Твердое состояние вещества

ГОБПОУ «ЛКСАиОТ»
План учебного занятия
Преподаватель: Чуносова М.Ю.
Дисциплина: физика
Дата:
Раздел 2. Молекулярная физика и термодинамика.
Тема 3. Агрегатные состояния вещества и фазовые переходы.
Тема: Свойства твердых тел. Деформации.
СТУДЕНТАМ ГРУПП С-15-4 и СП-15-1 выполнить тест в тетради
( номер вопроса и вариант ответа)
Тест – контроль на тему: «Парообразование и конденсация. Водяной пар в атмосфере»
1. Парообразование это …
А. переход вещества из одного состояния в другое.
Б. явление превращения пара в жидкость.
В. явление перехода вещества в пар.
2. Одну открытую кастрюлю с водой поставили на горячую плиту, а другую оставили на
столе. В какой кастрюле будет испаряться вода?
А. в кастрюле на плите.
Б. в кастрюле на столе.
В. в обеих кастрюлях.
Г. ни в одной кастрюле вода испаряться не будет.
3. В каком агрегатном состоянии при комнатной температуре находятся следующие
вещества: ртуть, вода, воск, сахар, водяной пар, воздух. Выберите правильное
расположение?
А.
состояние
Твердое
- ртуть
- воск
Б.
Жидкое
- сахар
- вода
Газообразное
- воздух
- водяной пар
состояние
Твердое
- воск
- сахар
В.
Жидкое
- ртуть
- вода
Газообразное
- воздух
- водяной пар
состояние
Твердое
- ртуть
- водяной пар
Жидкое
- воск
- воздух
Газообразное
- вода
- сахар
4. Каким явлением можно объяснить распространение запахов, которыми обладают
твердые тела?
А. сублимация
Б. десублимация
В. конденсация
Г. парообразование
5. Конденсация - это …..
А. переход вещества из твердого состояния в газообразное.
Б. это наивысшая температура.
В. явление превращения пара в жидкость.
Г. переход из жидкого состояния в газообразное.
6. При кипении чайника окна на кухне «запотели». Выберите правильное утверждение.
А. «запотевание окон» - это пример испарения воды.
Б. «запотевание окон» - это пример кипения воды.
В. «запотевание окон» - это пример конденсации воды.
7. Какова абсолютная влажность воздуха, который в объеме 20 м3 содержит 100 г
влаги?
А. 5 г/м3 .
Б. 5 %
В. 5 кг/м3 .
Г. Среди указанных нет верного ответа.
8. Насыщенным или ненасыщенным является водяной пар плотностью 4,84 г/м3 при
температуре 0°С?
А. насыщенным.
Б. ненасыщенным.
В. Среди указанных нет верного ответа.
9. Чтобы охладиться в жаркий день, мальчик надел мокрую футболку. Выберете
правильное утверждение:
А. охлаждение происходит за счет конденсации водяного пара.
Б. охлаждение происходит за счет испарения воды.
В. охлаждения не происходит.
10. Относительная влажность воздуха:
А. отношение массы водяного пара, содержащегося в 1 м 3 к массе остального содержащегося
там газа.
Б. отношение давления пара, содержащегося в воздухе, к давлению насыщенного пара при
той же температуре, выраженное в процентах.
В. Влажность 50%, одинаково далека как от насыщенного пара, так и от абсолютно сухого
воздуха.
11. С повышением температуры давление паров воды:
А. увеличивается
Б. уменьшается.
В. не изменяется.
12. Двигатель совершил работу 28 МДж, получив количество теплоты 70 МДж. Чему
равен КПД двигателя?
А. 40%.
Б. 2,5 %.
В. 28 %.
Г. 25 %.
13. Испарение – это …
А. явление превращения пара в жидкость.
Б. переход их жидкого состояния в газообразное.
В. процесс перехода из твердого состояния в газообразное.
14. Насыщенный пар – это …
А. Максимальное количество пара, которое может содержаться в данном объеме при данных
условиях.
Б. Пар, находящийся в равновесии со своей жидкостью.
В. И то, и другое верно.
Г. И то, и другое неверно.
15. Из холодильника достали стеклянную бутылку с молоком и поставили на стол.
Бутылка «запотела». Выберите правильное утверждение:
А. бутылка «запотела» - на ней произошла конденсация водяного пара.
Б. бутылка «запотела» - с нее произошло испарение водяного пара.
В. бутылка «запотела» - на ней произошло замерзание водяного пара.
16. Вода испарилась и превратилась в пар. Какое изменение произошло с молекулами
воды?
А. изменился размер молекул воды.
Б. изменилась температура молекул воды.
В. изменилось взаимное расположение молекул воды.
Г. изменился цвет молекул.
17. Определите относительную влажность воздуха, имеющего температуру 21°С, если
давление содержащегося в нем водяного пара равно 11,4 Па, а давление насыщенного
пара при этой же температуре рано 18, 3 кг/моль?
А. 60 %
Б. 61 %
В. 62 %
Г. среди указанных нет верного ответа.
18. Две жидкости равных масс нагреваются на одинаковых горелках до кипения.
Определите по графикам А и В, у какой жидкости выше
t°,С
температура кипения?
А
В
0
t, мин
А. А
Б. В.
В. температуры кипения одинаковы.
19. Чему равен КПД теплового двигателя, если он получил от нагревателя количество
теплоты 150 МДж, а передал холодильнику 100 МДж?
А. 15 %.
Б. 30 %.
В. 33 %.
20. Сублимация – это …
А. из твердого состояния в жидкое.
Б. из твердого состояния в газообразное.
В. из жидкого состояния в газообразное.
Г. ничего из перечисленного не подходит.
21.
Какое количество теплоты выделиться при конденсации 10 г водяного пара,
имеющего температуру 100°С? Если 𝒓уд.парообразования = 𝟐, 𝟑 ∙ 𝟏𝟎𝟔 Дж/кг.
А. 2,3 ∙ 104 Дж.
Б. 2,3 ∙ 105 Дж.
В. 2,3 ∙ 106 Дж.
Г. Среди указанных нет верного ответа.
22. Температура воздуха в комнате 20°С. Какую температуру показывает влажный
термометр, если разность показаний сухого и влажного термометров равна 5°С?
А. 10°С
Б. 15°С.
В. 25°С.
23. Какая физическая величина не изменяется при испарении воды в открытом сосуде?
А. температура жидкости.
Б. масса жидкости.
В. размеры молекул.
Изучение нового материала.
(составить конспект в тетради)
1. Характеристики твердого состояния вещества.
Большинство окружающих нас твердых тел - вещества в твердом
состоянии. Специальная область физики - физика твердого тела - занимается
изучением строения и свойств твердых тел. Эта область физики является
ведущей во всех физических исследованиях. Она составляет фундамент
современной техники.
В любой отрасли техники используются свойства твердого тела: механические, тепловые, электрические, оптические и т.д. Все большее применение в технике находят кристаллы.
Действие современных оптических квантовых генераторов - лазеров основано на использовании свойств монокристалла.
Твердое состояние вещества
1. Вещество называют твердым, если оно сохраняет свою форму и объем, т.е.
внешние признаки.
3. Твердые вещества имеют наибольшую упорядоченность.
2. В физике под твердыми телами подразумевают вещества, у которых имеется
кристаллическое строение, т.е. «дальний порядок», в расположении его частиц.
В зависимости от структуры различают тела кристаллические и аморфные:
Кристаллические тела
Монокристалл (одиночные кристаллы)
твердое тело, частицы которого
образуют единую кристаллическую решетку.
(металлы, (кварц, алмаз)
Поликристалл (много кристаллов (кристаллиты))
твердое тело, состоящее из
беспорядочно ориентированных
монокристаллов.
(сахар, поваренная соль)
Свойства:
1.Температура плавления Т = const. (т.е. при повышении температуры все твердые
тела переходят в жидкое состояние. Этот процесс называется плавлением.)
2.Каждое вещество имеет свою температуру плавления.
Анизотропия одинаковые физические свойства
по всем направлениям.
Изотропия- зависимость физических
свойств от направления внутри
кристалла.
Механическая прочность, оптические, электрические, тепловые
свойства.
У поликристаллов анизотропия
свойственна для каждого кристалла.
Т.к. кристаллики расположены друг
относительно друга хаотически, тело
в целом изотропно.
Твердые вещества делятся на:
Кристаллические вещества характеризуются правильным
расположением тех частиц, из которых они
аморфные –
вещества не имеют четкой температуры
плавления — при нагревании плавления
состоят: атомов, молекул и ионов, —
в строго определенных точках пространства.
При соединении этих точек прямыми линиями
образуется пространственный каркас, который
называют кристаллической решеткой.
Точки, в которых размещены частицы
при нагревании они постепенно
размягчаются и переходят
в текучее состояние.
В аморфном состоянии, например,
находится пластилин, или
различные смолы.
кристалла, называют узлами решетки.
Существует немало примеров, когда твердые тела изменяют форму
подобно жидкостям, но происходит это достаточно медленно. Например, даже
незажженные восковые свечи при комнатной температуре постепенно
утрачивают свою первоначальную форму. Такие твердые тела называют
аморфными – бесформенными. Фактически аморфные тела представляют
собой некоторое промежуточное состояние между жидкостью и твердым
телом. Их можно считать очень вязкими жидкостями.
В расположении частиц в аморфных телах наблюдается ближний порядок.
Свойства твердых тел
1. Упругость.
Тело из любого материала при малых деформациях ведет себя как упругое. Его размеры
и форма восстанавливаются при снятии нагрузки. Поэтому такие материалы называют
упругими.
Пример: резина, сталь.
2. Прочность.
Прочностью материала называется его способность выдерживать нагрузки без
разрушения.
3. Пластичность: материалы, у которых отсутствует область упругих деформаций
относятся к пластическим.
Пример: воск, глина, пластилин.
4. Хрупкость: изделие называется хрупким, если оно разрушается при небольших
деформациях.
Пример: стекло, фарфор, янтарь.
2. Типы кристаллических решеток.
Кристалл – твердое тело, частицы которого (атомы, молекулы, ионы) расположены в
определенном, периодически повторяющемся порядке (в узлах).
При мысленном соединении узлов линиями образуется пространственный каркас –
кристаллическая решетка.
Кристаллическая решетка – пространственная структура с регулярным,
периодически повторяющимся расположением частиц.
Различают четыре типа кристаллических решеток:
Характеристика
Металлические
Ионные
Молекулярные
Атомная
кристаллы
(Cu, Mg)
кристаллы
(NaCl, KNO3)
кристаллы
(I2, нафталин,
сухой лед СО2)
кристаллы
(алмаз, графит, SiO2)
Структурные
частицы
Положительные Kатионы и
ионы и
анионы
подвижные
электроны
Молекулы
Атомы
Тип химической
связи
Металлическая
Ионная
1) Kовалентная в 1) Kовалентная
молекулах;
между атомами;
2) между
молекулами
действуют силы
притяжения
Температура
плавления
Высокая
Высокая
Невысокая
Очень высокая
Температура
кипения
Высокая
Высокая
Невысокая
Очень высокая
Механические
свойства
Твердость,
ковкость,
тягучесть
Твердость,
хрупкость
Мягкость
Очень высокая
твердость
Геометрия элемента
Электропроводность Хорошие
проводники
Изоляторы в
Изоляторы
твердом виде,
электролиты в
виде
расплавов и
растворов
Изоляторы
(кроме графита)
Растворимость в
воде
Нерастворимы
Растворимы
Нерастворимы
Растворимость в
неполярных
растворителях
Нерастворимы
Нерастворимы Растворимы
Нерастворимы
Нерастворимы
Какие кристаллические решетки у О2, Н2О, NaCl, С?
3. Виды деформации твердых тел. Закон Гука.
Говоря о механических свойствах твердых тел, мы будем рассматривать кристаллы,
поскольку в физике принято относить к числу твердых тел именно кристаллические тела.
Для изучения механических свойств твердые тела подвергают деформации.
Деформация (от лат. Deformatio – искажение) – изменение формы и размеров тела под
действием внешних сил.
Деформации возникают потому, что различные части тела движутся по-разному. Если бы
все части тела двигались одинаково, то тело всегда сохраняло бы свою первоначальную
форму и размеры, т. е. оставалось бы недеформированным.
Виды деформации
Виды деформации
растяжение
Сжатие
Кручение
Изгиба
Сдвига
упругая
пластичная
признаки
увеличивается расстояние
между молекулярными
слоями.
уменьшается расстояние
между молекулярными
слоями.
поворот одних молекулярных
слоев относительно других.
одни молекулярные слои
растягиваются, а другие
сжимаются или
растягиваются, но меньше
первых.
одни слои молекул
сдвигаются относительно
других.
после прекращения
воздействия тело полностью
восстанавливает
первоначальную форму и
размеры.
после прекращения
воздействия тело не
восстанавливает
первоначальную форму или
размеры.
примеры
Деформацию растяжения
испытывают тросы,
канаты, цепи в подъемных
устройствах, стяжки между
вагонами и т. д.
Деформацию сжатия
испытывают столбы,
колонны, стены,
фундаменты зданий и т. п.
Кручение испытывают
валы всех машин, винты,
отвертки и т. п.
Подвержены трубы, балки,
кости.
Деформации сдвига
подвержены заклепки и
болты, скрепляющие части
мостовых ферм, балки в
местах опор и др. Сдвиг на
большие углы может
привести к разрушению
тела – срезу. Срез
происходит при работе
ножниц, долота, зубила,
зубьев пилы и т. д.
Пружина.
Мягкие твердые тела: резина,
пластмасса и т.д.
Закон Гука.
Опыт показывает: при малых деформациях напряжение 𝜎 прямо пропорционально
относительному удлинению.
Гуком было установлено, что в области упругих деформаций нормальное
напряжение и относительное удлинение связаны между собой:
𝜎 = 𝐸𝜀
или
𝜎=
𝐹⃗
𝑆
где 𝜎 - механическое напряжение;
E = const, - модуль упругости Юнга;
∆𝑙
𝜀 = - относительное удлинение;
𝑙0
∆𝑙 = 𝑙 − 𝑙0 - абсолютное удлинение.
S – площадь поперечного сечения тела.
IV. Домашнее задание. Выучить конспект + задачи
Решить задачи в тетради
1.Давление водяного пара в воздухе при температуре 30 °С равно 2,52 кПа.
Определите относительную влажность воздуха, если давление насыщенного
пара при этой температуре равно 4,2 кПа.
2. Парциальное давление водяного пара в воздухе при 19 °С было 1,1 кПа.
Найти относительную влажность.
3.Найти относительную влажность воздуха в комнате при 18 °С, если при
10 °С образуется роса.
4. В 4 м3 воздуха при температуре 16 °С находится 40 г водяного пара. Найти
относительную влажность.
5. Чем объяснить
появление зимой инея на оконных
стеклах? С какой
стороны стекла, он появляется?
6. Какую работу надо совершить, чтобы выдуть мыльный пузырь диаметром 1о см?
Поверхностное натяжение мыльного раствора равно 4 ∙ 10−2 Н/м.
7. Чему равна разность уровней ртути в двух сообщающихся капиллярах с диаметром
каналов 𝑑1 = 0,5 мм и 𝑑2 = 1 мм ? Плотность ртути 𝜌 = 13,6 ∙ 103 кг/м3 .