурасының одан әрі өзгерістері суретте көрсетілген. (3).
Күріш. 3. Кристалдану графигі
Сұйықтық оның температурасы балқу температурасына сәйкес келетін кристалдану температурасына жеткенше суытады (бөлім).
Осы сәттен бастап балқыманың температурасы өзгермейді, бірақ жылу оны әлі де қалдырады қоршаған орта... Сайтта бар кристалданубалқыма – оның қатты күйге біртіндеп өтуі. Учаскенің ішінде бізде қайтадан қатты және сұйық фазалардың қоспасы бар, ал нүктеге жақындаған сайын қатты болады және сұйықтық аз болады.Соңында, нүктеде сұйықтық мүлде қалмайды - ол толығымен кристалданды.
Келесі бөлім кристалдану нәтижесінде пайда болған қатты заттың одан әрі салқындатылуына сәйкес келеді.
Қайтадан біз фазалық ауысу бөліміне қызығушылық танытамыз: жылуды жоғалтуға қарамастан, температура неге өзгеріссіз қалады?
Нүктеге қайта оралу. Жылу беруді тоқтатқаннан кейін балқыма температурасы төмендейді, өйткені оның бөлшектері қоршаған ортаның молекулаларымен соқтығысуы және электромагниттік толқындардың сәулеленуі нәтижесінде кинетикалық энергиясын біртіндеп жоғалтады.
Балқыма температурасы кристалдану температурасына (нүкте) дейін төмендегенде, оның бөлшектері соншалықты баяулайды, сондықтан тартылыс күштері оларды дұрыс «ашып» алады және оларға кеңістікте қатаң анықталған өзара бағдар береді. Бұл кристалдық тордың ядролануына жағдай жасайды және ол шын мәнінде балқымадан қоршаған кеңістікке энергияның одан әрі кетуіне байланысты қалыптаса бастайды.
Бұл кезде энергияның бөлінуінің қарсы процесі басталады: бөлшектер кристалдық тордың түйіндеріндегі орындарын алған кезде олардың потенциалдық энергиясы күрт төмендейді, осыған байланысты олардың кинетикалық энергиясы артады - кристалданатын сұйықтық жылу көзі болып табылады. (мұзды шұңқырда отырған құстарды жиі кездестіруге болады. Олар сонда жылынып жатыр!) ... Кристалдану кезінде бөлінетін жылу қоршаған ортаға жылу жоғалтуды дәл өтейді, сондықтан аймақтағы температура өзгермейді.
Нүктеде балқыма жоғалады және кристалданудың аяқталуымен бірге жылудың бұл ішкі «генераторы» да жоғалады. Сыртқы ортаға энергияның үздіксіз таралуына байланысты температураның төмендеуі қайта басталады, бірақ түзілген қатты дене (аудан) тек суытады.
Тәжірибе көрсеткендей, аймақта кристалдану кезінде, дәл солайучаскеде балқу кезінде жұтылатын жылу мөлшері.
Булану және конденсация
Бу өндірусұйықтың газ күйіне өтуі (д бу). Буландырудың екі әдісі бар: булану және қайнату.
Буланукез келген температурада болатын булану деп аталады бос бетіненсұйықтықтар. «Қаныққан бу» парағынан еске түсіргендей, буланудың себебі молекулааралық тартылыс күштерін жеңуге қабілетті ең жылдам молекулалардың сұйықтықтан қашуы болып табылады. Бұл молекулалар сұйық бетінің үстінде бу түзеді.
Әртүрлі сұйықтықтар әртүрлі жылдамдықпен буланады: молекулалардың бір-біріне тартылу күштері неғұрлым көп болса, соғұрлым уақыт бірлігіндегі молекулалар саны оларды жеңіп, ұшып кете алады, ал булану жылдамдығы соғұрлым төмен болады. Эфир, ацетон, спирт (оларды кейде ұшқыш сұйықтықтар деп те атайды) тез буланады, су баяу, мұнай мен сынап суға қарағанда әлдеқайда баяу буланады.
Температураның жоғарылауымен булану жылдамдығы артады (ыстықта кір тез кебеді), өйткені сұйық молекулаларының орташа кинетикалық энергиясы артады, осылайша оның шегінен шығуға қабілетті жылдам молекулалардың саны артады.
Булану жылдамдығы сұйықтықтың бетінің ауданына байланысты: аудан неғұрлым үлкен болса, соғұрлым көп молекулалар бетіне қол жеткізеді және булану жылдамырақ болады (сол себепті кірді ілу кезінде оны мұқият түзетеді).
Буланумен бір мезгілде қарама-қарсы процесс те байқалады: сұйық бетінің үстінде кездейсоқ қозғалыс жасайтын бу молекулалары сұйықтыққа ішінара қайта оралады. Будың сұйыққа айналуы деп аталады конденсация.
Конденсация сұйықтықтың булануын баяулатады. Сонымен, құрғақ ауада кір дымқыл ауаға қарағанда тезірек кебеді. Ол желде тезірек кебеді: буды жел алып кетеді, ал булану қарқынды болады.
Кейбір жағдайларда конденсация жылдамдығы булану жылдамдығына тең болуы мүмкін. Содан кейін екі процесс бір-бірін өтейді және динамикалық тепе-теңдік орнайды: тығыз жабылған бөтелкеден сұйықтық жылдар бойы буланбайды және бұл жағдайда қаныққан бу.
Біз атмосферада су буының конденсациялануын үнемі бұлт, жаңбыр және таңертең түсетін шық түрінде байқаймыз; бұл жердегі тіршілікті қамтамасыз ететін табиғаттағы су айналымын қамтамасыз ететін булану және конденсация.
Булану сұйықтықтан ең жылдам молекулалардың кетуі болғандықтан, булану процесі кезінде сұйық молекулаларының орташа кинетикалық энергиясы азаяды, т.б. сұйықтық суытады. Сіз судан шыққанда салқындық пен кейде тіпті салқындық (әсіресе желмен) болатынын жақсы білесіз: дененің бүкіл бетіне буланған су жылуды алып кетеді, ал жел булану процесін тездетеді (қазір анық. Неліктен ыстық шайды үрлеп жатырмыз.Одан да ауаны ішке тартқан дұрыс, өйткені ол кезде өкпемізден ылғалды ауа емес, құрғақ атмосфералық ауа шығады ;-)).
Ұшқыш еріткішке (мысалы, ацетон немесе лак кетіргіш) батырылған мақтаның бір бөлігін қолыңызға сүртсеңіз, дәл осындай салқындықты сезінесіз. Қырық градус ыстықта денеміздің тесіктері арқылы ылғалдың булануының жоғарылауының арқасында біз температураны қалыпты деңгейде ұстаймыз; егер бұл терморегуляция механизмі болмағанда, біз мұндай ыстықта жай ғана өлетін едік.
Керісінше, конденсация процесінде сұйықтық қызады: бу молекулалары сұйықтыққа оралған кезде жақын орналасқан сұйық молекулаларының тартылу күштерімен үдетіледі, нәтижесінде сұйықтық молекулаларының орташа кинетикалық энергиясы артады (бұл құбылысты балқыманың кристалдануы кезіндегі энергияның бөлінуімен салыстырыңыз!).
Қайнау
Қайнаупайда болатын булану болып табылады бүкіл көлем бойыншасұйықтықтар.
Қайнау мүмкін, өйткені ауаның белгілі бір мөлшері әрқашан диффузия нәтижесінде алынған сұйықтықта еріген. Сұйықтық қызған кезде бұл ауа кеңейеді, ауа көпіршіктері бірте-бірте көлемін ұлғайтады және қарапайым көзге көрінеді (су құйылған ыдыста олар түбі мен қабырғаларын шөгеді). Ауа көпіршіктерінің ішінде қаныққан бу бар, оның қысымы, есіңізде болса, температураның жоғарылауымен тез артады.
Көпіршіктер неғұрлым үлкен болса, соғұрлым оларға архимед күші әсер етеді және белгілі бір сәтте көпіршіктер ажырап, көтеріле бастайды. Жоғары көтеріліп, көпіршіктер сұйықтықтың аз қыздырылған қабаттарына түседі; оларда бу конденсацияланады, көпіршіктер қайтадан қысылады. Көпіршіктердің ыдырауы шәйнектің қайнау алдындағы таныс шуды тудырады. Ақырында, уақыт өте келе барлық сұйықтық біркелкі қызады, көпіршіктер бетіне жетіп, жарылып, ауа мен буды шығарады - шудың орнынан шуылдап, сұйықтық қайнайды.
Көпіршіктер, осылайша, сұйықтықтың ішінен оның бетіне будың «өткізгіштері» ретінде қызмет етеді. Қайнау кезінде кәдімгі буланумен бірге сұйықтық бүкіл көлемде буға айналады - ауа көпіршіктерінің ішкі бөлікке булануы, содан кейін будың сыртқа кетуі. Сондықтан қайнаған сұйықтық өте тез буланады: суы бірнеше күн бойы буланатын шәйнек жарты сағатта қайнап кетеді.
Кез келген температурада болатын буланудан айырмашылығы, сұйықтық оған жеткенде ғана қайнай бастайды қайнау нүктесі- дәл ауа көпіршіктері қалқып, бетіне жетуге қабілетті температура. Қайнау нүктесінде қаныққан бу қысымы сұйықтыққа түсетін сыртқы қысымға тең болады(сондай-ақ, атмосфералық қысым). Тиісінше, сыртқы қысым неғұрлым жоғары болса, соғұрлым жоғары температура қайнау басталады.
Қалыпты атмосфералық қысымда (атм немесе Па) судың қайнау температурасы тең болады. Сонымен температурадағы қаныққан су буының қысымыПа. Бұл фактіні проблемаларды шешу үшін білу қажет - ол әдетте әдепкі бойынша белгілі болып саналады.
Эльбрус шыңында атмосфералық қысым атмға тең, ал ондағы су температурада қайнайды. Ал атм қысымында су тек осы уақытта қайнай бастайды.
Қайнау температурасы (қалыпты атмосфералық қысым кезінде) – берілген сұйықтық үшін қатаң белгіленген шама (оқулықтар мен анықтамалықтардың кестелерінде келтірілген қайнау температурасы химиялық таза сұйықтықтардың қайнау температурасы болып табылады. Сұйықтықта қоспалардың болуы қайнау температурасын өзгертуі мүмкін). Мысалы, құбыр суында еріген хлор және кейбір тұздар бар, сондықтан оның қалыпты атмосфералық қысымдағы қайнау температурасы). Сонымен, алкоголь - at, эфир - at, сынап - at қайнайды. Назар аударыңыз: сұйықтық неғұрлым ұшқыш болса, оның қайнау температурасы соғұрлым төмен болады. Қайнау температурасы кестесінде біз оттегінің қайнайтынын да көреміз. Бұл қарапайым температурада оттегінің газ екенін білдіреді!
Біз білеміз, егер шәйнекті оттан алып тастаса, қайнау дереу тоқтайды - қайнау процесі үздіксіз жылу беруді қажет етеді. Сонымен бірге қайнағаннан кейін шәйнектегі судың температурасы өзгермейді, үнемі өзгеріссіз қалады. Берілген жылу қайда кетеді?
Жағдай балқыту процесіне ұқсас: жылу молекулалардың потенциалдық энергиясын арттыру үшін қолданылады. Бұл жағдайда тартылыс күштері молекулаларды бір-біріне жақын ұстай алмайтындай қашықтықта молекулаларды жою жұмысын орындау, ал сұйықтық газ күйіне өтеді.
Қайнау кестесі
Сұйықтықты қыздыру процесінің графикалық көрінісін қарастырайық - деп аталатын қайнау графигі(Cурет 4).
Күріш. 4. Қайнау кестесі
Сайт қайнатудың басталуынан бұрын болады. Сайтта сұйықтық қайнайды, оның массасы азаяды. Осы кезде сұйықтық толығымен қайнап кетеді.
Бөлімнен өту үшін, яғни. қайнау температурасына жеткізілген сұйықтық толығымен буға айналуы үшін оған белгілі бір жылу мөлшері берілуі керек. Тәжірибе көрсеткендей, бұл жылу мөлшері сұйықтықтың массасына тура пропорционалды:
Пропорция деп аталады буланудың меншікті жылуысұйықтықтар (қайнау температурасында). Меншікті булану жылуы қайнау нүктесінде алынған 1 кг сұйықтықты толығымен буға айналдыру үшін оны беру керек жылу мөлшеріне сандық түрде тең.
Сонымен, судың меншікті булану жылуы кДж/кг тең болғанда. Оны мұздың балқуының меншікті жылуымен (кДж/кг) салыстыру қызық – буланудың меншікті жылуы жеті есе дерлік жоғары! Бұл таңқаларлық емес: мұзды еріту үшін тек кристалдық тордың түйіндеріндегі су молекулаларының реттелген орналасуын бұзу керек; бұл жағдайда молекулалар арасындағы қашықтық шамамен бірдей болып қалады. Бірақ суды буға айналдыру үшін молекулалар арасындағы барлық байланыстарды үзу және бір-бірінен айтарлықтай қашықтықтағы молекулаларды жою үшін көп жұмыс істеу керек.
Конденсация кестесі
Будың конденсациялану процесі және сұйықтықтың кейінгі салқындауы графикте қыздыру және қайнату процесіне симметриялы түрде көрінеді. Міне, сәйкес конденсация кестесімәселелерде жиі кездесетін центрлі су буы үшін (Cурет 5).
Күріш. 5. Конденсация кестесі
Бұл кезде бізде су буы бар. Сайтта конденсация пайда болады; осы аймақтың ішінде - бу мен судың қоспасы at. Нүктеде бу жоқ, тек су бар. Сюжет осы суды салқындату болып табылады.
Тәжірибе көрсеткендей, масса буының конденсациялануы кезінде (яғни қимадан өткенде) берілген температурада массаның сұйықтығын буға айналдыруға жұмсалған жылу мөлшері дәл осылай бөлінеді.
Қызығушылық үшін келесі жылу мөлшерін салыстырайық:
г су буының конденсациясы кезінде бөлінетін;
, ол нәтижесінде алынған центиград суы температураға дейін салқындаған кезде бөлінеді, айталық,.
J;
Дж.
Бұл сандар бумен күйік қайнаған су күйгеннен әлдеқайда нашар екенін анық көрсетеді. Қайнаған су теріге түскенде «тек» бөлінеді (қайнаған су суытады). Бірақ бу күйген кезде алдымен үлкен мөлшерде жылу бөлінеді (бу конденсацияланады), центиградтық су пайда болады, содан кейін бұл су салқындаған кезде бірдей мән қосылады.
Заттың сұйық күйден газ тәрізді күйге айналу құбылысы деп аталады булану... Бу өндіру екі процесс түрінде жүзеге асырылуы мүмкін: буланужәне
Булану
Кез келген температурада сұйықтың бетінен булану жүреді. Сонымен, луждар 10 ° C, 20 ° C және 30 ° C температурада кебеді. Сонымен булану дегеніміз кез келген температурада сұйықтың бетінен болатын заттың сұйық күйден газ күйіне айналу процесі.
Заттың құрылысы тұрғысынан сұйықтың булануы былай түсіндіріледі. Үздіксіз қозғалысқа қатысатын сұйық молекулаларының жылдамдығы әртүрлі. Су мен ауаның беткі қабатында орналасқан және салыстырмалы түрде жоғары энергияға ие ең жылдам молекулалар көрші молекулалардың тартылуын жеңіп, сұйықтықты қалдырады. Осылайша, жоғарыда сұйықтық пайда болады бу.
Сұйықтықта қалған молекулалардың энергиясымен салыстырғанда булану кезінде сұйықтан ішкі энергиясы жоғары молекулалар шығарылатындықтан, сұйық молекулаларының орташа жылдамдығы мен орташа кинетикалық энергиясы азаяды, демек, сұйықтың температурасы төмендейді.
Булану жылдамдығысұйықтық сұйықтық түріне байланысты. Осылайша, эфирдің булану жылдамдығы су мен өсімдік майының булану жылдамдығынан жоғары. Сонымен қатар, булану жылдамдығы ауаның сұйықтық бетінен жоғары қозғалысына байланысты. Дәлел сол сыртқы жағдайларда желсіз жерге қарағанда кірдің желде тез кебетіндігі.
Булану жылдамдығысұйықтықтың температурасына байланысты. Мысалы, 30 ° C температурадағы су 10 ° C суға қарағанда тезірек буланады.
Табақшаға құйылған су стақанға құйылған массалық суға қарағанда тезірек буланатыны белгілі. Демек, бұл сұйықтықтың бетінің ауданына байланысты.
Конденсация
Заттың газ күйінен сұйық күйге айналу процесі деп аталады конденсация.
Конденсация процесі булану процесімен бір мезгілде жүреді. Сұйықтан шығып, оның бетінен жоғары орналасқан молекулалар хаотикалық қозғалысқа қатысады. Олар басқа молекулалармен соқтығысады және белгілі бір уақытта олардың жылдамдықтары сұйықтықтың бетіне қарай бағытталуы мүмкін, ал молекулалар оған қайта оралады.
Егер ыдыс ашық болса, онда булану процесі конденсациядан жылдамырақ жүреді және ыдыстағы сұйықтықтың массасы азаяды. Сұйықтықтың үстінде пайда болатын бу деп аталады қанықпаған .
Егер сұйықтық жабық ыдыста болса, онда алдымен сұйықтықтан шығып кететін молекулалар саны оған қайтып келетін молекулалардың санынан көп болады, бірақ уақыт өте келе сұйықтың үстіндегі будың тығыздығы соншалықты, молекулалар саны артады. сұйықтықты қалдыру молекулалар санына тең болады, оған оралады. Бұл жағдайда сұйықтықтың оның буымен динамикалық тепе-теңдігі пайда болады.
Өз сұйықтығымен динамикалық тепе-теңдік күйіндегі бу деп аталады қаныққан бу .
Қаныққан буы бар сұйық ыдысты қыздырса, алдымен сұйықтықтан шығатын молекулалар саны артып, оған қайтып келетін молекулалар санынан көп болады. Уақыт өте келе тепе-теңдік қалпына келеді, бірақ сұйықтық үстіндегі будың тығыздығы және сәйкесінше оның қысымы артады.
Сұйықтық булану және қайнау арқылы буға (газға) айналады. Бұл процестерді бір атау «булану» біріктіреді, бірақ бұл процестердің арасында айырмашылық бар.
Кез келген сұйықтықтың бос бетінен булану үздіксіз жүреді. Буланудың физикалық табиғаты – жылулық қозғалыстың кинетикалық энергиясы мен жылдамдығы жоғары молекулалардың бетінен шығуы. Бұл жағдайда сұйықтық салқындатылады. Өнеркәсіпте бұл әсер суды салқындату үшін салқындату мұнараларында қолданылады.
Қайнау (булану сияқты) заттың бу күйіне ауысуы, бірақ ол сұйықтықтың бүкіл көлемінде және сұйықтыққа жылу берілгенде ғана болады. Әрі қарай қыздырған кезде сұйықтықтың температурасы тұрақты болып қалады, ал сұйықтық қайнауын жалғастырады.
Қайнау температурасы сұйықтық үстіндегі бу қысымына байланысты, қысым төмендеген сайын қайнау температурасы төмендейді және керісінше. Сұйықтық үстіндегі бу қысымын төмендету арқылы сұйықтықтың қайнау температурасын оның қату температурасына дейін төмендетуге болады, ал қажетті қасиеттері бар заттарды таңдау арқылы кез келген дерлік төмен температураны алуға болады.
Массасы 1 кг сұйықтың бу күйіне өтуіне қажетті жылу мөлшерін меншікті булану жылуы деп атайды. r,кДж/кг.
Булану жүретін температура қанығу температурасы деп аталады. Бу дымқыл немесе құрғақ болуы мүмкін (сұйық тамшыларсыз). Буды қатты қыздыруға болады және қанықтыру температурасынан жоғары қызу температурасына ие болады.
Бұл процестер бу компрессиялық тоңазытқыш машиналарда қолданылады. Қайнап жатқан сұйықтық - салқындатқыш, ал салқындату керек заттан жылуды алып, қайнайтын аппарат - буландырғыш. Қайнаған сұйықтыққа берілетін жылу мөлшері мына формуламен анықталады:
қайда М- сұйықтың буға айналу массасы; r- булану жылуы.
Сұйықтықтың қайнау температурасы қысымға байланысты. Бұл қатынас бу қысымы қысымының қисығымен бейнеленген.
Тоңазытқыш өнеркәсібіндегі ең көп таралған хладагент үшін аммиак, мұндай қисық суретте көрсетілген. 3, одан атмосфераға тең қысымда (0,1 МПа) аммиактың қайнау температурасы -30 ° C, ал 1,2 МПа - + 30 ° C-қа сәйкес келетінін көруге болады.
Қаныққан будың сұйықтыққа айналуын конденсация деп атайды, ол конденсация температурасында жүреді, ол қысымға да тәуелді. Меншікті қысымдағы конденсация және булану температурасы біртекті затбірдей. Бұл әсер конденсацияның жылуын ауаға беру үшін буландырғыш конденсаторларда қолданылады.
Сублимация
Зат қатты күйден тікелей буға ауыса алады. Бұл процесс сублимация деп аталады. Қоршаған орта ауасынан жұтылған жылу молекулалардың адгезия күштерін және бұл процесті болдырмайтын сыртқы қысымның әсерін жеңуге жұмсалады.
Қалыпты жағдайда сублимацияланатын заттар көп емес - қатты көмірқышқыл газы (құрғақ мұз), йод, камфора және т.б.
Салқындату және төмен температураны алу үшін атмосфералық қысымда -78,3 ° C температураны қамтамасыз ететін құрғақ мұз қолданылады, ал қысымды төмендету арқылы -100 ° C-қа жетуге болады.
>> Физика: булану және конденсация
Буланған кезде зат сұйық күйден газ тәрізді күйге (бу) өтеді. Буланудың екі түрі бар: булану және қайнау.
Булану- Бұл сұйықтықтың бос бетінен пайда болатын булану.
Булану қалай жүреді? Кез келген сұйықтықтың молекулалары үздіксіз және ретсіз қозғалыста болатынын білеміз, олардың кейбіреулері жылдамырақ, басқалары баяу қозғалады. Бір-біріне тарту күштері олардың ұшып кетуіне жол бермейді. Алайда, сұйықтықтың бетінде жеткілікті жоғары кинетикалық энергиясы бар молекула пайда болса, онда ол молекулааралық тартылыс күштерін жеңіп, сұйықтықтан ұшып кете алады. Екінші, үшінші және т.б. басқа жылдам молекуламен де осылай қайталанады. Бұл молекулалар сыртқа шығып, сұйықтықтың үстінде бу түзеді. Бұл будың пайда болуы булану болып табылады.
Булану кезінде сұйықтықтан ең жылдам молекулалар ұшып шығатындықтан, сұйықтықта қалған молекулалардың орташа кинетикалық энергиясы азаяды. Болғандықтан буланатын сұйықтықтың температурасы төмендейді: сұйықтық салқындайды... Сондықтан, әсіресе, дымқыл киімдегі адам құрғақ киімге қарағанда (әсіресе желде) суық сезінеді.
Сонымен бірге, стаканға су құйып, оны үстелге қалдырсаңыз, булануға қарамастан, ол үздіксіз салқындатылмайтынын, қатқанша салқындататынын бәрі біледі. Бұған не кедергі? Жауап өте қарапайым: стақанды қоршаған жылы ауамен судың жылу алмасуы.
Булану кезінде сұйықтықтың салқындауы булану жеткілікті жылдам болған жағдайда байқалады (сұйықтықтың қоршаған ортамен жылу алмасуына байланысты температурасын қалпына келтіруге уақыты жоқ). Молекулааралық тартылыс күші төмен ұшқыш сұйықтықтар, мысалы, эфир, спирт, бензин тез буланады. Мұндай сұйықтықты қолыңызға түсірсеңіз, біз суық сезінеміз. Қолдың бетінен булану, мұндай сұйықтық салқындатылады және одан біраз жылу алады.
Технологияда тез буланатын заттар кеңінен қолданылады. Мысалы, ғарыштық техникада төмен түсетін көліктер осындай заттармен қапталған. Ғаламшар атмосферасынан өткенде үйкеліс нәтижесінде аппараттың денесі қызып, оны жабатын зат булана бастайды. Буланып, ол ғарыш кемесін салқындатады, осылайша оны қызып кетуден сақтайды.
Суды булану кезінде салқындату ауа ылғалдылығын өлшейтін құрылғыларда да қолданылады, - психрометрлер(грек тілінен «psychros» - суық). Психрометр (81-сурет) екі термометрден тұрады. Олардың біреуі (құрғақ) ауа температурасын, ал екіншісі (қоймасы суға батырылған камбрикпен байланған) - ылғалды камбриктің булану қарқындылығына байланысты төмен температураны көрсетеді. Өлшенген ылғалдылық неғұрлым құрғақ болса, булану соғұрлым күшті болады, сондықтан ылғалды шамның көрсеткіші төмен болады. Және керісінше, ауаның ылғалдылығы неғұрлым жоғары болса, булану соғұрлым қарқынды емес, сондықтан бұл термометрдің температурасы соғұрлым жоғары болады. Арнайы (психрометриялық) кестені пайдалана отырып, құрғақ және ылғалдандырылған термометрлердің көрсеткіштері бойынша ауаның ылғалдылығы пайызбен анықталады. Ең жоғары ылғалдылық 100% (мұндай ауа ылғалдылығымен объектілерде шық пайда болады). Адамдар үшін ең қолайлы ылғалдылық 40-тан 60% -ға дейін деп саналады.
Қарапайым тәжірибелер көмегімен булану жылдамдығы сұйықтықтың температурасының жоғарылауымен, сонымен қатар оның бос бетінің ауданы ұлғаюымен және жел болған кезде өсетінін оңай анықтауға болады.
Неліктен сұйықтық жел болған кезде тезірек буланады? Сұйықтықтың бетінде буланумен бір мезгілде кері процесс жүреді - конденсация
... Конденсация сұйықтықтың үстінде кездейсоқ қозғалатын кейбір бу молекулаларының оған қайта оралуынан пайда болады. Жел сұйықтықтан шығарылған молекулаларды алып кетеді және олардың кері оралуына мүмкіндік бермейді.
Конденсация бу сұйықтықпен байланыста болмаған кезде де болуы мүмкін. Бұл конденсация, мысалы, бұлттардың пайда болуын түсіндіреді: жердің үстінен көтерілетін су буының молекулалары атмосфераның суық қабаттарында, жинақтары бұлт болып табылатын ұсақ су тамшыларына топтастырылған. Атмосферадағы су буының конденсациясы жаңбыр мен шыққа да әкеледі.
Булану кезінде сұйықтық салқындап, қоршаған ортаға қарағанда суық болып, оның энергиясын сіңіре бастайды. Керісінше, конденсация кезінде қоршаған ортаға белгілі бір жылу мөлшері бөлініп, оның температурасы біршама көтеріледі.
??? 1. Табиғатта буланудың қандай екі түрі бар? 2. Бұл не булану? 3. Сұйықтықтың булану жылдамдығы немен анықталады? 4. Неліктен булану кезінде сұйықтықтың температурасы төмендейді? 5. Түсетін ғарыш аппаратының планетаның атмосферасынан өтуі кезінде оның қызып кетуін қалай болдырмауға болады? 6. Конденсация дегеніміз не? 7. Бу конденсациясы қандай құбылыстарды түсіндіреді? 8.Ауаның ылғалдылығын қандай аспаппен өлшейді? Бұл қалай жұмыс істейді?
Эксперименттік тапсырмалар ... 1. Екі бірдей тәрелкеге бірдей мөлшерде су құйыңыз (мысалы, үш ас қасық). Бір табақшаны жылы жерге, екіншісін салқын жерге қойыңыз. Екі табақшадағы судың булануына кететін уақытты өлшеңіз. Булану жылдамдығының айырмашылығын түсіндіріңіз. 2. Қағаз парағына бір тамшы су мен спиртті тамызыңыз. Олардың булануына кететін уақытты өлшеңіз. Осы сұйықтықтардың қайсысында молекулалар арасындағы тартымдылық күштері аз болады? 3. Стакан мен табақшаға бірдей мөлшерде су құйыңыз. Оның оларда булануына кететін уақытты өлшеңіз. Оның булану жылдамдығының айырмашылығын түсіндіріңіз.
С.В. Громов, Н.А. Отан, физика 8 сынып
Оқырмандар интернет сайттарынан жіберген
Ішкі> Физикадан күнтізбелік-тақырыптық жоспарлау, онлайн тестілеу, 8-сынып оқушысына тапсырма, 8-сыныптағы физика мұғаліміне арналған курстар, сәйкес рефераттар мектеп бағдарламасы, дайын үй тапсырмасы
Сабақтың мазмұны сабақ жоспарытірек рамка сабақ презентация жеделдету әдістері интерактивті технологиялар Жаттығу тапсырмалар мен жаттығулар өзін-өзі тексеру семинарлары, тренингтер, кейстер, квесттер үй тапсырмалары талқылау сұрақтары студенттердің риторикалық сұрақтары Иллюстрациялар аудио, бейнеклиптер және мультимедиафотосуреттер, суреттер, кестелер, кестелер, сызбалар юмор, әзілдер, әзілдер, күлкілі мысалдар, нақыл сөздер, кроссвордтар, дәйексөздер Қосымшалар рефераттармақалалар фишкалар үшін қызықты чиптер оқулықтар негізгі және қосымша терминдер лексикасы т.б Оқулықтар мен сабақтарды жетілдіруоқулықтағы қателерді түзетуоқулықтағы үзіндіні жаңарту сабақтағы инновация элементтері ескірген білімді жаңасымен алмастыру Тек мұғалімдерге арналған тамаша сабақтаржылға арналған күнтізбелік жоспар нұсқауларталқылау күн тәртібі Кіріктірілген сабақтар1. Булану және конденсация
Заттың сұйық күйден газ тәріздес күйге өту процесі булану, заттың газ күйінен сұйық күйге айналуының кері процесі конденсация деп аталады. Буланудың екі түрі бар - булану және қайнау. Алдымен сұйықтықтың булануын қарастырайық. Булану – сұйықтың ашық бетінен кез келген температурада болатын булану процесі. Молекулалық-кинетикалық теория тұрғысынан бұл процестер келесідей түсіндіріледі. Жылулық қозғалысқа қатысатын сұйық молекулалары бір-бірімен үздіксіз соқтығысады. Бұл олардың кейбіреулері молекулалық тартылуды жеңу үшін жеткілікті кинетикалық энергияға ие болуына әкеледі. Мұндай молекулалар сұйықтықтың бетінде бола отырып, одан ұшып, сұйықтықтың үстінде бу (газ) түзеді. Бу молекулалары ~ ретсіз қозғалады, олар сұйықтықтың бетіне соғылады. Бұл жағдайда олардың кейбіреулері сұйықтыққа түсуі мүмкін. Сұйық молекулаларының ағуы мен сұйықтыққа қайта оралуының осы екі процесі бір уақытта жүреді. Егер қашып кететін молекулалардың саны қайтып келетін молекулалардың санынан көп болса, онда сұйықтықтың массасы азаяды, яғни. сұйықтық буланады, егер керісінше, сұйықтық мөлшері артады, яғни. бу конденсациясы байқалады. Сұйықтықтың және оның үстінде орналасқан будың массалары өзгермейтін жағдай болуы мүмкін. Бұл сұйықтықтан шығатын молекулалар саны оған қайтып келетін молекулалардың санына тең болғанда мүмкін болады. Бұл күй динамикалық тепе-теңдік деп аталады.
А бу
Оның сұйықтығымен динамикалық тепе-теңдікте, қаныққан деп аталады
. Егер бу мен сұйықтың арасында динамикалық тепе-теңдік болмаса, оны қанықпаған деп атайды.Белгілі бір температурада қаныққан бу тепе-теңдік деп аталатын белгілі бір тығыздыққа ие болатыны анық.
Бұл тепе-теңдік тығыздығының өзгермейтіндігін, демек, тұрақты температурада қаныққан будың көлемінен қысымын анықтайды, өйткені бұл будың көлемінің төмендеуі немесе ұлғаюы будың конденсациясына немесе сұйықтықтың булануына әкеледі, тиісінше. Белгілі бір температурадағы қаныққан бу изотермасы координаталық жазықтық P, V – V осіне параллель түзу.Термодинамикалық жүйенің сұйық – қаныққан бу температурасының жоғарылауымен сұйықтықтан біраз уақытқа кететін молекулалар саны будан сұйыққа қайтып келетін молекулалар санынан асып түседі. . Бұл будың тығыздығының жоғарылауы жоғарырақ температурада динамикалық тепе-теңдік орнатуға әкелгенше жалғасады. Сонымен қатар қысым да артады. қаныққан булар... Осылайша, қаныққан бу қысымы тек температураға байланысты. Қаныққан бу қысымының мұндай жылдам өсуі температураның жоғарылауымен молекулалардың ілгерілемелі қозғалысының кинетикалық энергиясының ғана емес, сонымен қатар олардың концентрациясының жоғарылауына байланысты, т.б. көлем бірлігіне келетін молекулалар саны
Булану кезінде ең жылдам молекулалар сұйықтықтан шығады, соның нәтижесінде қалған молекулалардың ілгерілемелі қозғалысының орташа кинетикалық энергиясы төмендейді, демек, сұйықтықтың температурасы да төмендейді (§24 қараңыз). Сондықтан буланатын сұйықтықтың температурасы тұрақты болуы үшін оған белгілі бір мөлшерде жылу үздіксіз беріліп тұруы керек.
Сұйықтықты тұрақты температурада буға айналдыру үшін оның бірлік массасына берілуі керек жылу мөлшерін меншікті булану жылуы деп атайды.
Меншікті булану жылуы сұйықтың температурасына байланысты, ол жоғарылаған сайын төмендейді. Конденсация кезінде сұйықтықтың булануына кеткен жылу мөлшері бөлінеді. Конденсация – газ күйінен сұйық күйге өту процесі.
2. Ауаның ылғалдылығы.
Атмосферада әрқашан белгілі бір мөлшерде су буы болады. Ылғалдылық дәрежесі ауа-райы мен климаттың маңызды сипаттамаларының бірі болып табылады және көптеген жағдайларда практикалық маңызы бар. Сонымен, әртүрлі материалдарды (соның ішінде цемент, гипс және басқа құрылыс материалдарын), шикізатты, өнімдерді, жабдықтарды және т.б. белгілі бір ылғалдылықта болуы керек. Үй-жайлар, олардың мақсатына байланысты, сондай-ақ тиісті ылғалдылық талаптарына бағынады.
Ылғалдылықты сипаттау үшін бірқатар шамалар қолданылады. Абсолютті ылғалдылық p – ауаның бірлік көлеміндегі су буының массасы. Ол әдетте текше метрге (г / м3) грамммен өлшенеді. Абсолютті ылғалдылық Менделеев – Клейпейрон теңдеуі бойынша су буының парциалды қысымымен P байланысты, мұндағы V – бу алатын көлем, m, T және m – су буының массасы, абсолютті температурасы және молярлық массасы, R – әмбебап. газ тұрақтысы ((25.5) қараңыз) ... Жартылай қысым – ауа молекулаларының басқа түрлерінің әрекетін есепке алмаған су буының қысымы. Демек, p = m / V су буының тығыздығы болғандықтан.
