Агрегатные состояния и фазовые переходы

Всевозможные состояния, в которых может находиться то или иное вещество, прежде всего разбиваются на так называемые агрегатные состояния: твердое, жидкое и газообразное. Эти состояния выделяются по основным физическим свойствам вещества.

Следует учесть, что у некоторых веществ нет резкой границы между различными агрегатными состояниями. Например, при на­гревании стекла происходит постепенное его размягчение и невоз­можно установить, когда оно переходит из твердого состояния в жидкое. При очень большом внешнем давлении твердые металлы начинают «течь», т. е. подобно жидкости, принимают форму сосу­да, в котором они находятся.

Различные состояния одного и того же вещества можно отличать друг от друга также по значениям физических величин, которые характеризуют эти состояния, например, по значениям объема, температуры и давления. Поэтому каждому агрегатному состоянию вещества соответствует бесконечное множество различ­ных состояний, которые отличаются друг от друга различными значениями объема, давления, температуры и других физических величин. При изменении этих величин вещество переходит из одно­го состояния в другое, оставаясь твердым, жидким и газообраз­ным.

Физические величины, характеризующие то или иное состояние вещества, иногда называют параметрами состояния. Основными параметрами являются: объем V, внешнее давление р и температура Т. Если между параметрами состояния существует какое-нибудь определенное однозначное соотношение, которое сохраняется при переходе из одного состояния в другое, то это соотношение называется уравнением состояния. Например, для раз­реженных газов соблюдается уравнение:

 

 

Это соотношение связывает между собой значения объема, давле­ния и температуры для множества отличающихся друг от друга состояний данной массы газообразного вещества. Для других агрегатных состояний — твердого и жидкого — такие простые соотношения между параметрами не найдены.

Следует различать два вида переходов вещества из одного состояния в другое:

1) переходы, при которых меняются только численные значе­ния параметров, характеризующих состояние вещества (объема, давления, температуры и др.), но состав, строение вещества, его агрегатное состояние не изменяются. Такими переходами являются сжатие, расширение, нагревание газов, а также твердых и жидких тел при условии, что эти тела остаются твердыми, жидкими и газообразными, и, кроме того, в них не происходит заметных изменений в составе, структуре, физических свойствах;

2) переходы, при которых происходит изменение или агрегатного состояния вещества, или существенные изменения в составе, строении и физических свойствах вещества. Такие переходы называются фазовыми переходами: к ним относятся испа­рение и конденсация, плавление и отвердевание, кристаллизация и перекристаллизация, переходы металлов в сверхпроводящее состояние и т. д.

При некоторых фазовых переходах происходит изменение агрегатного состояния вещества, например, вещество из твердого состояния переходит в жидкое или газообразное и наоборот. При этом изменяется взаимное расположение молекул, расстояние между ними, характер их теплового движения. Постоянство соста­ва вещества при фазовых переходах такого рода можно иллюстри­ровать на примере воды: таяние льда или испарение воды не сопровождается изменением состава молекулы воды (Н₂0).

При других фазовых переходах агрегатное состояние вещества сохраняется, но в веществе происходят существенные изменения в строении или в структуре (взаимном расположении молекул), вследствие чего заметно изменяются физические свойства вещест­ва. К таким переходам относятся: потеря ферромагнитных свойств железом при нагревании его до температуры 780 °С и выше, переход некоторых металлов в сверхпроводящее состояние при очень низких температурах (когда электрическое сопротивление этих металлов уменьшается до нуля), переход кристаллического вещества из одной модификации в другую и т. д

 

Прочитайте текст. Составьте реферат.

Проводники и диэлектрики

Тела, в которых заряженные частицы (электроны, ионы) могут свободно перемещаться в пределах их объема, называются про­водниками. К ним относятся металлы, электролиты, ионизи­рованный газ. В диэлектриках заряженные частицы не имеют такой свободы перемещения. Они могут только несколько смещаться относительно определенных положений равновесия. В проводниках заряженные частицы участвуют в беспорядочном тепловом движении атомов и молекул. В диэлектриках заряженные частицы совершают беспорядочные колебания вокруг положений равновесия.

Тела называются электрически однородными, если их электри­ческие свойства одинаковы в пределах всего объема. Тела назы­ваются электрически изотропными, если их электрические свойства одинаковы по всем направлениям.

Измерения показывают, что, например, у кристаллических тел удельное сопротивление (у проводников) или диэлектрическая проницаемость (у диэлектриков) различны в различных направле­ниях. Такие тела называются анизотропными. В той или иной 'степени большинство тел неоднородны и анизотропны.

Большое применение получили полупроводники. Это кристаллические тела, электрические свойства которых в зави­симости от их состава, строения и состояния изменяются в очень широких пределах. В одних условиях (при низких температурах) они имеют большое удельное сопротивление. В других условиях (при высоких температурах) они имеют малое удельное сопро­тивление. Некоторые полупроводники (селен) заметно уменьшают свое электрическое сопротивление под действием световых лучей.

Удельные сопротивления р (в Ом-м) [2] различных веществ лежат в широких пределах:

у проводников — 10^-8 – 10^-6;

у полупроводников — 10^-6 - 10³;

у диэлектриков — 10³ ~ 10¹⁶.

Заметим, что деление веществ на проводники, полупроводники и диэлектрики производится не по значению их удельных сопро­тивлений, а по совокупности их электрических свойств и разли­чию в их внутренней структуре.

 

6. Прочитайте текст и составьте реферат.

Электромагнитные волны

Рассмотрим систему из двух параллельных проводов (рис. 4), в которой внешний источник тока вызывает вынужденные электро­магнитные колебания. Э.д.с, возбужденная на участке АВ внешним источником энергии, приведет в движение электроны. Допустим, что в начальный момент времени электроны стали пере­мещаться от В к А. Это движение распространяется по верхнему проводу АС с некоторой конечной скоростью до тех пор, пока не подойдет до конца провода С, где временно происходит скопле­ние электронов.

Рис. 4.

Одновременно придут в упорядоченное движение и электроны нижнего провода, подхваченные создавшимся внутри этого прово­да электрическим полем, направленным к положительно зарядив­шейся точке В. Таким образом, верхний провод заряжается отрицательным, а нижний — положительным электричеством и между ними появляется электрическое поле. Провода АС и ВД играют роль обкладок линейного конденсатора. Скопление элект­ронов в верхнем проводе и «оголение» положительных зарядов в нижнем проводе препятствуют дальнейшему движению электро­нов от В к А.

Пока в проводах происходит движение зарядов, вокруг них су­ществует магнитное поле (возрастающее или убывающее). Это переменное магнитное поле возбуждает в самих проводах э. д. с. самоиндукции, которая, по закону Ленца, препятствует как возра­станию, так и убыванию тока в проводах.

Таким образом, благодаря совместному действию поля зарядов и э. д. с. самоиндукции движение электронов от нижнего провода к верхнему со временем прекратится и затем начнется обратное движение, когда внешняя э. д. с. изменит свой знак.

Если частота изменения внешней э.д.с. велика, то возможно, что движение электронов, вызванное этой э.д.с. за первую поло­вину периода, не успеет еще распространиться до конца проводов. В то же время вследствие перемены знака внешней э.д.с. на участке А—В начнется движение электронов в противоположном направлении. Тогда точка А и прилегающие к ней участки верхнего провода будут заряжаться положительно, хотя более удаленные участки пока еще остаются заряженными отрицательно. В нижнем проводе вследствие обратного движения электронов точка В и бли­жайшие к ней участки заряжаются отрицательно, тогда как в остальной части пока еще существует избыток положительных зарядов. При очень большой длине проводов и большой частоте внешней э. д. с. вдоль проводов образуется некоторое распре­деление положительных и отрицательных зарядов. Это распределение меняется со временем по такому же закону, по которому изменяется внешняя э.д.с. Если внешняя э.д.с.— синусоидальная, то вдоль проводов будет существовать синусоидаль­ное распределение не только зарядов и токов, но и потенциалов.

Итак, между проводами появляются как электрические, так и магнитные поля, меняющиеся со временем. Переменное электрическое поле возбуждает магнитное поле, и наоборот — переменное магнитное поле создает электрическое поле, вследствие чего окру­жающее нашу систему поле является электромагнитным полем. В каждой точке этого поля будут какие-то напряженности электри­ческого и магнитного поля, связанные между собой и меняющиеся со временем. Существенно, что изменение напряженности электри­ческого поля в какой-нибудь определенной точке пространства вызывает появление магнитного поля не только в этой точке, но и во всех поблизости расположенных точках. Возбужденные в этих точках переменные электрического и магнитного полей вызывают в свою очередь электрические и магнитные напряжен­ности в других, более удаленных от нашей системы точках и т. д. Следовательно, электромагнитное поле не может быть локализовано в определенном объеме пространства. Оно распространяется от одной точки пространства к другим с некоторой ско­ростью.

Распространяющееся электромагнитное Поле, в, котором напря­женности электрического и магнитного полей изменяются по какому-нибудь периодическому закону, называют электромагнитной волной. Очевидно, источником электромагнитной волны может быть любой электрический колебательный контур или даже лю­бой проводник, по которому течет переменный ток. «Излучающая способность» источника электромагнитной волны зависит от его формы и размеров, а также от частоты колебаний.

7.Прочитайте текст. Составьте реферат.

Образование и распространение волн в упругой среде

Если колеблющееся тело (камертон, струна, мембрана и т.д.) находится в упругой среде, то оно приводит в колебательное движение соприкасающиеся с ним частицы среды. Вследствие этого в прилегающих к телу элементах среды возникают периодические деформации (например, сжатия и растяжения). При этих деформациях в среде появляются упругие силы, стремящиеся вернуть элементы среды к первоначальным состояниям равновесия. Благодаря взаимодействию соседних элементов среды упругие деформации будут передаваться от одних участков среды к другим, более удаленным от колеблющегося тела.

Таким образом, периодические деформации, вызванные в каком-нибудь месте упругой среды, будут распространяться в среде с некоторой скоростью, зависящей от ее физических свойств. При этом частицы среды совершают колебательные движения около положений равновесия. От одних участков среды к другим передается только состояние деформации.

Процесс распространения колебательного движения в среде называется волновым процессом, или просто волной. В зависимости от характера возникающих при этом упругих деформаций различают волны продольные и поперечные. В продольных волнах частицы среды колеблются вдоль линии, совпадающей с направлением распространения колебаний. В поперечных волнах частицы среды колеблются перпендикулярно к направлению распространения волн.

Жидкие, а также газообразные среды не имеют упругости сдвига, вследствие чего в них возбуждаются только продольные волны, которые распространяются в виде чередующихся сжатий и разреженной среды. Волны, возбужденные на поверхности воды, являются поперечными. Они обязаны своим существованием земному тяготению. В твердых телах могут быть вызваны как продольные, так и поперечные волны. Частным видом поперечных волн являются крутильные волны, возбуждаемые в упругих стержнях, к которым приложены крутильные колебания.

Поверхность, до которой доходит колебание в некоторый момент времени, называется фронтом волны. Форма фронта волны определяется как конфигурацией источника колебаний, так и свойствами среды. В однородных средах скорость распространения волны везде одинакова. Среда называется изотропной, если эта скорость одинакова по всем направлениям. Фронт волны от точечного источника колебаний в однородной и изотропной среде имеет вид сферы. Такие волны называются сферическими.

В неоднородной и неизотропной среде, а также от неточечных источников колебаний фронт волны имеет сложную форму. Если фронт волны представляет собой плоскость и эта форма сохраняется по мере распространения колебаний в среде, то волну называют плоской. Малые участки фронта волны сложной формы можно считать плоской волной, если только рассматривать небольшие расстояния, проходимые этой волной.

В ходе описания волновых процессов выделяют поверхности, в которых все частицы колеблются в одинаковой фазе. Эти поверхности одинаковой фазы называются волновыми, или фазовыми. Они также могут быть сферическими, плоскими или иметь сложную форму в зависимости от конфигурации источника колебаний и свойств среды.

Волны также можно классифицировать по «форме волны». Так, если распределение колеблющейся величины вдоль направления распространения волны есть синусоида, то говорят о гармонической волне. Основной характеристикой гармонической волны является длина волны. Длина волны – это расстояние, которое проходит волна за период колебания источника. Она разделяет две точки, которые колеблются в волне в одинаковой фазе.

Случается так, что источник вызывает в среде не простую синусоидальную волну, а более сложную. Любую сложную волну можно представить как совокупность элементарных синусоидальных волн с различными частотами, фазами и амплитудами. В результате сложения этих синусоидальных колебаний в среде распространится некоторый сложный процесс. Если среда не обладает дисперсией , т.е. элементарные волны всех частот распространяются в ней с одинаковыми скоростями, то за некоторое время каждая элементарная волна «сместится» на одну и ту же величину. Поэтому в последующий момент времени результат сложения «смещенных» синусоид оказывается таким же, как и в предыдущий момент времени. Если же среда обладает дисперсией, т.е. скорость распространения колебаний в этой среде различна для различных частот, то элементарные синусоиды в зависимости от своих частот получат различные смещения, вследствие чего результат их сложения будет иной. Таким образом, в среде с дисперсией сложная волна с течением времени изменяет свою «форму».

 

 

⇐ Предыдущая15161718192021222324Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. Агрегатные комплексы и системы технических средств автоматизации ГСП
2. Агрегатные состояния вещества
3. Агрегатные состояния и превращения веществ
4. Альтернативные состояния сознания. Гипноз и внушение
5. Анализ движения и технического состояния основных средств.
6. Анализ состава, динамики и состояния основных средств
7. Анализ состояния дебиторской задолженности
8. Анализ состояния и использования трудового потенциала.
9. Анализ состояния и перспективы развития средств воздушного нападения вероятного противника
10. Анализ состояния основных производственных фондов ООО «Новострой»
11. Анализ состояния охраны труда в колхозе (СПК) «Имени Ленина» Гомельского района.