Поверхневий натяг і деякі властивості рідин

Задачі для самостійного розв’язання

Приклади розв’язування задач

1. Закриту посудину об’ємом 0,5м³, яка містить 0,5кг води, нагріли до 150⁰С. Як треба змінити об’єм посудини, щоб пара у ній стала насиченою? (тиск насиченої пари при 150⁰С становить 4,7·10⁴ Па).

Розв’язання:

Тому потрібно збільшити об’єм посудини до 2,07м³.

Відповідь: V₂=2,07 м³.

2. Температура повітря увечері 18⁰С, відносна вологість 65%. Вночі температура знизилась до 4⁰С. Чи випаде в цьому випадку роса?

Розв’язання:

Роса випаде, тому що при 4⁰С абсолютна вологість 6,4·10^-3 кг/м³, а при 18⁰С вона становить 10^-2 кг/м³. Отже, 10^-2 – 6,4·10^-3 = 3,6·10^-3 кг/м³.

Відповідь: випаде.

3. Яку кількість води треба випарувати у приміщенні об’ємом 100м³ при температурі 17⁰С і відносній вологості 40% для того, щоб збільшити вологість до 70%?

Розв’язання:

Відповідь: ∆т=0,432 кг.

1. Скільки треба затратити теплоти, щоб 0,5кг води при температурі

20⁰С довести до температури кипіння і перетворити у пару?

Відповідь: 1,3·10⁶ Дж.

2. Яка температура установиться у залізному калориметрі масою 0,07кг, у якому міститься 0,2кг води при температурі 18⁰С, якщо у воду впустили 0,01кг пари при 100⁰С?

Відповідь: 319,5 К.

3. На електроплитці потужністю 600 Вт, яка має ККД 45%, нагрілося 1,5кг води, взятої при 10⁰С, до 100⁰С, при цьому 5% її перетворилось в пару. Визначити час нагрівання.

Відповідь: 45 хв.

4. Температура повітря 15⁰С, відносна вологість повітря 40%. Знайти точку роси і абсолютну вологість повітря.

Відповідь: 274 К, ρ_а=0,005 кг/м³.

5. У посудині, що містить 10кг льоду при температурі 0⁰С, влили 3кг води при 90⁰С. Яка установиться температура? Чи розплавиться весь лід? Якщо ні, то яка його частина залишиться в твердому стані. Теплоємність посудини не враховувати.

Відповідь: 0⁰С. Ні. 66%.

6. У 4м³ повітря при температурі 16⁰С міститься 40г водяної пари. Визначити відносну вологість.

Відповідь: 74 %.

7. Відносна вологість повітря ввечері при температурі 18⁰С дорівнює 55%. Чи випаде роса, якщо вночі температура знизиться до 8⁰С?

Відповідь: не випаде.

На поверхні поділу рідини і її насичуючої пари виникає сила, зумовлена різною молекулярною взаємодією суміжних середовищ (Рис.1).

Кожна молекула, розміщена всередині об’єму рідини, рівномірно оточена сусідніми молекулами і взаємодіє з ними, а рівнодійна цих сил дорівнює нулю. В поверхневому шарі в наслідок неоднорідності оточення на молекулу діє сила R, не скомпенсована силами з боку інших молекул рідини. Внаслідок цього рідина в поверхневому шарі перебуває в розтягнутому напруженому стані. Густина рідини в цьому шарі менша, ніж усередині. Молекули поверхневого шару перебувають на більших відстанях одна від одної, ніж молекули всередині рідини, тому їх потенціальна енергія більша, ніж в інших молекул. Різницю між потенціальними енергіями молекул усередині рідини та молекул у її поверхневому шарі називають поверхневою енергією.

Відношення поверхневої енергії U_n будь-якої частини поверхні рідини до площі S цієї поверхні називається коефіцієнтом поверхневого натягу : σ =

Явище виникнення сил, що перешкоджають збільшенню площі вільної поверхні рідини: F= l

l – довжина границі поверхневого шару,

σ - коефіцієнт поверхневого натягу,

F – сила поверхневого натягу.

Рідина може змочувати тверде тіло і може не змочувати тверде тіло. Якщо сили взаємодії молекул твердого тіла і молекул рідини більші від сил взаємодії між молекулами рідини, то рідина змочує тверде тіло (ртуть-залізо). У противному разі рідина не змочує твердого тіла (ртуть-скло).

Викривлену поверхню рідини у вузьких циліндричних трубах або біля стінок посудини називають меніском. Коли рідина змочує поверхню – меніск угнутий, коли не змочує – опуклий. Викривлення меніска відбувається в тонких трубках, які називаються капілярами. Змочуюча рідина, густина якої піднімається вкапілярах на висоту h над загальним рівнем рідини: h= , де r – радіус капіляра.