Билет 7

1.Теплоємністю тіла називається кількість тепла, яку треба

надати тілу, щоб підвищити його температуру на 1 К. Розрізнюють

молярну теплоємність, тобто теплоємність одного моля речовини,

Із цього рівняння видно, що CP завжди більше CV на величину газової сталої R. Це пояснюється тим, що при постійному об’ємі все тепло витрачається тільки на збільшення внутрішньої енергії газу, у той час, як при постійному об’ємі підведене тепло витрачається на збільшення внутрішньої енергії газу й на здійснення газом роботи. Підставляючи в рівняння (9.15) вираз для молярної теплоємності при постійному об’ємі (9.12) получимо, що

З (9.12) виходить, що CV (а, отже, і CP) не повинна залежати

від температури. Цей закон виконується досить непогано для одно-

атомних газів. Однак уже для двохатомних газів, як показує експеримент, CVзалежить від температури як показано на рисунку 9.4. Такий хід залежності теплоємності від температури можна пояснити тим, що при низьких температурах молекули мають тільки кінетичну енергію поступального руху. При більш високій температурі додається процес обертання молекул. Говорять, що при більш високій температурі збуджуються обертальні ступені свободи. Якщ ще піднімати температуру, то будуть збуджуватися коливальні ступені свободи. Послідовну теорію теплоємності газів змогла дати тільки квантова механіка. Виявляється, що енергія обертання й коливань не може приймати будь-які значення, а тільки дискретні, або квантовані. Відповідно до цього, при низьких температурах не вистачає енергії поступального руху, щоб при зіткненнях молекул збудити обертальні ступені свободи. Говорять, що вони (також як і коливальні ступені свободи) заморожені.

2. Рідина – агрегатний стан речовини, проміжний між газоподібним і твердим. Рентгеноструктурний аналіз рідин також підтвердив, що характер розташування частинок рідини проміжний між газом і твердим тілом. У рідинах спостерігається ближній порядок в розташуванні частинок, тобто їх впорядковане розташування на відстанях, порівнянних з міжатомними, і взагалі, дуже малі відстані між частинками. Для частинок рідини характерна велика рухливість. Ці чинники обумовлюють те, що рідини (подібно до твердих тіл) мають малу стисливість і легко (на відміну від твердих тіл) змінюють форму. Оскільки молекули рідини розміщуються впритул одна до одної, то густина рідини набагато більша за густину газів (відстань між молекулами газу в сотні разів перевищує розміри самих молекул). Кожна молекула рідини протягом деякого часу коливається біля певного положення рівноваги, після чого стрибком переходить в нове положення, віддалене від початкового на відстань порядку міжатомного. Таким чином, молекули рідини поволі переміщкються по всій масі рідини і дифузія відбувається набагато повільніше, ніж в газах. З підвищенням температури рідини інтенсивність коливального руху різко збільшується,зростає рухливість молекул, що, в свою чергу, є причиною зменшення в'язкості рідини. Рідинам властивий поверхневий натяг. Він обумовлений тим, що молекули поверхневого шару відчувають дещо іншу силу міжмолекулярої взаємодії, ніж молекули, які знаходяться всередині об'єму рідини.

Насправді, молекула всередині рідини з усіх боків рівномірно оточена111 іншими молекулами, тому діючі на неї сили в середньому компенсуються.

Таким чином, результуюча сила, що діє на молекулу всередині рідини з боку інших молекул, дорівню нулю. Густина газоподібного середовища значно менша за густину рідини, тому молекула в приповерхневому шарі менше притягується в бік молекул газу і більше – в бік молекул рідини.

Отже рівнодіюча сил, прикладених до кожної молекули поверхневого шару, нулю не дорівнює і направлена всередину. Молекули поверхневого шару рідини під дією результуючої сили втягуються всередину рідини, і число молекул, що знаходяться на поверхні, зменшується до тих пір, поки вільна поверхня рідини не виявиться мінімально можливою.

Під дією поверхневого натягу рідина (за відсутності інших сил) приймає форму кулі (при заданому об'ємі це геометричне тіло має найменшу площу поверхні). Спостерігаючи найдрібніші крапельки, зважені в повітрі, можемо побачити, що вони дійсно мають форму куль, але дещо неідеальних через дію сил земного тяжіння. В умовах невагомості крапля будь-якої рідини (незалежно від її розмірів) має сферичну форму, що доведено в ході експериментів при космічних польотах.

Явище змочування характеризує краєвий кут θ – кут між дотичними до поверхні рідини і твердого тіла. Рідина змочує тверде тіло, якщо крайовий кут гострий. Вода змочує скло. Сили тяжіння між молекулами рідини і твердого тіла тут більші, ніж між молекулами самої рідини, і рідина прагне збільшити поверхню контакту з твердим тілом. Рідина не змочує тверде тіло, якщо крайовий кут тупий.

Якщо помістити один кінець вузької трубки (капіляр) у широку

посудину, наповнену рідиною, то внаслідок змочування або незмочування

рідиною стінок капіляра кривизна поверхні рідини в капілярі стає значною.

Якщо рідина змочує матеріал капіляра, то всередині його поверхня рідини

– меніск – має увігнуту форму (рис. 6.6, а), а рівень рідини всередині капіляра вище відкритої поверхні. Якщо рідина не змочує матеріал капіляра, то меніск має опуклу форму (рис. 6.6, б) а рівень рідини всередині капіляра нижче відкритої поверхні.