Студопедия — ЛЕКЦІЯ 13. Актуальні проблеми соціальної роботи та соціальної педагогіки на сучасному етапі
Студопедия Главная Случайная страница Обратная связь

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

ЛЕКЦІЯ 13. Актуальні проблеми соціальної роботи та соціальної педагогіки на сучасному етапі






Раздел 1.

ПРИРОДНО-КЛИМАТИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ

Вода

Структура жидкостей

Жидкость - конденсированное агрегатное состояние вещества, промежуточное между твердым и газообразным

Жидкое состояние сочетает в себе некоторые черты газового и твердого состояний, занимая промежуточное положение между ними:

схожесть с газами

1) жидкости не имеют собственной формы (принимают форму сосуда),

2) текучие состояния,

3) молекулы жидкости перемещаются на большие расстояния (скорости молекул и дальность диффузии),

4) изотропия;

схожесть с твёрдыми телами

1) имеется собственный объем,

2) слабая сжимаемость,

3) большая плотность вещества (относительно слабо меняется с давлением),

4) сопротивление сжатию и растяжению.

Все это обусловлено внутренней структурой жидкости. В жидкостях имеет место ближний порядок – расположение соседних молекул по отношению к рассматриваемой молекуле наблюдается некоторый порядок, который исчезает по мере удаления от рассматриваемой молекулы. Причины отсутствия дальнего порядка у жидкостей состоит в том, что молекулы в жидкостях обладают меньшей энергией активации Ua, чем в твёрдых телах. Энергия активации – это энергия, необходимая для «вылета» молекулы из своей потенциальной ямы.

Вообще такое разделение в ряде случаев является условным. Поскольку из-за большого разнообразия веществ и промежуточных их форм иногда трудно классифицировать фазы по этим признакам:

А) существуют твердые тела, находящиеся в аморфном состоянии, для которых также имеет место только ближний порядок в расположении молекул, они и по своим свойствам близки к свойствам жидких состояний (пример, стекло, смолы);

Б) существуют жидкие кристаллы, молекулы которых имеют обычно удлиненную форму и выстраиваются в одном направлении, т.е. получаем ориентированную жидкость; для них также характерен ближний порядок, касающийся расположения молекул, однако молекулярная ориентация сохраняется на достаточно больших расстояниях по сравнению с обычными жидкостями, поэтому они обладают анизотропными свойствами.

Значительный вклад в развитие теории жидкого состояния внес Яков Ильич Френкель (советский физик-теоретик, 1894–1952; с 1921 г. работал в ФТИ им. А.Ф.Иоффе и преподавал в Политехническом институте, заведовал кафедрой теоретической физики). Согласно его представлениям каждая молекула в жидкости в течение определенного времени колеблется около своего положения равновесия, а затем совершает переход скачком в новое положение, отстоящее от предыдущего на расстоянии порядка размеров самих молекул. Меньшая энергия активации (по сравнению с частицами твёрдых тел) приводит к большей вероятности активации. А вероятность активации пропорциональна отношению частоты «перескоков»

Длительность колебаний и пребывания молекулы в одном положении различна для разных веществ. Большое время релаксации приводит к большей вязкости. С ростом температуры подвижность молекул резко возрастает, что приводит к уменьшению вязкости жидкостей.

С точки зрения потенциальной энергии молекулы, находящиеся внутри жидкости, обладают меньшей энергией по отношению к молекулам, находящимся вне или на поверхности жидкости.

 

Общин свойства жидкостей

 

Взаимодействие между молекулами жидкости осуществляется силами Ван-дер-Ваальса и водородными связями.

Жидкости, кроме рассолов и сжиженных металлов, плохие проводники электрического тока.

Объем жидкости зависит от температуры и давления и является постоянным при данных условиях.

Если объём жидкости меньше объёма сосуда, в котором она находится, то можно наблюдать поверхность жидкости. Поверхность должна качестве эластичной мембраны с поверхностным натяжением, что позволяет формироваться каплям и пузырькам.

Еще одним следствием действия поверхностного натяжения является капиллярность.

Обычно жидкости не подвергаются сжатию: например, чтобы заметно сжать воду, необходимое давление порядка гигапаскалей.

Жидкости в гравитационном поле создают давление, как на стенки и дно емкости, так и на любые тела внутри самой жидкости. Это давление по закону Паскаля действует во всех направлениях и растет с глубиной.

Если жидкость находится в состоянии покоя в однородном гравитационном поле, давление на любую точку определяется барометрической формуле:

где

· = плотность жидкости,

· = ускорение свободного падения,

· = Глубина точки (расстояние между точкой и поверхностью жидкости).

Согласно этой формуле, давление на поверхности равна нулю, т.е. считается, что сосуд достаточно широка, и поверхностное натяжение нельзя не учитывать.

Обычно жидкости расширяются при нагревании и сужаются при охлаждении. Вода от 0 4 C составляет один из немногих исключений.

Жидкость при температуре кипения превращается в газ, а при температуре замерзания - на твердое вещество. Но даже при температуре ниже температуру кипения, жидкость испаряется. Этот процесс продолжается, пока не будет достигнуто равновесие парциального давления пары жидкости и давления на поверхности жидкости. Именно поэтому ни жидкость не может существовать длительное время в вакууме.

Все жидкости можно разделить на:

- чистые жидкости, состоящие из молекул одного вещества,

- смеси, состоящие из молекул разного сорта.

Различные жидкие компоненты смеси можно разделить с помощью фракционной дистилляции.

Не все жидкости образуют однородную смесь, если поместить их в один сосуд. Часто жидкости не смешиваются, образуя поверхность между собой. В поле тяготения одна жидкость может плавать на поверхности другой.

В основном жидкости - изотропные вещества. Исключение составляют жидкие кристаллы, которые можно отнести к жидкостям учитывая свойство перетекать и занимать объем сосуда, но в которых сохраняются присущие кристаллическим телам анизотропные свойства.

В жидкости молекулы в основном сохраняют свою целостность, хотя многие жидкостей является растворителями, в которых молекулы до некоторой степени диссоциируют. При диссоциации в жидкостях образуются положительно и отрицательно заряженные ионы. Такие жидкости производят электрический ток (см. Электролиты).

Движение молекул в жидкостях

Молекулы жидкости основном колеблются вокруг временного положения равновесия, которое образуется благодаря взаимодействию с другими молекулами. Для жидкостей потенциальная энергия взаимодействия молекулы с соседями больше, чем кинетическая энергия теплового движения.

Однако жидкости характеризуются также высоким коэффициентом самодиффузии - с тем каждая молекула удаляется от своего первоначального положения.

Средний квадрат смещения от начального положения молекулы пропорционален времени.

Плотность и удельный вес жидкости

 

Плотностью жидкости называют массу, отнесенную к единице объема:

 

где М - масса жидкости в объеме W.

Плотность воды при 4 C ρ = 1000 кг / м 3.

Если жидкость неоднородна, то эта формула определяет лишь среднюю плотность жидкости. Для определения плотности в заданной точке следует воспользоваться формулой

 

В практике о массе жидкости судят по его весу. Вес жидкости приходится на единицу объема, называется удельным весом:

 

где G - вес жидкости в объеме W. Удельный вес воды при 4 C γ = 9810 Н / м 3 (1000 кгс / м 3). Для неоднородной жидкости, чтобы определить удельный вес в точке, следует пользоваться формулой:

 

где ΔG - вес жидкости в объеме ΔW.

Плотность и удельный вес связаны между собой известным соотношением

 

где g - ускорение свободного падения. Относительной удельным весом жидкости (или относительной весом) δ; называется отношение удельного веса данной жидкости с удельным весом воды при 4 С:

 

Эта величина является безразмерной.

Изменение объема жидкости может происходить либо в результате изменения давления (это свойство называется "сжимаемость"), либо в результате изменения температуры (тепловое расширение / сжатие).

Сжимаемость жидкостей

Все реальные жидкости в той или иной степени сжимаются, т.е. под действием внешнего давления уменьшают свой ​​объем. Сжимаемость - способность жидкости изменять свой ​​объем при изменении давления.

Сжимаемость жидкости определяется уравнением состояния и, как правило, имела величиной. Малая сжимаемость жидкости обусловлена ​​тем, что жидкость характеризуется сильной молекулярной взаимодействием, а изменения величин давления в технических процессах сравнительно невелики.

Учитывая относительную малость давлений, встречающихся в реалиях допускают, что жидкость сжимается по законом Гука (по линейной зависимости). Мерой сжимаемости жидкостей служит коэффициент объемного сжатия жидкости β S, который представляет собой относительное уменьшение объема V при повышении давления p на единицу:

 

Знак "минус" в формуле означает, что при увеличении давления объем уменьшается. Если считать, что единицей давления является Паскаль, то коэффициент объемного сжатия будет измеряться в Па -12 / Н).

Упругость - это способность жидкости восстанавливать свой ​​объем после прекращения действия внешних силовых воздействий.

Для качественной характеристики упругих свойств используют понятие модуля объемной упругости К, который, по сути, является обратной величиной к коэффициенту сжимаемости, то К = 1 / β S. Например, для воды β S = 0,51 10 -9 Па -1, что указывает на весьма малую сжимаемость воды. Гипотетическую жидкость, для которой β S = 0, называют несжимаемой.

 

Тепловое расширение жидкостей

 

Поскольку габаритные размеры жидкостей определяются размерами сосуда, поэтому температурное расширение для жидкостей рассматривается лишь в объемном плане:

 

где

- Объем жидкости после изменения температуры,

- Начальный объем жидкости,

- коэффициент теплового расширения.

Коэффициент теплового расширения указывает на сколько изменится начальный объем 1 м жидкости при росте температуры на 1 K или 1 C). Коэффициент теплового расширения воды при 20 C составляет α V = 2,07 10 4 C -1.

Вязкость жидкости

Жидкости характеризуются вязкостью. Она определяется как способность оказывать сопротивление перемещению одной из части жидкости относительно другой - есть как внутреннее трение.

Когда соседние слои жидкости движутся друг относительно друга, неизбежно происходит столкновение молекул дополнительно к обусловленное тепловым движением. Возникают силы, затормаживают упорядоченное движение. При этом кинетическая энергия упорядоченного движения переходит в тепловую - энергию хаотического движения молекул.

В зависимости от модели вязкости которая положена в основу рассмотрения вязких характеристик жидкостей, они делятся на ньютоновские жидкости (классическая модель) и неньютоновские жидкости.

Понятие об идеальной жидкости

 

Во многих случаях с достаточной для практики точностью в гидравлике можно пренебречь сжимаемостью жидкости и сопротивлением растяжению и рассматривать жидкость как абсолютно несжимаема с отсутствием сопротивления растяжению.

В гидрогазодинамици встречается ряд задач, когда можно пренебречь и вязкостью, принимая, что касательные напряжения отсутствуют так, как это имеет место в жидкости, находящейся в состоянии покоя.

Описанная гипотетическая жидкость с перечисленными свойствами, а именно:

· абсолютной неизменностью объема;

· отсутствием вязкости

называется идеальной жидкостью.

Понятие "Идеальная жидкость" впервые было введено Л. Эйлером.

Такая жидкость является предельной абстрактной моделью и лишь приближенно отражает объективно существующие свойства реальных жидкостей. Эта модель позволяет с достаточной точностью решать много очень важных вопросов гидрогазодинамики и способствует упрощению сложных задач.

Поверхностное натяжение

 

Жидкость способна образовывать свободную поверхность. Такая поверхность является поверхностью раздела фаз данного вещества: по одну сторону находится жидкая фаза, по другую - газообразная (пара), и, возможно, другие газы, например, воздух.

Поверхностное натяжение - физическое явление, суть которого в стремлении жидкости сократить площадь своей поверхности при неизменном объеме. Своим появлением силы поверхностного натяжения обязаны поверхностной энергии. Поверхностное натяжение может быть объяснен притяжением между молекулами жидкости. Он возникает как в случае поверхности раздела между жидкостью и газом, так и в случае поверхности раздела двух различных жидкостей.

Поверхностная энергия пропорциональна площади поверхности раздела двух фаз S:

E п = σ S.

Коэффициент пропорциональности σ;, называют коэффициентом поверхностного натяжения. Его значение зависит от природы соприкасающихся сред. Этот коэффициент можно представить в виде

 

где F - сила поверхностного натяжения;

l - длина линии, ограничивающей поверхность раздела.

 

Капля воды на поверхности твердого тела при низкой смачивания

 

Капиллярный эффект в тонких трубках различной толщины

Поверхностное натяжение жидкости чувствителен к ее чистоте, состава и температуры. Вещества, способные в значительной степени снизить силы поверхностного натяжения, называются поверхностно-активными веществами (ПАВ). При повышении температуры величина сил поверхностного натяжения уменьшается, а в критической точке кипения жидкости стремится к нулю.

На границе раздела вода - воздуха при t = 20 С коэффициент поверхностного натяжения σ = 0,073 Дж / ​​м 2, а для границы раздела ртуть - воздух коэффициент σ = 0,48 Дж / ​​м 2.

 

Смачивание

 

Смачивание - проявление межмолекулярного взаимодействия на границе соприкосновения трёх фаз - твёрдого тела, жидкости и газа (или др. жидкости, не смешивающейся с первой), выражающееся в растекании жидкости по поверхности твёрдого тела.

На поверхности раздела трех фаз, например, твердой стенки, жидкости и газа между поверхностью жидкости и твердой стенкой образуется так называемый краевой угол θ;. Величина краевого угла зависит от природы соприкасающихся сред (от поверхностных натяжений на их пределах) и не зависит ни от формы сосуда, ни от действия силы тяжести.

Жидкая поверхность раздела, пересекая твёрдую поверхность по некоторой линии, наз. периметром смачивания, образует с ней краевой угол в (рис. 1).

Рис. 1. Различные случаи смачи-вавия поверхности твёрдого тела 3 при нанесении на неё капли жидкости 1 (верхние половины рисунка, где 2 - воздух) или двух несмешивающихся жидкостей - воды 1 и углеводородного соединения 2 (нижние половины рисунка):

а - полное смачивание сверху и полное несмачивание жидкостью 2 снизу;

б - твёрдое тело лучше смачивается жидкостью 1, чем жидкостью 2;

в - твёрдое тело лучше смачивается жидкостью 2, чем жидкостью 1

 

Смачивание проявляется также на искривлении свободной поверхности жидкости (или поверхности раздела несмешивающихся жидкостей) около стенок сосуда (рис. 2).

 

Рис. 2. Смачивание стенок трубки различными жидкостями: слева - полное смачивание (0 = 0); в центре - частичное смачивание (0< <О <90°); справа - несмачивание (О > 90°); 1 - жидкость; 2 - воздух; 3 - твёрдая поверхность стенок трубки

 

Мерой смачивания служит величина

cosQ = (б23 - б13 )/б12

где б12, б13 и б23- поверхностное натяжение на границе раздела соответствующих фаз (рис. 3).

 

Рис. 3. Растекание кайли жидкости по частично смачиваемой ею твёрдой поверхности: 1 - капля жидкости; 2 - воздух или насыщенный пар жидкости; 3 - твёрдая поверхность

Величина бik равна работе, к-рую нужно затратить для образования единицы площади поверхности раздела i-й и k-й фаз в обратимом изотермич. процессе.

Предельные случаи:

1) Q=0 - полное смачивание,

2) Q = 180° - полное несмачивание.

Смачивание играет большую роль в различных технологичических процессах:

- крашении,

- пайке,

- лужении,

- амальгамировании,

- флотации

и т. д.

 

Если край жидкости поднят, ее поверхность имеет вогнутую форму - краевой угол острый. В этом случае жидкость смачивает твердую поверхность. Чем хуже смачивающая способность жидкости, тем больше краевой угол. При θ> 90 жидкость считается несмачивающая, при полном несмачивание θ = 180. Капли такой жидкости словно пидгортаються, пытаясь уменьшить площадь контакта с твердой поверхностью.

Капиллярные явления

От явления смачивания зависит поведение жидкости в тонкой (капиллярной) трубке, погруженной в нее.

Капиллярные явления – явления, вызываемые влиянием сил межмолекулярного взаимодействия на равновесие и движение свободной поверхности жидкости, поверхности раздела несмешивающихся жидкостей и границ жидкостей с твёрдыми телами.

Наиболее распространённый пример: поднятие или опускание жидкости в узких трубках (капиллярах) и в пористых средах, обусловливающие, напр., миграцию воды в почве.

Капиллярные явления вызываются добавочным, т. н. капиллярным давлением р0 , которое создаётся поверхностным натяжением (б) на искривленной поверхности (мениске) жидкости в капилляре.

 

Рис. Капиллярные явления: а - поднятие жидкости, смачивающей стенки капилляра; б - опускание жидкости, не смачивающей стенки капилляра

В случае смачивания жидкость в трубке поднимается над уровнем свободной поверхности, в противном случае - опускается.

По закону Лапласа

р0=2б/r

где r - ср. радиус кривизны поверхности жидкости.

 

В круглом капилляре радиуса r0 высота Н подъёма жидкости, смачивающей стенки и высота опускания не смачивающей (см. рис.) определяются ф-лой Жюренаэ

 

где γ; - удельный вес жидкости; r - радиус трубки.

 

Капиллярные явления определяют условия образования зародышей конденсации, кипения, кристаллизации и играют важную роль в технике (напр., в процессах сушки).

 

Понижение давления пара над вогнутой поверхностью жидкости обусловливает конденсацию пара в порах смачиваемых пористых тел (капиллярная конденсация), чем, напр., объясняется гигроскопичность.

Гигроскопичность – (от "гигро" и греч. "skopeo" – "наблюдаю") - свойство материалов поглощать (сорбировать) влагу из воздуха за счёт образования химических соединений с водой или за счёт капиллярной конденсации (т. е. образования жидкой фазы в смачиваемых данной жидкостью капиллярах, порах, микротрещинах твёрдого сорбента или в местах контакта его частиц между собой).

Свойства гигрскопичности важны:

- при расчётах влагоизоляции,

- оценке долговечности конструкций,

- при длительном хранении и транспортировании материалов,

- для осушения воздуха (гигроскопичное вещество - серная кислота).

Испарение

Испарение - это вид парообразования в процессе постепенного перехода вещества из жидкой в газообразную фазу (пар) через свободную поверхность.

При тепловом движении некоторые молекулы покидают жидкость с ее поверхности и переходят в пар. Вместе с тем, часть молекул переходит обратно из пара в жидкость. Если из жидкости получается больше молекул, чем приходит, то имеет место испарение. Испарение сопровождается снижением температуры, поскольку жидкости вылетают молекулы с энергией, превышающей среднюю. Количественно калориметрия испарения характеризуется удельной теплотой парообразования - физической величиной, которая определяет количество теплоты, необходимая для испарения 1 кг жидкости при неизменной температуре.

Конденсация

Конденсация - обратный испарению процесс, переход вещества из газообразного состояния в жидкое. При этом в жидкость переходит из пары больше молекул, чем пару из жидкости. В отличие от испарения, во время которого теплота поглощается, при конденсации теплота выделяется. Ее количество определяют по той же формуле, что и теплоту парообразования. Удельная теплота конденсации по значению такая же, как и теплота парообразования.

Кипение

Кипение - процесс перехода жидкости в пары, который характеризуется, в отличие от испарения, тем, что образование пара происходит не только на поверхности, но и во всей массе жидкости.

Кипение возможно, если давление насыщенного пара жидкости равно внутреннему давлению. Поэтому данная жидкость, находясь под этим внешним давлением, кипит при вполне определенной температуре. Обычно температуру кипения приводят при атмосферном давлении. Например, при атмосферном давлении вода кипит при 373 К или 100 С.

Кавитация

Кавитация - образование внутри жидкости полостей (как и при кипении), заполненных газом, паром или их смесью (кавитационных пузырьков), что приводит к нарушению сплошности жидкости.

Кавитация возникает в результате местного понижения давления в жидкости до определенного критического значения р кр (в реальной жидкости значения р кр близкий к давления насыщенного пара этой жидкости при данной температуре).

Понижение давления происходит:

- либо при увеличении скорости движения жидкости (гидродинамическая кавитация),

- либо при прохождении акустической волны большой интенсивности во время полупериода разрежения (акустическая кавитация).

Распространение звука в жидкостях

Поскольку жидкости имеют большую жесткость только при объемном сжатии и есть податливыми при сдвиговых деформациях, скорость звука c в жидкости будет определяться величиной модуля всестороннего сжатия:

,

где K - модуль упругости жидкости при объемном сжатии (модуль всестороннего сжатия), ρ; - плотность жидкости.

В пресной воде, звук распространяется примерно со скоростью 1497 м / с при 25 C.


 

ЛЕКЦІЯ 13. Актуальні проблеми соціальної роботи та соціальної педагогіки на сучасному етапі







Дата добавления: 2015-08-29; просмотров: 597. Нарушение авторских прав; Мы поможем в написании вашей работы!



Функция спроса населения на данный товар Функция спроса населения на данный товар: Qd=7-Р. Функция предложения: Qs= -5+2Р,где...

Аальтернативная стоимость. Кривая производственных возможностей В экономике Буридании есть 100 ед. труда с производительностью 4 м ткани или 2 кг мяса...

Вычисление основной дактилоскопической формулы Вычислением основной дактоформулы обычно занимается следователь. Для этого все десять пальцев разбиваются на пять пар...

Расчетные и графические задания Равновесный объем - это объем, определяемый равенством спроса и предложения...

Этические проблемы проведения экспериментов на человеке и животных В настоящее время четко определены новые подходы и требования к биомедицинским исследованиям...

Классификация потерь населения в очагах поражения в военное время Ядерное, химическое и бактериологическое (биологическое) оружие является оружием массового поражения...

Факторы, влияющие на степень электролитической диссоциации Степень диссоциации зависит от природы электролита и растворителя, концентрации раствора, температуры, присутствия одноименного иона и других факторов...

Закон Гука при растяжении и сжатии   Напряжения и деформации при растяжении и сжатии связаны между собой зависимостью, которая называется законом Гука, по имени установившего этот закон английского физика Роберта Гука в 1678 году...

Характерные черты официально-делового стиля Наиболее характерными чертами официально-делового стиля являются: • лаконичность...

Этапы и алгоритм решения педагогической задачи Технология решения педагогической задачи, так же как и любая другая педагогическая технология должна соответствовать критериям концептуальности, системности, эффективности и воспроизводимости...

Studopedia.info - Студопедия - 2014-2024 год . (0.011 сек.) русская версия | украинская версия