Fizika, Molekulyar fizika

Aqreqat halları və rütubət: buxardan şeh damcısına qədər

Hal dəyişmələrini adları ilə tanıyacaq, nisbi rütubəti, buxarın təzyiqini və mexaniki gərginliyi hesablaya biləcəksən.

Oxumaq 4 dəqiqə çəkir

Süni intellektlə hazırlanmış şəkil: taxta stolun üstündə çölü su damcıları ilə örtülmüş soyuq şüşə butulka.

Yayda soyuducudan soyuq su butulkası çıxarıb stolun üstünə qoy. Çox vaxt bir neçə dəqiqədən sonra butulkanın çölü damcılarla örtülür. Su butulkadan sızmayıb. O, əvvəldən havanın içində idi, sadəcə görünmürdü.

Butulkanın səthi havanın şeh nöqtəsindən soyuqdursa, çölündə su damcıları yaranır. Səthə yaxın hava soyuduqda su buxarının bir hissəsi kondensasiya edir. İsti duşdan sonra hamamda güzgünün buğlanması da eyni hadisədir: güzgünün səthi nəmli havanın şeh nöqtəsindən soyuqdur.

Bu mövzu məhz bunu hesablamağı öyrədir: havada nə qədər buxar var, o, doymağa nə qədər yaxındır və maddə bir haldan o birinə keçəndə nə baş verir.

Niyə lazımdır

Rütubət gündəlik həyatın hər yerindədir: hava proqnozunda, paltarın nə qədər tez quruyacağında, qışda pəncərənin içəridən tərləməsində. Nisbi rütubətin nə olduğunu bilən adam bu hadisələri təxmin etmir, izah edir.

İmtahanda bu mövzunun tapşırıqları qısa olur, amma bir neçə düstur bir yerə yığılır. Hansı düsturun nə vaxt işlədiyini bilsən və vahidləri düz çevirsən, asan balı əldən vermirsən.

İmtahan bu mövzuda nə soruşur?

İmtahanda hal dəyişmələrinin adlarını, böhran temperaturunu, mexaniki gərginliyi və tam islatma şərtini müəyyənləşdirirsən. Rütubət məsələlərində buxarın sıxlığından parsial təzyiqə keçirsən, yaxud birləşdirilən qablarda son nisbi rütubəti hesablayırsan.

Qayda

Bərk maddənin mayeləşməsi ərimə, əks keçid bərkimədir. Mayedən qaza keçid buxarəmələgəlmə, qazdan mayeyə keçid kondensasiyadır. Sublimasiya bərk maddənin birbaşa qazlaşması, desublimasiya qazın birbaşa bərkiməsidir.
Buxarlanma mayenin səthində müxtəlif temperaturlarda gedir; daha sürətli molekulların ayrılması mayeni soyuda bilər. Temperatur, səth sahəsi və hava axını artdıqda buxarlanma sürətlənir. Qaynama bütün həcmdə baş verir; xarici təzyiq azaldıqda qaynama temperaturu enir.
Əriməyə $Q=\lambda m$ , sabit temperaturda buxarəmələgəlməyə $Q=Lm$ istilik sərf olunur. Əks proseslərdə həmin qədər istilik ayrılır. $\lambda$ və $L$ xüsusi istiliklərdir, vahidləri $\text{C/kq}$ -dır. Temperatur dəyişirsə, uyğun mərhələ üçün $Q=cm\Delta T$ hesablanır.
Doyan buxar halında mayedən ayrılan və mayeyə qayıdan molekulların sayları eyni zaman ərzində bərabərləşir. Maye mövcud olduqca sabit temperaturda həcm dəyişməsi doyan buxarın təzyiqini dəyişmir. Temperatur yüksəldikdə doyma təzyiqi artır. Doymayan buxar üçün $p<p_0(T)$ olur.
Böhran temperaturu maye və buxar arasındakı fərqin itməsi həddidir; sıxlıqları bərabərləşir. Bu həddən yuxarı yalnız sıxmaqla qazı mayeləşdirmək olmur.
Mütləq rütubət su buxarının sıxlığıdır: $\rho=m/V$ . Nisbi rütubət $\varphi=\rho/\rho_0\times100\%=p/p_0\times100\%$ olur. Doyma qiymətləri eyni temperatura aiddir; $p$ yalnız su buxarının parsial təzyiqidir. İdeal buxar üçün $p=\rho RT/M$ ; burada $T=t+273$ kelvinlə götürülür.
Eyni temperaturda, maye su olmayan qapalı qablar birləşdirildikdə temperatur sabit qalarsa, $\varphi=(\varphi_1V_1+\varphi_2V_2)/(V_1+V_2)$ . Bu, buxarın ümumi kütləsinin saxlanmasından alınır.
Şeh nöqtəsi hava sabit təzyiqdə soyudularkən su buxarının doyma həddinə çatdığı temperaturdur. Sonrakı soyuma kondensasiyaya gətirir.
Səthi gərilmə maye səthinin kiçilməsinə səbəb olur: $F=\sigma l$ , $[\sigma]=\text{N/m}$ . İki səthli sabun pərdəsinin hərəkətli telə təsiri $F=2\sigma l$ olur.
Kənar bucaq mayenin daxilindən ölçülür: $\theta<90^\circ$ islatmaya, $\theta>90^\circ$ islatmamaya uyğundur; tam islatmada $\theta=0^\circ$ . Kapilyarda isladan maye qalxır, islatmayan maye enir.
Kristal cisim müəyyən temperaturda əriyir, amorf cisim tədricən yumşalır. Mexaniki gərginlik $\sigma_{\text{mex}}=F/S$ ilə hesablanır; $S$ en kəsiyinin sahəsidir, vahid paskaldır.

Tapşırıqlarda işlənən düsturlar

Öyrənilməli düstur

\rho=\frac{\varphi}{100\%}\rho_0,\qquad p=\frac{\rho RT}{M}

$\varphi$ nisbi rütubət, $\rho$ faktiki, $\rho_0$ doyma halındakı buxarın sıxlığı, $p$ parsial təzyiq, $M$ molyar kütlə, $R$ qaz sabiti, $T$ kelvinlə temperaturdur. Əvvəl rütubətdən sıxlığı, sonra ideal qaz yaxınlaşmasında təzyiqi hesabla.

Öyrənilməli düstur

\varphi=\frac{\varphi_1V_1+\varphi_2V_2}{V_1+V_2}

$V_1,V_2$ çənlərin həcmləri, $\varphi_1,\varphi_2$ başlanğıc, $\varphi$ son nisbi rütubətdir. Temperatur eyni və sabit, buxarın ümumi kütləsi dəyişməz olduqda son rütubəti həcmlərlə çəkilən orta kimi hesabla.

Öyrənilməli düstur

V=abh,\qquad m=\rho V

Mütləq rütubət $\rho$ vahid həcmdəki su buxarının kütləsini göstərir; $m$ buxarın kütləsi, $V$ otağın həcmi, $a,b,h$ onun ölçüləridir. Ölçülərdən həcmi tapıb sıxlığa vur və alınan kütləni tələb olunan vahidə çevir.

Öyrənilməli düstur

\varphi=\frac{\rho}{\rho_0}\times100\%=\frac{p}{p_0}\times100\%

$\rho,p$ havadakı buxarın sıxlığı və parsial təzyiqi, $\rho_0,p_0$ eyni temperaturdakı doyma qiymətləridir; eyni temperaturda nisbi rütubət $\varphi$ artdıqca $\rho$ və $p$ də artır. $\varphi\lt100\%$ olduqda buxar doymayandır və buxarlanmanın soyutması səbəbindən yaş termometr quru termometrə nisbətən aşağı göstərici verir.

Öyrənilməli düstur

\varphi_f=\frac{\varphi_1V_1+\varphi_2V_2}{V_f}

$\varphi_1,\varphi_2$ ilkin nisbi rütubətlər, $V_1,V_2$ ilkin həcmlər, $V_f$ son həcmdir. Temperatur eyni və sabit qalırsa, buxar itkisi və kondensasiya yoxdursa, kütlənin saxlanmasından bu ifadə alınır; nəticənin doyma həddini aşmadığını yoxla.

Öyrənilməli düstur

mc(t_i-t_f)=Nm_b\bigl[\lambda+c(t_f-t_m)\bigr]

$m$ ilkin suyun, $m_b$ bir buz parçasının kütləsi, $N$ parçaların sayı, $c$ suyun xüsusi istilik tutumu, $\lambda$ buzun xüsusi ərimə istiliyi, $t_i,t_f,t_m$ ilkin suyun, qarışığın və ərimənin temperaturlarıdır. Ərimə temperaturundakı buz tam əridikdə, istilik itkisi yoxdursa, suyun soyuyarkən verdiyi enerji əriməyə və yaranan suyun isinməsinə sərf olunur.

Öyrənilməli qayda

Maye ilə tarazlıqdakı buxar qızdırıldıqca onların sıxlıqları arasındakı fərq azalır. Bu fərqin yox olduğu temperatur həddindən yuxarıda qazı yalnız təzyiqi artırmaqla mayeləşdirmək mümkün deyil.

Öyrənilməli qayda

Sublimasiya bərk maddənin mayeləşmədən buxara çevrilməsidir; desublimasiya bu prosesin əksidir. Çevrilmələri fərqləndirmək üçün başlanğıc və son halları, həmçinin maye mərhələsinin olub-olmadığını nəzərə al.

Öyrənilməli qayda

Tam islanmada maye bərk səth boyunca yayılır və təmas nöqtəsində maye səthinə çəkilən toxunan bərk səthlə üst-üstə düşür. Kənar bucaq bu iki səth arasında, mayenin içindən ölçülür.

Özün hesabla

Beş qısa məsələ. Cavabı göstərilən vahidlə yaz, sonra həllə bax.

Nümunələr

27^\circ\text{C}

-də

\varphi=40\%

\rho_0=0{,}025\ \text{kq/m}^3

olarsa, təzyiqi tap. Əvvəl

\rho=0{,}40\times0{,}025=0{,}010\ \text{kq/m}^3

M=0{,}018\ \text{kq/mol}

və

R=8{,}3\ \text{C/(mol}\times\text{K)}

götürərək

p=0{,}010\times8{,}3\times300/0{,}018\approx1383\ \text{Pa}

alırsan.

Eyni temperaturda $V$ və $3V$ həcmli qablarda rütubətlər $30\%$ və $70\%$ -dir. Maye su yoxdur, temperatur dəyişmir. Birləşmədən sonra $\varphi=(30\times1+70\times3)/4=60\%$ olur.

$200\ \text{N}$ elastiklik qüvvəsi $4\ \text{mm}^2$ en kəsiyinə düşür. $S=4\times10^{-6}\ \text{m}^2$ olduğundan $\sigma_{\text{mex}}=200/(4\times10^{-6})=5\times10^7\ \text{Pa}$ .

Tipik səhv

$V$ və $3V$ həcmli qablarda nisbi rütubət $0{,}3$ və $0{,}7$ -dir, deməli birləşəndən sonra $\varphi=(0{,}3+0{,}7)/2=0{,}5$ .

Hər qiyməti öz həcminə vurursan: $\varphi=(0{,}3\times1+0{,}7\times3)/4=0{,}6$ .

Fərqli həcmli qabların rütubətlərinin sadə ortasını götürmə: hər qiyməti öz həcminə vur. Böyük qabda buxar çoxdur, ona görə son rütubət onun qiymətinə daha yaxın çıxır.

Eyni diqqəti düsturlara da göstər: səthi gərilmə əmsalını mexaniki gərginliklə qarışdırma. Birincidə qüvvəni uzunluğa, ikincidə sahəyə bölürsən.

Özünü yoxla

Maddə qaz halından maye mərhələsi olmadan birbaşa bərk hala keçir. Bu keçidin adını seç.

Maye ilə tarazlıqda olan doyan buxarın təzyiqi $2\ \text{kPa}$ -dır. Temperaturu sabit saxlayıb buxarın tutduğu həcmi iki dəfə artırırsan. Mayenin bir hissəsi qalırsa, tarazlıq bərpa olunduqdan sonra buxarın təzyiqi nə qədər olar?

$6\ \text{m}^3$ həcmli havada $18\ \text{q}$ su buxarı var. Havanın mütləq rütubətini tap.

Mövzu üzrə sınaq

Bu mövzunun tapşırıqlarını həll et və hər birinin izahına bax.

Mövzu üzrə sınaq, I qrup (RK)Mövzu üzrə sınaq, I qrup (Rİ)Mövzu üzrə sınaq, IV qrup

Digər mövzular

Bütün Fizika mövzuları

Dərslikdə bu mövzu

Dərslik: Fizika, 10-cu sinif, 6.6 «Buxarların xassələri: doyan və doymayan buxar», səh. 154
Dərslik: Fizika, 10-cu sinif, 6.7 «Havanın rütubətliliyi. Şeh nöqtəsi», səh. 158
Dərslik: Fizika, 10-cu sinif, 6.8 «Mayelərin səthi gərilməsi. Kapilyar hadisələr», səh. 160
Dərslik: Fizika, 10-cu sinif, 6.9 «Bərk cisimlər və onların bəzi xassələri», səh. 165
Dərslik: Fizika, 8-ci sinif, «6.4 Maddənin aqreqat halının dəyişməsi: ərimə və bərkimə», səh. 66
Dərslik: Fizika, 8-ci sinif, «6.5 Maddənin aqreqat halının dəyişməsi: buxarlanma və kondensasiya», səh. 69
Dərslik: Fizika, 8-ci sinif, «6.6 Maddənin aqreqat hallarının dəyişmə proseslərində tələb olunan istilik miqdarı», səh. 72