Курс фізікі, ч. II
Памер: 223с.
Мінск 1958
Рыс. 143. а, б. Схема работы кампрэсара.
выходны клапан паступае ў стальны балон для захавання сціснутага газу.
Існуюць так званыя шматступеньчатыя кампрэсары, у якіх газ паслядоўна сціскаецца ў трох або чатырох цыліндрах. Такія кампрэсары дазваляюць атрымаць сціснуты газ да ціску ў тысячы атмасфер. На рыс. 143 паказан знадворны выгляд аднаго з тыпаў шматступеньчатых кампрэсараў.
Пракгпыкаванне 26.
1. Карыстаючыся ўраўненнем стану газу P>Vi Р2Р2
— — J.— , атрымаць з яго матэматычныя выражэнні для закону Бойля — Марыёта, закону ГейЛюсака і закону Шарля.
2. Пры 0°С і ціску 760 мм паветра займае аб’ём 5 л. Які будзе аб'ём паветра пры ціску ў 800 мм і тэмпературы 20°С?
140
3. Пры ціску ў 1 am і тэмпературы 15°С паветра мае аб ем 2 л. Пры якім ціску паветра зойме аб’ём 4 л, калі тэмпература яго стане 20°С?
4. Аб’ём вадароду пры тэмпературы 50° і ціску 750 мм ровен 2,5 л. Які аб’ём той жа масы вадароду пры тэмпературы 0° і ціску 760 мм?
5. Да якой тэмпературы нагрэецца газавая сумесь у рухавіку ўнутранага згарання, калі яна ў цыліндры пад атмасферным ціскам пры тэмпературы 50° запаўняе аб’ём 40 дм3, а пры руху поршня сціскаецца да аб’ёму ў 5 дм3 пры ціску 15 am?
6 Калі шчыльнасць газу пры тэмпературы 0°С і ціску р0 роўна Do, то якая будзе шчыльнасць газу Dt пры тэмпературы ГС і ціску р?
7. Начарціць графік залежнасці ціску газу ад абсалютнай тэмпературы пры пастаянным аб’ёме. Параўнаць яго з графікам, які выражаецца ўраўненнем Л=Ро(1 +70 (рыс. 138).
'РЛЗДЗЕЛ IX.
УЛАСЦІВАСЦІ ВАДКАСЦЕЙ.
93. Малекулярны рух у вадкасцях. У вадкасцях малекулы размешчаны значна бліжэй адна ад другой, чым у газах. Такі вывад можна зрабіць на падставе таго, што шчыльнасць вады, напрыклад, пры нармальным ціску і тэмпературы кіпення амаль у 1670 разоў большая, чым шчыльнасць яе пары. Таму характар руху малекул вадкасці і многія яе ўласцівасці ў значнай ступені вызначаюцца сіламі ўзаемадзеяння паміж малекуламі.
Асноўная ўласцівасць вадкасці — цякучасць. Усе вадкасці, падобна газам, уладаюць цякучасцю; таму вадкасць прымае форму таго сасуда, у якім яна знаходзіцца. У невялікіх колькасцях свабодная вадкасць прымае форму, блізкую да шарападобнай. Шаравую форму, напрыклад, маюць кроплі дажджу або кроплі, на якія разбіваецца струмень вадкасці.
Вялікая кропля ртуці, змешчаная на гарызантальную шкляную пласцінку, сплюшчаная, маленькая — шарападобная (рыс. 144). Калі накрыць шарападобную кроплю пласцінкай, то пад дзеяннем вагі пласцінкі яна сплюшчваецца. Сплюшчанасць вялікай кроплі тлумачыцца пераважаннем вагі над малекулярнымі сіламі вадкасці. Можна чакаць, што калі даць магчымасць на вадкасць дзейнічаць толькі ўласным малекулярным сілам, то яна прыме шарападобную форму. Дослед пацвярджае такое меркаванне.
Калі зрабіць раствор солі ў вадзе, шчыльнасць якога роўна шчыльнасці аніліну, і ўвесці ў такі раствор некаторую
Рыс. 144. Вялікая кропля ртуці сплюшчаная, маленькая — шарападобная.
колькасць аніліну, то ён у растворы прыме форму шара (рыс. 145). Вядома, што паверхня шара — найменшая пры зададзеным аб’ёме. Вадкасць пад дзеяннем адных малекулярных сіл прымае такую форму, пры якой яе паверхня ў дадзеных умовах найменшая.
142
Гэтая з’ява тлумачыцца асаблівасцямі дзеяння малекулярных сіл на кожную малекулу паверхневага слоя вадкасці.
94. Паверхневае нацяжэнне. Разгледзім дзеянне малекулярных сіл на малекулу ў глыбіні і „а паверхні вадкасці.
На рыс. 146 кружочак А абазначае малекулу ўнутры вадкасці, a В — на паверхні. Малекула А з усіх бакоў акружана іпшымі малекуламі той жа вадкасці, якія прыцягваюць яе. У сярэднім усе малекулярныя сілы, якія дзейнічаюць на малекулу А, узаемна ўраўнаважаны. У іншым становішчы знаходзіцца малекула В. Над ёю знаходзіцца газ, шчыльнасць якога малая ў параўпанні са шчылыіасцю вадкасці. Таму дзеянне малекул газу на малекулу В можна не ўліч
Рыс. 145. Кропля ані.ііну ў растворы солі ў вадзе.
Рыс. 146. Сі.іы, якія дзейнічаюць на малекулу вадкасці ўнутры 1 на паверхні вадкасці.
ваць; застаецца дзеяшіе малекулярных сіл вадкасці, раўнадзеючая якіх накіравана перпендыкулярна к паверхні ўнутр вадкасці. Пад дзеяннем гэтых сіл частка малекул вадкасці з паверхні імкпецца пайсці ўнутр вадкасці. Паверхневы слой вадкасці пры гэтым скарачаецца і знаходзіцца ў стане своеасаблівага нацяжэнпя.
Многія ўласцівасці паверхневага слоя вадкасці могуць быць растлумачаны, калі разглядаць яго ў выглядзе тонкай плёнкі з пастаянным нацяжэнпем, незалежна ад яе формы і размеру.
Нагляднае ўяўлеіше аб гэтым даюць наступныя доследы з мыльпымі плёнкамі.
На рыс. 147 паказана драцяное кольца з прывязанай да яго ў двух пунктах ніткай. Атрымаўшы на кольцы вадкую плёнку, можна заўважыць, што нітка ляжыць на ёй свабодна (рыс. 147, а). Але калі прарваць плёнку з якоганебудзь боку ніткі, то нітка нацягнецца, прыняўшы форму дугі акружнасці так, як паказана на рыс. 147, б, або так, як паказана на рыс. 147, в, у залежнасці ад таго, з якога боку ніткі прарвана плёнка.
Нацяжэнне ніткі можна растлумачыць, дапускаючы, што з боку вадкасці на ўсе роўныя элементы ніткі дзейнічаюць роўныя па ве
143
лічыні сілы, якія накіраваны перпендыкулярна к адпаведным элементам (рыс. 147, г). Гэтыя сілы называюцца сіламі паверхневага нацяжэння.
Калі пакласці на мыльную плёнку ніцяную пятлю, змочаную вадой, то, калі плёнка цэлая, пятля свабодна ляжыць на ёй (рыс. 148). Калі ж унутры пятлі зрабіць пракол плёнкі, то мыльная плёнка, скарачаючыся раўнамерна, расцягне пятлю, утварыўшы ніцяное
кольца.
Зацягваючы мыльнай плёнкай драцяныя каркасы рознай формы, можна атрымаць розныя фігуры, кожная з якіх мае найменшую для дадзенай формы паверхню. Пад дзеяннем сіл паверхневага нацяжэпня мыльная плёнка, якая зацягвае драцяны каркас той або іншай формы, скарачаючыся, пры.мае найменшую паверхню з магчымых пры дадзеных умовах (рыс. 149).
Сіла паверхневага нацяжэння накіравана перпендыкулярна к лю
Рыс. 147. а, б, в, г, — да паняцця сілы паверхневага нацяжэння.
паверхневага нацяжэння,
бому элементу даўжыні лініі, якая абмяжоўвае паверхню вадкасці, і датычнадаяе паверхні. Калі паверхня вадкасці плоская, то вектар сілы паверхневага нацяжэння ляжыць у плоскасці паверхні вадкасці.
95. Каэфіцыент паверхневага нацяжэння. Дадзім цяпер колькасную характарыстыку паверхневага нацяжэння. Правядзём наступны дослед. Нальём у бюрэтку В вады і адкрыем крыху кран К (рыс. 150) так, каб з бюрэткі павольна капала вада. Можна заўважыць, што кожная кропля паступова расце, адрываецца і падае. Калі спраектаваць канец бюрэткі з кропляй на экран, то відаць, што па меры росту кроплі паміж ёю і вадкасцю ў трубцы ўтвараецца шыйка, якая паступова звужаецца. Адрыў кроплі С адбываецца па акружнасці шыйкі АВ (рыс. 151). Значыць, гэтая акружнасць у момант адрыву з’яўляецца мяжой паверхневага слоя. Уздоўж яе дзейнічаюць сілы паверхневага нацяжэння, якія накіраваны ўверх і ўтрымліваюць кроплю.
Сілы паверхневага нацяжэння размеркаваны па даўжыні лініі; таму для ўстанаўлення шукаемай намі колькаснай харак
тарыстыкі можа служыць велічыня сілы
дзеючая на адзінку даўжыні лініі.
Велічыня, якая вымяраецца адносінай сілы паверхневага нацяжэння да даўжыні мяжы паверхневага слоя вадкасці, называецца каэфіцьіентам паверхневага нацяжэння.
144
Абазначым каэфіцыент паверхневага нацяжэння літарай а (грэч. р
«сігма»). Тады, згодна з азначэннем: а = у, Дзе F — сіла паверхне
Рыс. 148. Пятля ў мыльнай плёнцы ляжыць свабодна, але калі прарваць плёнку ўнутры пятлі, то апошняя расцягваецца ў круг.
Рыс. 149. Плёнка, скарачаючыся, прымае найменшую магчымую паверхню.
вага нацяжэння, a I — даўжыня мяжы паверхневага слоя. Калі сілу
Рыс. 150. Кропля вады, якая выцякае з бюрэткі, паступова расце, адрываецца і падае.
выражаць у дынах, а даўжыню ў сантыметрах, у „ дын
то о будзе вымярацца у —.
Разгледзім цяпер, як разлі ? чыць каэфіцыент паверхневага на Я цяжэння вады ў нашым доследзе. _.І
Кропля адрываецца тады, калі вага яе Р становіцца большай О за сілу паверхневага нацяжэн ( J ня F. Калі г—радыус шыйкі АВ, с to I = 2~г.
Паколькі непасрэдна перад Ад^ ^ момантам адрыву r = Р, то мы л; адбываецможам напісаць: ца па акруж
Р насці шыйкі.
Узважыўшы некалькі дзесяткаў кропель, можна вызначыць сярэднюю вагу асобнай кроплі і, прыняўшы г роўным унутранаму радыусу трубкі (на самай справе г крыху меншы за гэты радыус), знайсці па гэіай формуле набліжана велічыню з.
10 A. В. Пёрышкін. Курс фізікі, ч. II
145
У табліцы прыведзены значэнні каэфіцыента паверхневага пацяжэння для некаторых вадкасцей.
Вадкасць ? ^ Вадкасць С 2 £
Вада 0 75,5 Ртуць 20 470
Вада 18 74 Свінец вадкі . . 336 442
Вада 35 70 Жалеза вадкае . 1267 963
Вада 100 58,8 Плаціна вадкая . 2000 1819
Раствор мыла . . 20 40 Вадкі вадарод . . —253 2,1
Спірт 20 22 Вадкі гелій —269 0,12
Эфір 25 17
Як відаць з табліцы, з павышэннем тэмпературы паверхневае пацяжэнне ў вады памяншаецца; тое ж датычыць усіх вадкасцей.
Вельмі вялікае паверхневае нацяжэнне ў расплаўленых металаў, вельмі малае ў звадкаваных газаў, асабліва ў вадкага гелія.
На велічыню паверхневага нацяжэння ўплываюць розныя прычыны. Самыя малыя прымесі ў вадкасці вельмі мяняюць велічыню яе паверхневага нацяжэння, у большасці выпадкаў змяншаючы яе. У практыцы з гэтым неабходна лічыцца; у прыватпасці, пры вызначэнні каэфіцыента паверхневага нацяжэння трэба карыстацца выключна чысгымі вадкасцямі.
Калі кінуць на паверхню вады дробныя кавалачкі камфары, то яны пачнуць рабіць складаныя, вельмі заблытаныя рухі. Чым гэтыя рухі выклікаюцца?
Кавалачкі камфары ў выніку няправільнай формы ў паверхневым слоі вады раствараюцца парознаму. Паяўленне ж у вадзе прымесей камфары змяняе велічышо паверхневага нацяжэння вады і тым мацней, чым больш раствараецца камфары. Розніца ў велічыні паверхневага нацяжэння вады, акружаючай кавалачак камфары, і выклікае гэтыя дзівосныя рухі.
96. Змочванне. Выняўшы са шклянкі з вадой апушчаную туды чыстую шкляную пласцінку, мы заўважым, што пласцінка пакрыта вадой. Да кардоннай жа пласцінкі, пакрытай парафінам або тлушчам, вада не прыстае.
Пры сутыкненні цвёрдых цел з вадкасцямі назіраюцца з’явы змочвання або нязмочвання. Вада змочвае чыстае шкло, але не змочвае парафін; ртуць змочвае цынк, але не змочвае чыгун.
КНІГІ ОНЛАЙН
