Експеримент Суворо дотримуйтесь інструкції з безпеки (див. форзац підруч- ника). 1. Розгляньте шкали наявних у вас вимірювальних приладів. 2. Заповніть перші п'ять стовпчиків таблиці. Опрацювання результатів експерименту: Визначте ціну поділки шкали і межі вимірювання кожного з до- сліджуваних приладів і закінчіть заповнення таблиці.
Если приблизить руку к включенной электролампе или поместить ладонь над горячей плитой, можно почувствовать движение теплых потоков воздуха. Тот же эффект можно наблюдать при колебании листа бумаги, помещенного над открытым пламенем. Оба эффекта объясняются конвекцией.
В основе явления конвекции лежит расширение более холодного вещества при соприкосновении с горячими массами. В таких обстоятельствах нагреваемое вещество теряет плотность и становится легче по сравнению с окружающим его холодным пространством. Наиболее точно данная характеристика явления соответствует перемещению тепловых потоков при нагревании воды.
Состояние определенной массы любого вещества можно описать с трех параметров: давления
p
, объема
V
и температуры
T
. Эти параметры связаны между собой. Их взаимосвязь описывается уравнением состояния, которое в общем случае имеет вид:
F
(
p
,
V
,
T
)
=
0.
Конкретный вид уравнения зависит от свойств вещества. Например, разреженный газ при достаточно высокой температуре хорошо описывается моделью идеального газа. Уравнением состояния для него является известное уравнение Клапейрона (
1799
−
1864
), предложенное в
1834
году:
p
V
=
m
M
R
T
.
Здесь
m
− масса газа,
M
− молярная масса (т.е. масса одного моля данного газа),
R
− универсальная газовая постоянная. Для одного моля газа это уравнение принимает следующий вид:
p
V
=
R
T
.
Проведенные позднее эксперименты выявили отклонение в поведении реальных газов от законов идеального газа. Эти результаты были обобщены голландским физиком Яном Дидериком Ван-дер-Ваальсом (
1837
−
1923
), который в
1873
году предложил более точное уравнение состояния реального газа. Оно называется уравнением Ван-дер-Ваальса и в расчете на один моль записывается в виде
(
p
+
a
V
2
)
(
V
−
b
)
=
R
T
.
Данное уравнение учитывает силы притяжения и отталкивания, действующие между молекулами. Силы притяжения учитываются благодаря пристеночному эффекту. Действительно, для частиц, находящихся во внутренней области, силы притяжения со стороны других молекул в среднем скомпенсированы. Однако для частиц вблизи стенок сосуда возникает нескомпенсированная сила притяжения
f
,
направленная внутрь сосуда. Эта сила, с одной стороны, пропорциональна концентрации частиц
n
в сосуде, а с другой стороны − пропорциональна концентрации частиц в пристеночном слое. В результате получаем:
f
∼
n
2
∼
1
V
2
,
где
n
− концентрация молекул в сосуде,
V
− объем
1
моля газа.
Рассмотренный эффект притяжения молекул пристеночного слоя приводит к уменьшению давления на стенки сосуда. При формальном переходе от уравнения Клапейрона к уравнению Ван-дер-Ваальса это соответствует замене
p
→
p
+
a
V
2
,
где
a
− коэффициент, зависящий от конкретного газа и размеров сосуда.
Силы отталкивания между молекулами в модели Ван-дер-Ваальса учитываются очень просто: предполагается, что молекулы имеют форму шара радиуса
r
и не могут приблизиться друг к другу на расстояние между центрами, меньшее чем
2
r
.
Можно считать, что вокруг одной из двух молекул существует "запрещенный" (исключенный) объем (рисунок
1
), равный
4
3
π
(
2
r
)
3
=
8
⋅
4
3
π
r
3
.
Следовательно, в расчете на одну молекулу исключенный объем равен
b
0
=
4
⋅
4
3
π
r
3
=
4
V
0
,
где
V
0
− объем одной молекулы.
В результате , если в уравнении Клапейрона объем пространства, доступного для движения молекул, был равен
V
,
то теперь он становится равным
V
−
N
A
b
0
=
V
−
b
,
где
N
A
− число Авогадро (равное числу молекул в одном моле газа),
Если приблизить руку к включенной электролампе или поместить ладонь над горячей плитой, можно почувствовать движение теплых потоков воздуха. Тот же эффект можно наблюдать при колебании листа бумаги, помещенного над открытым пламенем. Оба эффекта объясняются конвекцией.
В основе явления конвекции лежит расширение более холодного вещества при соприкосновении с горячими массами. В таких обстоятельствах нагреваемое вещество теряет плотность и становится легче по сравнению с окружающим его холодным пространством. Наиболее точно данная характеристика явления соответствует перемещению тепловых потоков при нагревании воды.
Состояние определенной массы любого вещества можно описать с трех параметров: давления
p
, объема
V
и температуры
T
. Эти параметры связаны между собой. Их взаимосвязь описывается уравнением состояния, которое в общем случае имеет вид:
F
(
p
,
V
,
T
)
=
0.
Конкретный вид уравнения зависит от свойств вещества. Например, разреженный газ при достаточно высокой температуре хорошо описывается моделью идеального газа. Уравнением состояния для него является известное уравнение Клапейрона (
1799
−
1864
), предложенное в
1834
году:
p
V
=
m
M
R
T
.
Здесь
m
− масса газа,
M
− молярная масса (т.е. масса одного моля данного газа),
R
− универсальная газовая постоянная. Для одного моля газа это уравнение принимает следующий вид:
p
V
=
R
T
.
Проведенные позднее эксперименты выявили отклонение в поведении реальных газов от законов идеального газа. Эти результаты были обобщены голландским физиком Яном Дидериком Ван-дер-Ваальсом (
1837
−
1923
), который в
1873
году предложил более точное уравнение состояния реального газа. Оно называется уравнением Ван-дер-Ваальса и в расчете на один моль записывается в виде
(
p
+
a
V
2
)
(
V
−
b
)
=
R
T
.
Данное уравнение учитывает силы притяжения и отталкивания, действующие между молекулами. Силы притяжения учитываются благодаря пристеночному эффекту. Действительно, для частиц, находящихся во внутренней области, силы притяжения со стороны других молекул в среднем скомпенсированы. Однако для частиц вблизи стенок сосуда возникает нескомпенсированная сила притяжения
f
,
направленная внутрь сосуда. Эта сила, с одной стороны, пропорциональна концентрации частиц
n
в сосуде, а с другой стороны − пропорциональна концентрации частиц в пристеночном слое. В результате получаем:
f
∼
n
2
∼
1
V
2
,
где
n
− концентрация молекул в сосуде,
V
− объем
1
моля газа.
Рассмотренный эффект притяжения молекул пристеночного слоя приводит к уменьшению давления на стенки сосуда. При формальном переходе от уравнения Клапейрона к уравнению Ван-дер-Ваальса это соответствует замене
p
→
p
+
a
V
2
,
где
a
− коэффициент, зависящий от конкретного газа и размеров сосуда.
Силы отталкивания между молекулами в модели Ван-дер-Ваальса учитываются очень просто: предполагается, что молекулы имеют форму шара радиуса
r
и не могут приблизиться друг к другу на расстояние между центрами, меньшее чем
2
r
.
Можно считать, что вокруг одной из двух молекул существует "запрещенный" (исключенный) объем (рисунок
1
), равный
4
3
π
(
2
r
)
3
=
8
⋅
4
3
π
r
3
.
Следовательно, в расчете на одну молекулу исключенный объем равен
b
0
=
4
⋅
4
3
π
r
3
=
4
V
0
,
где
V
0
− объем одной молекулы.
В результате , если в уравнении Клапейрона объем пространства, доступного для движения молекул, был равен
V
,
то теперь он становится равным
V
−
N
A
b
0
=
V
−
b
,
где
N
A
− число Авогадро (равное числу молекул в одном моле газа),
b
− исключенный объем, обусловленный отталкиванием молекул.
Объяснение: