Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Самостійна робота № 3
Тема : Властивості пари, рідини , та твердого тіла.
Властивості пари :
Пароутворення і конденсація.:
Відомо, що в природі існують реальні гази, властивості яких визначаються їх параметрами. Чим нижча температура газу і чим більший його тиск, тим помітнішою стає взаємодія між молекулами такого газу, а значить і помітнішою стає залежність його властивостей від роду цього газу. Газ за таких умов називають парою. При ще більшому зниженні температури і підвищенні тиску газ переходить у рідкий стан.
Перехід речовини з рідкого стану в газоподібний називається пароутворенням, а перехід речовини з газоподібного стану у рідкий – конденсацією.
Пароутворення, яке відбувається тільки з вільної поверхні рідини, що межує з газоподібним середовищем, називається випаровуванням.
Пара, що перебуває в стані динамічної рівноваги зі своєю рідиною, називається парою, що насичує простір або насиченою парою.
Насичена пара при певній температурі має найбільшу густину ( rмах ) і найбільший тиск ( Рмах ).
Ненасичена пара – це пара, яка перебуває над поверхнею рідини, коли випаровування переважає над конденсацією.
Ненасиченою також є пара без рідини. До ненасиченої пари можна застосовувати закони ідеальних газів, а до насиченої – не можна.
Пару з ненасиченого стану можна перевести у насичений або ізохорним охолодженням або ізотермічним стисканням, або одночасним охолодженням і стисканням.
Насичену пару переводять у ненасичену ізохорним нагріванням або ізотермічним розширенням або обома способами одночасно.
Рідина :
Рідина́ — один з основних агрегатних станів речовини поряд із газом та твердим тілом. Від газу рідина відрізняється тим, що зберігає свій об'єм, а від твердого тіла тим, що не зберігає форму.
Рух рідин та тіл в рідинах вивчає розділ фізики гідродинаміка, будову та фізичні властивості рідин — фізика рідин, складова частина молекулярної фізики.
Якщо рідина перебуває в стані спокою в однорідному гравітаційному полі, тиск на будь яку точку визначається барометричною формулою :
де:
= густина рідини,
= прискорення вільного падіння,
= глибина точки (відстань між точкою та поверхнею рідини).
Згідно з цією формулою тиск на поверхні дорівнює нулю, тобто вважається, що посудина досить широка, й поверхневий натяг можна не враховувати.
Здебільшого рідини — ізотропні речовини. Виняток складають рідкі кристали, які можна віднести до рідин з огляду на властивість перетікати й займати об'єм посудини, але в яких зберігаються властиві кристалічним тілам анізотропні властивості.
ВЛАСТИВОСТІ ТВЕРДИХ ТІЛ.:
Речовину називають твердою, якщо вона зберігає свою форму і свій об’єм.
При вивченні твердих речовин було встановлено, що багато твердих тіл у природі мають гладенькі плоскі поверхні, розміщені під певними кутами, а іноді і форму правильних многогранників. Такі тверді тіла називаються монокристалами. Найчастіше монокристали мають дуже маленькі розміри, хоч , наприклад, монокристали гірського кришталю іноді бувають завбільшки з людину.
Вивчення внутрішньої будови кристалів за допомогою рентгенівського проміння дало змогу встановити, що частинки в кристалах мають правильне розміщення, тобто утворюють кристалічну решітку. Вузли решітки мають правильне розміщення, яке періодично повторюється. Правильне розміщення частинок у вузлах решітки кристала називається далеким порядком у кристалі.
Отже під твердим тілом у фізиці розуміють лише такі речовини, які мають кристалічну будову.
Твердим тілам – монокристалам притаманна анізотропія - неоднаковість властивостей у різних напрямах.
Прикладом можуть бути графіт або слюда.
Полімер (грец. πολύ- — багато (poli); μέρος — частина (meres) — «складається з багатьох частин») — природні та штучні сполуки, молекули яких складаються з великого числа повторюваних однакових або різних за будовою атомних угруповань, з'єднаних між собою хімічними або координаційними зв'язками в довгі лінійні або розгалужені ланцюги. Структурні одиниці, з яких складаються полімери називаються мономерами.
Фізичні властивості
Полімери здебільшого аморфні речовини. Довгі ланцюжки та велика молекулярна маса не дозволяють полімерам переходити до рідкого стану (швидше наступає хімічний розпад). Проте при підвищенні температури з полімерами відбуваються зміни — вони розм'якають і стають дуже пластичними. Температура переходу від крихкого стану до пластичного називається температурою склування. Температура склування не є чітко визначеною температурою фазового переходу, а радше вказує на температурний діапазон, у якому відбуваються зміни. При низьких температурах полімери є досить крихкими матеріалами.
Здебільшого використовуються механічні властивості полімерів. При температурі вищій за температуру склування їх неважко пресувати в довільну форму, при застиганні вони зберігають форму й можуть слугувати для інкапсуляції та інших цілей. Проте спряжені полімери дедалі частіше використовуються як органічні напівпровідники.
2.Розумні полімери
Розу́мні матеріа́ли (інтелектуальні матеріали, смарт-матеріали, англ. smart material) — клас різних за хімічним складом і агрегатним станом матеріалів, яких об'єднує наявність однієї або декількох фізичних (оптичних, магнітних, електричних, механічних) або фізико-хімічних (реологічних та ін.) характеристик, що суттєво (нелінійно) змінюються під впливом зовнішніх факторів: тиску, температури, вологості, концентрації pH, електричного або магнітного полів тощо.
«Розумними» різнорідні матеріали цієї групи робить наявність у них взаємозалежних, але різних за своєю природою властивостей (механічних, електричних, магнітних тощо). Це дозволяє використовувати дані матеріали або як сенсори, чутливі до якогось зовнішнього впливу, або як виконавчі пристрої (актуатори), що передають вплив з пристрою керування на об'єкт керування. І в тому, і в іншому випадку функція відгуку на вплив, як правило, є нелінійною. Деякі з «розумних» матеріалів можуть самостійно реагувати на зовнішні впливи, як, наприклад, біметалеві пластини в найпростіших регуляторах температури.
Матеріали цього типу зазвичай створюються з використанням різних фізичних або фізико-хімічних ефектів (наприклад, п'єзоелектричних, електрострикційних або магнітострикційних явищ чи ефекту пам'яті форми), що спостерігаються в певних матеріалів.
Застосування
Полімерні матеріали мають комплекс характеристик, які при умілому їхньому використанні забезпечують ефективні експлуатаційні властивості виробів та рентабельність їхнього виробництва. До основних переваг полімерів відносять:
висока технологічність, завдяки якій з виробничого циклу можна вилучити трудомісткі та коштовні операції механічної обробки виробів;
мінімальна енергомісткість обумовлена тим, що температура переробки цих матеріалів складає, як правило, 150–250 °C, що значно нижче ніж у металів та кераміки;
можливість отримання за один цикл формування відразу декілька виробів, у тому числі складної конфігурації, а при виробництві погонажних виробів вести процес на великих швидкостях;
практично всі процеси переробки автоматизовані.
У наслідок перелічених особливостей полімери отримали виключно широке розповсюдження та ефективно використовуються практично в усіх галузях світового господарства.
Основними виробниками полімерів є США, Японія, Німеччина, Корея, Китай.
Близько 90% усього виробництва полімерних матеріалів приходиться на декілька різновидів великотоннажних полімерів. Випуск поліолефінів, поліетилену низької та високої щільності (ПЕНЩ та ПЕВЩ) та поліпропілену (ПП), становить від 35 до 45% загальної кількості об'єму виробництва, від 11 до 20% — частка полівінілхлориду (ПВХ), 9- 13% припадає на полістирольні полімери, від 2 до 7% — на поліаміди. До 4% характеризується частка епоксидних смол, ненасичених поліефірів, поліетилентерефталата (ПЕТФ), полікарбонату (ПК), поліацеталей.
У гірничій справі і дотичних галузях полімерні реаґенти застосовують при флокуляції, збагаченні корисних копалин, заводненні родовищ нафти, підготовці бурових розчинів, спеціальних тверднучих речовин в'яжучих матеріалів тощо.
Самостійна робота № 4
Тема: Основи термодинаміки
Основи термодинаміки
Робота в термодинаміці. Внутрішня енергія
Термодинаміка – розділ фізики, який вивчає найзагальніші закономірності процесів у макроскопічних системах, що знаходяться в стані термодинамічної рівноваги і процесів переходу між такими станами.
Термодинамічна система – це сукупність мікроскопічних тіл, які взаємодіють і обмінюються енергією між собою і навколишнім середовищем.
Термодинамічним процесом називається перехід системи з початкового стану в кінцевий через послідовність проміжних станів. Процеси бувають оборотні і необоротні. Оборотним називається процес, при якому можна здійснити оборотний перехід системи з кінцевого стану в початковий через ті ж самі проміжні стани, щоб у навколишніх тілах не сталося жодних змін. Оборотний процес – це фізична абстракція.
Необоротний процес супроводжується тертям або теплопередаванням від нагрітого тіла до холодного.
Термодинамічні параметри – параметри стану – сукупність фізичних величин, що характеризують властивості і стан термодинамічної системи. Такими параметрами є температура Т, об’єм V, тиск р. Стан системи, у якому вона може перебувати досить довго (параметри стану у часі є незмінними), називається термодинамічною рівновагою
Внутрішня енергія – це сума енергій молекулярних взаємодій і енергії теплового руху молекул. Оскільки потенціальна енергія взаємодії молекул ідеального газу дорівнює нулю, то внутрішня енергія ідеального газу дорівнює сумі кінетичних енергій молекул.
.
Внутрішня енергія ідеального газу пропорційна масі газу і його термодинамічній температурі. Внутрішню енергію можна змінити двома способами: теплообміном і виконанням механічної роботи.
Теплообмін – зміна внутрішньої енергії за рахунок передавання її від одного тіла до іншого без виконання роботи.
Виконання механічної роботи:
1. При деформації тіла нагріваються.
2. Нагрівання тіл, яке зумовлено виконанням роботи проти сил тертя.
Теплопередача між тілами можлива за рахунок теплопровідності, конвекції, випромінювання.
Теплопровідність – обмін енергією між тілами, що перебувають у безпосередньому контакті.
Конвекція – перенесення енергії потоками рідини або газів.
Випромінювання – перенесення енергії електромагнітними хвилями, видимим світлом, інфрачервоним випромінюванням.
Другий закон термодинаміки :
Неможливий круговий процес, єдиним результатом якого є перетворення теплоти, одержаної від нагрівника, у еквівалентну їй роботу.
М.Планк: «У природі неможливий процес, єдиним результатом якого був би перехід теплоти повністю в роботу».
К. Клаузіс: «Теплота не може сама собою переходити від тіла з нижчою температурою до тіла з вищою температурою».
1.Теплові двигуни, та їх види
Теплови́й двигу́н — машина для перетворення теплової енергії в механічну роботу.
Принцип роботи теплового двигуна
Тепловий двигун і є посередником між нагрівачем і охолоджувачем. Основним елементом теплового двигуна є робоча речовина. Робоча речовина отримує тепло від нагрівача, переходить до охолоджувача й віддає там частину цього тепла. Охолоджена робоча речовина повертається до нагрівача, і так починається наступний цикл. В залежності від того в яких умовах відбувається отримання і передача тепла виділяють різні робочі цикли теплових двигунів. Вводять поняття коефіцієнта корисної дії (ККД) — частка теплової енергії перетворена у механічну енергію.
Цикли теплових двигунів :
Цикл Отто
Цикл Дизеля
Цикл Стирлінга
Цикл Карно
Типи теплових двигунів:
Можуть бути різні механізми перетворення теплової енергії у енергію механічну. Виділяють поршневі, турбінні двигуни. У поршневому двигуні відбувається розширення газу, що тисне на поршень, змушуючи його переміщатися. У турбодвигуні розширення газу діє на лопатки колеса турбіни, спричиняючи його обертання. Прикладами поршневих двигунів є парові машини і двигуни внутрішнього згорання (карбюраторні і дизельні). Турбіни двигунів бувають газові (наприклад, в авіаційних турбореактивних двигунах) і парові.
Цикл Карно́ — ідеальний термодинамічний цикл.
Цикл складається з чотирьох стадій:
Робоча речовина нагрівається за сталої температури (ізотермічний процес).
Робоча речовина розширюється за сталої ентропії (адіабатичний процес).
Робоча речовина охолоджується за сталої температури (ізотермічний процес).
Робоча речовина стискається за сталої ентропії (адіабатичний процес).
Коефіцієнт корисної дії для двигуна, що працює за циклом Карно, залежить лише від різниці температур нагрівача T_H і охолоджувача T_C.
Для збільшення коефіцієнта корисної дії циклу Карно необхідно зробити температуру нагрівача якомога більшою, а температуру охолоджувача — якомога меншою.
3.Коефіцієнт корисної дії теплового двигуна :
Коефіцієнт корисної дії (ККД) - характеристика ефективності системи (пристрої, машини) щодо перетворення або передачі енергії. Визначається відношенням корисно використаної енергії до сумарної кількості енергії, отриманого системою; позначається зазвичай η ("ця"). η = Wпол / Wcyм. ККД є безрозмірною величиною і часто вимірюється в відсотках. Математично визначення ККД може бути записано у вигляді:
ККД теплового двигуна - відношення зробленої корисної роботи двигуна, до енергії, отриманої від нагрівача. ККД теплового двигуна може бути обчислений за такою формулою:
де Q_1 - кількість теплоти, отримана від нагрівача, Q_2 - Кількість теплоти, віддана холодильнику. Найбільшим КПД серед циклічних машин, що оперують при заданих температурах гарячого джерела T 1 і холодного T 2, мають теплові двигуни, що працюють за циклу Карно; цей граничний ККД дорівнює:
.
4.Застосування теплових двигунів :
Теплові двигуни і їх застосування
Умови, необхідні для роботи теплових двигунів. Найпростішиммашиною, за допомогою якої люди давно використовували енергію випромінювання
Сонця для отримання роботи, є вітряні млини (вітрянідвигуни). Обертання крил двигуна, що приводить в рух вал,здійснює яку-небудь роботу, виникає під дією вітру. Длявиникнення вітру необхідна різниця тисків, а ця остання виникаєвнаслідок відмінності в температурі різних частин атмосфери. Вітер є нещо інше, як конвекційні рух атмосфери, обумовлене нерівномірнимнагріванням її.
Таким чином, енергія, що доставляються Сонцем, може бути використанадля отримання роботи в вітряного двигуна тільки за умови, що єрізниця температур окремих частин атмосфери, яка створюється поглинаннямпроменевої енергії Сонця і частковим випусканням її у світовий простір.
Встановлено, що безперервне або періодично повторюється отриманняроботи за рахунок охолодження тел може мати місце лише в тому випадку, якщощо здійснює роботу машина не тільки отримує теплоту від якого-небудь тіла
(це тіло називають нагрівачем), але разом з тим віддає частину теплотиіншого тіла (холодильнику). Отже, на здійснення роботи йде не всятеплота, отримана від нагрівача, а лише її частина, решта ж теплотавіддається холодильнику.
Машини , що проводять механічну роботу в результаті обмінутеплотою з навколишніми тілами, називаються тепловими двигунами. Убільшості таких машин нагрівання отримується при згоранні палива,завдяки чому нагрівач отримує досить високу температуру. У цихвипадках робота здійснюється за рахунок використання внутрішньої енергії сумішіпалива з киснем повітря. Крім того, існують машини, в якихнагрівання проводиться Сонцем, а також проекти машин, що використовуютьрізниці температур морської води. Однак поки що ні ті, ні інші не маютьпомітного практичного значення. В даний час експлуатуються такожтеплові машини, що використовують теплоту, що виділяється в реакторі, девідбувається розщеплення і перетворення атомних ядер.
Паросилові станція. Перш за все (в кінці XVIII століття) були створеніпарові поршневі двигуни (парові машини). Приблизно через 100 роківз'явилися парові турбіни. Як показує назва, робота цих двигунівпроводиться за допомогою пари. У величезній більшості випадків - це водянийпар, але можливі машини, що працюють з парами інших речовин (наприклад,ртуті). Парові турбіни ставляться на потужних електричних станціях і навеликих кораблях. Поршневі двигуни в даний час знаходять застосуваннятільки у залізничному і водному транспорті (паровози і пароплави).
Для роботи парового двигуна необхідний ряд допоміжних машин іпристроїв. Все це господарство разом носить назву паросилова станції. Напаросилова станції весь час циркулює одна й та ж вода.
Схема обладнання паросилова станції
Вона перетворюється на пар в котлі, пара проводить роботу в турбіні (або впоршневий машині) і знову перетворюється у воду в барабані, охолоджуваніпроточною водою (конденсатор). З конденсатора вийшла водаза допомогою насоса через збірний, бак (збірка) знову прямує в котел.