ДЗ № 1.2 (10 клас, 2-й семестр)

Домашня  Робота №1.2 

(10 клас, 2 семестр)

молекулярна фізика, термодинаміка

Задачі розв'язати та здати вчасно до першого уроку у вівторок 11.02.2025 р. в а. 301! 

Задачі

НАСИЧЕНА ПАРА 
Розв'язуємо задачі 

Читати розв'язки

Туман

 Звідки береться туман?

Варто знати...

  

Кожен неодноразово мав можливість спостерігати атмосферне явище – туман. Більшість людей знають, що туман – це краплинки води (у вигляді рідини) котрі висять в повітрі, безпосередньо над земною поверхнею. 

Звідки береться рідина в газоподібній атмосфері Землі?

Як відомо, наша атмосфера складається, в основному,  з азоту та  кисню. Проте у ній також присутні інші гази: озон, вуглекислий газ, інертні гази, а також водяна пара. Зауважу, що речовина Н₂О перебуває у газоподібному стані, і ми її бачити не можемо.

Проте внаслідок охолодження повітря, водяна пара досягає стану насичення, а при подальшому пониженні температури, вона конденсується на невеликих піщинках, неоднорідностях та домішках (пил, сажа тощо), котрі завжди присутні в атмосфері. Кількість таких домішок зростає на території міст та в місцях, де зосередженні промислові заводи,  що свідчить про забруднення повітря на даних територіях.

Вологість повітря

Вологість повітря та способи її вимірювання

ДЗ: Прочитати, зрозуміти та вивчити С.225-230 (Мякішев... Підручник з фізики).

Водяна пара - паливо для циклонів

    На Землі безупинно відбувається кругообіг води. Вона випаровується з поверхні світових океанів, вологих грунтів, листків рослин, легенів і шкіри тварин та людини, а вітри розносять її по всій планеті. Наявність водяної пари в атмосфері Землі зумовлює вологість повітря.

Вологість повітря постійно впливає на самопочуття людини. Для нормальної життєдіяльності за добу з поверхні шкіри і легенів людини випаровується в середньому від 800 до 2000 г води. У жаркому вологому повітрі процес випаровування води з поверхні шкіри людини послаблюється, водночас порушується і нормальний тепловий обмін в організмі. Тому за великої вологості та високої температури в людиниз’являється кволість, зменшується її працездатність. 

Вологість, тобто ступінь насичення повітря водяною парою, характеризують наступними величинами. 

1. Абсолютна вологість

Абсолютна вологість – це кількість водяної (в кілограмах) пари, яка міститься в 1 м³ повітря, тобто її густина.

За низьких температур, коли пара далека від насичення, її можна вважати ідеальним газом і застосовувати рівняння Клапейрона – Менделєєва. У такому разі до уваги беруть парціальний тиск (пружність) водяної пари в повітрі й абсолютну вологість визначають через парціальний тиск Р. Абсолютна вологість не визначає ступінь вологості повітря. 

2. Відносна вологість

Відносна вологість повітря φ – це відношення абсолютної вологості до тої маси або парціального тиску водяної пари Рmax, яка насичує повітря за такої ж температури. Як правило, відносну вологість виражають у відсотках.

φ = (Р/Рmax)∙100% = (ρ/ρmax)∙100%

де Р, ρ – пружність пари або абсолютна вологість.

Пробуємо заперечити 2-й закон термодинаміки

 

 

 Каченя, що п’є воду та друге начало термодинаміки
Як це працює?

При випаровуванні води з вологої голови каченяти температура її понижується. Це зумовлює зменшення тиску водяної пари в голові каченяти: рідина піднімається по трубочці, центр ваги системи переміщується вище осі обертання, і каченя нахиляється, торкаючись дзьобом поверхні води в поставленому перед ним блюдечці. Таким чином, дзьоб і голова знову змочуються. Однак при нахилі каченяти нижній кінець трубочки в кульці виходить з рідини, завдяки чому пара в кульці й голові сполучається, тиск пари в них вирівнюється. Рідина від голови стікає вниз, і каченя знову піднімає голову. Потім весь процес повторюється. 

ДКР № 3.2 (10 клас, 2-й семестр)

Домашня Контрольна Робота №3.2 

(10 клас, 2 семестр)

молекулярна фізика, термодинаміка

Задачі розв'язати та здати вчасно до першого уроку у вівторок 4.02.2025 р. в а. 301! 

5.6.30*; 5.9.1; 5.9.2; 5.9.3; 5.9.4; 5.9.5;

 5.9.6*; 5.9.7*; 5.9.8; 5.9.13; 5.9.14; 5.9.15.

БАЖАЮ УСПІХУ! 

Рівняння Ван-дер-Ваальса

Рівняння стану реального газу +

відео

 

Ван-дер-Ваальс та його газ

   Закони ідеальних газів, виведені на основі МКТ, добре описують реальні гази при малих тисках і не занадто низьких температурах. При підвищенні  тиску чи зниженні температури поведінка реальних газів кількісно та якісно відрізняється від поведінки газів ідеальних.

Вирішення даної проблеми запропонував у 1873 році голландський фізик Ван-дер-Ваальс (1837-1923), який ввів рівняння стану, яке назване його іменем.

Газ Ван-дер-Ваальса – це така модель реального газу, в якій молекули розглядаються як тверді кульки певного об’єму (діаметром d),  між якими діють сили взаємного притягання. Наявність власного розміру кульок зумовлює те, що в даній моделі враховано і сили відштовхування між молекулами реального газу.

                [p + (m/μ)²∙a/V²][V - (m/μ)∙b] = RT

Останнє рівняння носить назву рівняння Ван-дер-Ваальса, яке для одного моля газу набуває вигляду:

Рівняння стану реального газу відрізняється від рівняння Клапейрона-Менделєєва введенням двох поправок.

Насичена пара

Поняття насиченої пари

 

Водяна пара

В рідині молекули знаходяться в неперервному хаотичному тепловому (броунівському) русі. Якщо молекула випадково з'являється біля поверхні рідини і матиме швидкість, достатню для подолання притягання з боку інших молекул, вона зможе вийти в простір над рідиною.  Молекули, котрі задовольняють даним умовам, існують у вибраному об’ємі завжди, що доводиться роподілом Максвелла по швидкостях.

Швидкість випаровування (кількість молекул, що вилітає з 1 м² вільної поверхні рідини за 1 с визначається:

1) видом рідини;

2) температурою;

3) тиском пари над рідиною.

Сукупність молекул, що знаходяться в просторі над рідиною, називають парою, а процес переходу рідини в стан пари - пароутворенням.

Пароутворення з вільної поверхні рідини називають випаровуванням.

Молекули пари, рухаючись хаотично, можуть набути швидкості, напрямленої, наприклад, в бік рідини, і до неї повернутись. Процес переходу молекул пари в рідину називають конденсацією.

Насичена пара

 

Фазові переходи

Урок-лекція у ЛФМЛ 

(10-клас)

1. Поняття фази. Типи фазових переходів.
2. Насичена пара.

Теплові двигуни

 

Поняття про роботу двигунів

 внутрішнього згорання

Двигун внутрішнього згорання та його 4 такти

Домашнє завдання:

1. Опрацювати та вивчити параграф 77 з підручника "ФІЗИКА 10 клас"

Холодильна машина

 

Поняття про принцип дії 
холодильної машини

Цикл Карно

Якщо машину, яка працює за циклом Карно, змусити за допомогою іншої машини або мотора виконувати обернений цикл у напрямі 1-4-3-2-1, то в такому разі зовнішні сили виконуватимуть роботу над системою, у результаті чого система перетворюватиме частину цієї  роботи в теплоту.

Друге начало термодинаміки

Друге начало термодинаміки  

та теплова смерть Всесвіту

Відомий англійський письменник Чарльз Сноу вважав, що критерієм інтелігентності сучасної людини з гуманітарною освітою служить ступінь обізнаності з другим законом термодинаміки.

Другий закон термодинаміки, як і перший, є узагальненням  багатовікового досвіду людей. Існує близько тринадцяти (!!!) рівноцінних формулювань даного закону.

1. Неможливим є коловий процес, єдиним наслідком якого було б перетворення кількості теплоти, одержаної від нагрівника, в еквівалентну їй  роботу (Томсон-Кельвін).

2. Неможливим є коловий процес, єдиним результатом якого було б передавання енергії у формі теплоти від холодного тіла до гарячого (Клаузіус).

3. Вічний двигун другого роду неможливий (Освальд).

4. Теорема Карно:

Термічний ККД оборотнього циклу Карно не залежить від властивостей робочого тіла і виражається формулою

η_к = (T_н – Т_х)/Т_н

Термічний ККД необоротного циклу Карно завжди менший термічного ККД оборотнього циклу Карно, який здійснюється між тими ж температурами T_н  та Т_х:

η_{к необор} < η_{к  обор} 

Термічний ККД довільного оборотнього циклу не перевищує термічного ККД оборотнього циклу Карно: 

 η_обор ≤ η_{к  обор} = (T_н – Т_х)/Т_н

5. У замкненій (ізольованій) системі ентропія зростає або є сталою: 

ΔS ≥ 0, 
TdS ≥ dU + pdV

Цикл Карно

Тепловий двигун
 Ідеальна теплова машина 

Блок-схема теплового двигуна

Тепловий двигун – це пристрій, який перетворює внутрішню енергію палива в механічну. 

Енергія, яка виділяється під час згорання палива, через теплообмін передається газу. Газ, розширяючись, виконує роботу проти зовнішніх сил і приводить у рух механізм.

Для того щоб двигун працював циклічно, газ стискається, віддаючи теплоту холодильнику (навколишньому середовищу). Робоче тіло двигуна дістає кількість теплоти ΔQн   від нагрівника, виконує роботу А над зовнішніми тілами і передає кількість теплоти ΔQх   холодильнику. Оскільки система після закінчення циклу повертається до початкового стану, зміна внутрішньої енергії дорівнює нулю (ΔU = 0) і за першим законом термодинаміки 

ΔА = ΔQн–ΔQх, 

де ΔА - механічна робота, яку виконує газ, ΔQн  - кількість теплоти, одержаної від нагрівника,  ΔQх -  кількість теплоти, переданої холодильнику.

Величина η:

 η = (ΔQн–ΔQх)/ΔQн = ΔА/ΔQн

називається коефіцієнтом корисної дії (ККД) теплової машини.

Цикл Карно

Французький інженер С. Карно з’ясував умови роботи ідеальної теплової машини. З усіх теплових машин, які працюють з нагрівником, що має температуру Тн, і холодильником, що має температуру Тх , найбільший коефіцієнт корисної дії має теплова машина, що працює за циклом Карно, який складається з двох ізотерм і двох адіабат. 

ДКР № 2.2 (10 клас, 2-й семестр)

Домашня Контрольна Робота №2.2 

(10 клас, 2 семестр)

молекулярна фізика, термодинаміка

Задачі розв'язати та здати вчасно до першого уроку у вівторок 28.01.2025 р. в а. 301! 

5.6.10; 5.6.12; 5.6.20; 5.6.21; 5.6.22*; 5.6.24;

 5.6.25; 5.6.27; 5.6.31*; 5.9.10* б); 5.9.11; 5.9.12.

БАЖАЮ УСПІХУ! 

«Демон Максвелла»

 Начала термодинаміки або хто такий 

«демон Максвелла»?

       ... цікава фізика...

Одним із розділів молекулярної фізики є «Термодинаміка». В основі цього розділу лежать три закони-начала.

Нульове начало термодинаміки

Будь-яка система прямує до стану теплової рівноваги. Система самовільно з цього стану вийти не може.

Перше начало термодинаміки 

(одне з 5-ти формулювань)

Кількість теплоти, яка надається системі, витрачається на зміну внутрішньої енергії системи та на виконання системою роботи проти зовнішніх сил:

ΔQ = ΔU + ΔA'

Перше начало є, за своєю сутністю, законом збереження енергії, застосованим до теплових процесів. Одним із наслідків цього закону є неможливість створення вічного двигуна першого роду.

Відомий вчений, Рудольф Клаузіус, вивчаючи теплові процеси, показав, що тепло найімовірніше безпосередньо може переходити лише від гарячих тіл до холодних (хоча перехід "навпаки" не заборонений законом збереження енергії). 

Це твердження носить назву 

другого начала термодинаміки. 

"Туманна спідничка" винищувача

  Адіабатичний процес та надзвукові літаки  

 цікаво...

Ефекту "конденсатного одягу"

  

Адіабатичний процес – це процес, який проходить без теплообміну з навколишнім середовищем. У природі такі процеси зустрічаються досить часто. Процес стиснення-розрідження повітря при проходженні звукової хвилі, процеси перемішування великих повітряних мас а також процеси нагрівання та запалення робочої суміші у дизельних двигунах внутрішнього згорання – це далеко не повний перелік реальних процесів, які описуються рівнянням Пуассона.

Але одне явище є надзвичайно несподіваним та дуже цікавим.

Атмосфера. Розглянемо її у стані, коли водяної пари є достатньо багато, і вона близька до насичення. Якщо літак пролітає в такій атмосфері і намагається перевершити звуковий бар’єр, то він, немов би наряджається в «туманну спідничку».