Кипением называется процесс образования большого количества пузырьков пара, всплывающих и лопающихся на поверхности жидкости при её нагревании. На самом деле эти пузырьки присутствуют в жидкости всегда, но их размеры растут, и пузырьки становятся заметны только при кипении. Одной из причин того, что в жидкости всегда есть микропузырьки, является следующая. Жидкость, когда её наливают в сосуд, вытесняет оттуда воздух, но полностью этого сделать не может, и его маленькие пузырьки остаются в микротрещинах и неровностях внутренней поверхности сосуда. Кроме того, в жидкостях обычно содержатся микропузырьки пара и воздуха, прилипшие к мельчайшим частицам пыли.
Жидкость, очищенная от микропузырьков, может существовать при температуре, превышающей температуру кипения. Такая жидкость называется перегретой. Перегретая жидкость находится в неустойчивом состоянии, и процесс закипания в ней может развиваться взрывообразно, если в жидкость попадают частицы, которые могут служить центрами парообразования. Например, если через перегретую жидкость пролетает заряженная частица, то образующиеся вдоль её траектории ионы становятся центрами парообразования. На основе этого эффекта, открытого Д. Глезером, в 1953 году была создана пузырьковая камера – прибор для регистрации элементарных частиц. След (трек) заряженной частицы, пролетающей через камеру с перегретой жидкостью, виден на фотографии как линия, вдоль которой образуются пузырьки.
Длина пробега частицы (длина трека) зависит от заряда, массы, начальной энергии частицы и плотности среды, в которой проходит движение. Длина пробега увеличивается с возрастанием начальной энергии частицы и уменьшением плотности среды. При одинаковой начальной энергии тяжёлые частицы обладают меньшими скоростями, чем лёгкие. Медленно движущиеся частицы взаимодействуют с атомами среды более эффективно и быстрее растрачивают имеющийся у них запас энергии, то есть длина их трека будет меньше.
Задание №1
Перегретая жидкость – это жидкость, которая
1)имеет температуру выше 100 °С
2)имеет температуру выше температуры кипения при данном давлении
3)содержит микропузырьки пара и воздуха во всем объёме
4)содержит заряженные частицы
Задание №2
Протон и альфа-частица, имеющие одинаковую начальную энергию, влетели в пузырьковую камеру. При этом
1)треки частиц на фотографии будут неразличимы, так как частицы имеют одинаковую начальную энергию
2)треки частиц на фотографии будут неразличимы, так как обе частицы имеют положительный заряд
3)длина пробега протона будет больше, так как начальная скорость движения протона больше
4)длина пробега протона будет меньше, так как начальная скорость движения протона меньше
Задание №3
Кипением называется
1) процесс образования большого количества пузырьков пара
2) процесс образования большого количества пузырьков пара, всплывающих и лопающихся на поверхности жидкости при её нагревании
3) процесс образования большого количества пара
4) процесс образования пузырьков жидкости
Текст 15. Кипение
Ежедневно мы наблюдаем, как вода и её пар переходят друг в друга. Лужи на асфальте после дождя высыхают, а водяной пар в воздухе по утрам часто превращается в мельчайшие капельки тумана.
Что произойдёт, если сосуд с некоторым объёмом жидкости закрыть крышкой? Каждую секунду поверхность жидкости по-прежнему будут покидать самые быстрые молекулы, её масса будет уменьшаться, а концентрация молекул пара – увеличиваться. Одновременно с этим в жидкость из пара будет возвращаться часть его молекул, и чем больше будет концентрация пара, тем интенсивней будет процесс конденсации. Наконец наступит такое состояние, когда число молекул, возвращающихся в жидкость в единицу времени, в среднем станет равным числу молекул, покидающих её за это время. Такое состояние называют динамическим равновесием, а соответствующий пар – насыщенным паром.
Давление насыщенного пара зависит от вида жидкости и температуры. Чем тяжелее оторвать молекулы жидкости друг от друга, тем меньше будет давление её насыщенного пара. Зависимость давления насыщенного водяного пара от температуры представлена на рисунке.
Зависимость давления насыщенного водяного пара от температуры
Кипением называется процесс образования большого числа пузырьков пара, происходящий по всему объёму жидкости и на её поверхности при нагревании. На самом деле эти пузырьки присутствуют в жидкости всегда, но их размеры растут, и они становятся заметны только при кипении. Пузырьки расширяются и под действием выталкивающей силы Архимеда отрываются от дна, всплывают и лопаются на поверхности.
Кипение начинается при той температуре, когда пузырьки газа имеют возможность расширяться, а это происходит, если давление насыщенного пара вырастет до атмосферного давления. Таким образом, температура кипения – это температура, при которой давление насыщенного пара данной жидкости равно атмосферному давлению (давлению над поверхностью жидкости).
Задание №1
Давление насыщенного пара воды при температуре 20 °С составляет около 2 кПа, а давление насыщенного пара ртути при 20 °С – лишь 0,2 Па. Это означает, что
1)кипение воды при температуре 20 °С невозможно
2)кипение ртути при температуре 20 °С невозможно
3)взаимодействие между молекулами воды сильнее взаимодействия между молекулами ртути
4)взаимодействие между молекулами ртути сильнее взаимодействия между молекулами воды
Задание №2
В кастрюле-скороварке имеется предохранительный клапан, который открывается при давлении 1,4·105 Па. Температура кипения воды в скороварке
1)равна 100 °С
2)равна примерно 110 °С
3)равна примерно 80 °С
4)зависит от атмосферного давления
Задание №3
Кипением называется
1) процесс образования большого числа пузырьков пара, происходящий с поверхности жидкости
2) процесс образования большого числа пузырьков пара, происходящий по всему объёму жидкости и на её поверхности при нагревании
3) интенсивный процесс парообразования
4) процесс образования пузырьков жидкости
Занятие 7
Текст 16. Камера Вильсона
Закроем сосуд с некоторым количеством жидкости крышкой. Через некоторое время над жидкостью образуется насыщенный пар. Это состояние достигается, когда скорость процесса испарения жидкости сравнивается со скоростью конденсации пара (количество молекул, испаряющихся с поверхности жидкости, сравнивается с количеством молекул, возвращающихся в жидкость из пара за один и тот же промежуток времени). При охлаждении или медленном сжатии насыщенного пара происходит его конденсация. Роль центров конденсации могут играть ионы, мельчайшие капельки воды, пылинки, частички сажи и другие мелкие загрязнения. Если убрать центры конденсации, то при медленном сжатии или охлаждении можно получить пересыщенный пар, давление которого превышает давление насыщенного пара при данной температуре.
На свойствах пересыщенного пара основано действие камеры Вильсона – прибора для регистрации заряженных частиц. Камера изобретена шотландским физиком Ч. Вильсоном между 1910 и 1912 г.
Камера Вильсона представляет собой ёмкость со стеклянной крышкой и поршнем в нижней части. Ёмкость заполнена насыщенными парами воды, спирта или эфира. Пары тщательно очищены от пыли, чтобы до пролёта частиц не было центров конденсации. Если поршень быстро опустить, то пары, совершая работу в отсутствие теплопередачи, охлаждаются и становятся пересыщенными. Заряженная частица, проходя сквозь камеру, оставляет на своём пути цепочку ионов. Ионы служат центрами конденсации, так что траектория (трек) частицы, влетевшей в камеру с пересыщенным паром, видна на фотографии как линия, вдоль которой конденсируются капельки жидкости.
Длина пробега частицы зависит от заряда, массы, начальной энергии частицы. Длина пробега увеличивается с возрастанием начальной энергии частицы. Однако при одинаковой начальной энергии тяжёлые частицы обладают меньшими скоростями, чем лёгкие. Медленно движущиеся частицы взаимодействуют с молекулами среды более эффективно и будут иметь меньшую длину пробега.
Задание №1
Насыщенный пар в отсутствие центров конденсации может перейти в пересыщенное состояние
1) только при медленном сжатии
2)только при быстром расширении
3)только при охлаждении
4)всеми перечисленными способами
Задание №2
Ядра протия H11 и дейтерия H12, имеющие одинаковую начальную кинетическую энергию, влетают в камеру Вильсона. При этом
1) треки частиц на фотографии будут неразличимы, так как частицы имеют одинаковую начальную энергию
2)треки частиц на фотографии будут неразличимы, так как частицы имеют одинаковый заряд
3)длина пробега протия будет больше, так как его начальная скорость больше
4)длина пробега протия будет меньше, так как его начальная скорость меньше
Задание № 3
Центрами конденсации в камере Вильсона служат преимущественно
1) пылинки, частички сажи и другие мелкие загрязнения
2)мельчайшие капельки воды
3)влетевшие в камеру заряженные частицы
4)ионы, образующиеся при движении заряженной частицы
Дата: 2019-12-09, просмотров: 399.
