Заттың агрегаттық күйлерінің өзгеру физикасын жазу
Кіріспе
I тарау. Заттың агрегаттық күйлерінің өзгеру физикасын жазу.
1.1. Заттың агрегаттық күйі
1.2. Қатты денелердің балқуы, қатаюы және балқу қатаюы температурасы.
1.3. Судың жылулық үлғаю ерекшеліктері.
1.4. Балқу жіне қатаю кезінде ішкі энергияның өзгеруы. Меншікті балқу
жылуы.
II тарау. Физика сабақтарында заттың агрегаттық күйлерін оқыту әдістемесі.
2.1. Заттың агрегат және кристалл денлердің балқуы мен қатаюы тақырыптарын оқыту
2.2. Зертханалық жұмыс : Нафталинның қызуын, балқуын және қатаюын бақылау.
2.3. Физика сабағында меншікті балқу және қатаю жылуын оқып үйрену.
2.4. Конденсация және қайнау тақырыптарын оқыту әдістемесі.
III Қорытынды.
V Пайдаланылған әдебиеттер.
I тарау. Заттың агрегаттық күйлерінің өзгеру физикасын жазу.
1.1. Заттың агрегаттық күйі
1.2. Қатты денелердің балқуы, қатаюы және балқу қатаюы температурасы.
1.3. Судың жылулық үлғаю ерекшеліктері.
1.4. Балқу жіне қатаю кезінде ішкі энергияның өзгеруы. Меншікті балқу
жылуы.
II тарау. Физика сабақтарында заттың агрегаттық күйлерін оқыту әдістемесі.
2.1. Заттың агрегат және кристалл денлердің балқуы мен қатаюы тақырыптарын оқыту
2.2. Зертханалық жұмыс : Нафталинның қызуын, балқуын және қатаюын бақылау.
2.3. Физика сабағында меншікті балқу және қатаю жылуын оқып үйрену.
2.4. Конденсация және қайнау тақырыптарын оқыту әдістемесі.
III Қорытынды.
V Пайдаланылған әдебиеттер.
Зат үш агрегаттық: қатты, сүйық, газ төріздес күйде болатыны сіз дерге белгілі. Заттың қайсыбір агрегаттық күйі: температурамен жөне сырт қы қысым жағдайымен анықталады екен. Егер осы параметрлерден заттың қүрылымын талдауға көшсе, онда агрегаттық күй затты құрайтын бөлшек тердің өзара өрекеттесуіне, козғалыс сипатына және орналасуына төуелді болады.
Әр түрлі агрегаттық күйдегі зат құрылымының ерекшеліктерін карастырайық.
II.Заттың газ төріздес күйін күнделікте ұшыратуға болады. Тыныс алатын ауа - N2 газтектес азоттың, 02 оттегінің, С02 көміртегі оксидінің (IV), Аr аргонның, сондай-ақ өзге инертті газдар мен азонның қоспасынан құралған газ болып табылады. Газға су буы мен тез буланатын өзге де — нафталин, сынап, әтір, т. б. заттар жатады.
Газдың құрылымы қандай? Біз оның қасиеттерін талдай отырып, анықтаймыз.
Газ оңай сығылады, оған газы бар цилиндрдегі тығыз орналасқан поршень құлағын басып, көз жеткізуге болады. Егер поршеньді басуды тоқтатса, газ ұлғайып, өзінің бастапқы көлеміне қайта келеді.
Газ өзіне бөлінген көлемді түгелдей алады. Оған тәжірибе арқылы көз жеткізуге болады. Үрленбеген ауа шарының мойнын жаксылап буып, ауа насосының қалпағының астына орналастырады (2.1-сурет). Қалпақ астындағы ауаны сорғанда шар томпайып, қалпақ астындағы бос көлемді толық ала алады. Тек ғарыштық газ жиынтыктары - Күн, жүлдыздарда плазма тартылыс күшімен ұсталып түрады.
Қалыпты жағдайда газ тығыздыгы дәл сол заттың сұйық не қатты денесінің тығыздығынан мыңдаған есе кіші болады. Айталық, 0°С-та және қалыпты атмосфералық қысымда судың тығыздығы 999,8 кг/м3, мүздікі - 916,8 кг/м3, ал су буыныкі - 0,8 кг/м3 болады, яғни будың тығыздығы судың тығыздығынан 1200 есе кем.
Осының барлығы газды құрайтын заттың бөлшектері (атомдары не молекулалары) бір-бірінен үлкен қашықтықта орналасатыны туралы ұйғарым жасауға мүмкіндік береді. Бұл қашықтық сұйық не қатты күйде болатын денелердің дәл сол бөлшектерінің ара қашықтығынан ондаған есе үлкен. Ал, газ бөлшектерінің ара қашықтығы үлкен болу себепті, зат бөлшектерінің өзара әсерлесуін ескермеуге болады. Тек қалыпты атмосфералык қысымнан жүздеген есе көп болатын өте үлкен қысымда газды қүрайтын бөлшектердің арасында өзара әрекеттесу күштері пайда бола бастайды.
Әр түрлі агрегаттық күйдегі зат құрылымының ерекшеліктерін карастырайық.
II.Заттың газ төріздес күйін күнделікте ұшыратуға болады. Тыныс алатын ауа - N2 газтектес азоттың, 02 оттегінің, С02 көміртегі оксидінің (IV), Аr аргонның, сондай-ақ өзге инертті газдар мен азонның қоспасынан құралған газ болып табылады. Газға су буы мен тез буланатын өзге де — нафталин, сынап, әтір, т. б. заттар жатады.
Газдың құрылымы қандай? Біз оның қасиеттерін талдай отырып, анықтаймыз.
Газ оңай сығылады, оған газы бар цилиндрдегі тығыз орналасқан поршень құлағын басып, көз жеткізуге болады. Егер поршеньді басуды тоқтатса, газ ұлғайып, өзінің бастапқы көлеміне қайта келеді.
Газ өзіне бөлінген көлемді түгелдей алады. Оған тәжірибе арқылы көз жеткізуге болады. Үрленбеген ауа шарының мойнын жаксылап буып, ауа насосының қалпағының астына орналастырады (2.1-сурет). Қалпақ астындағы ауаны сорғанда шар томпайып, қалпақ астындағы бос көлемді толық ала алады. Тек ғарыштық газ жиынтыктары - Күн, жүлдыздарда плазма тартылыс күшімен ұсталып түрады.
Қалыпты жағдайда газ тығыздыгы дәл сол заттың сұйық не қатты денесінің тығыздығынан мыңдаған есе кіші болады. Айталық, 0°С-та және қалыпты атмосфералық қысымда судың тығыздығы 999,8 кг/м3, мүздікі - 916,8 кг/м3, ал су буыныкі - 0,8 кг/м3 болады, яғни будың тығыздығы судың тығыздығынан 1200 есе кем.
Осының барлығы газды құрайтын заттың бөлшектері (атомдары не молекулалары) бір-бірінен үлкен қашықтықта орналасатыны туралы ұйғарым жасауға мүмкіндік береді. Бұл қашықтық сұйық не қатты күйде болатын денелердің дәл сол бөлшектерінің ара қашықтығынан ондаған есе үлкен. Ал, газ бөлшектерінің ара қашықтығы үлкен болу себепті, зат бөлшектерінің өзара әсерлесуін ескермеуге болады. Тек қалыпты атмосфералык қысымнан жүздеген есе көп болатын өте үлкен қысымда газды қүрайтын бөлшектердің арасында өзара әрекеттесу күштері пайда бола бастайды.
Мазмұны
Кіріспе ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... ..
I тарау. Заттың агрегаттық күйлерінің өзгеру физикасын жазу.
1.1. Заттың агрегаттық күйі
1.2. Қатты денелердің балқуы, қатаюы және балқу қатаюы температурасы.
1.3. Судың жылулық үлғаю ерекшеліктері.
1.4. Балқу жіне қатаю кезінде ішкі энергияның өзгеруы. Меншікті балқу
жылуы.
II тарау. Физика сабақтарында заттың агрегаттық күйлерін оқыту әдістемесі.
2.1. Заттың агрегат және кристалл денлердің балқуы мен қатаюы
тақырыптарын оқыту
2.2. Зертханалық жұмыс : Нафталинның қызуын, балқуын және қатаюын
бақылау.
2.3. Физика сабағында меншікті балқу және қатаю жылуын оқып үйрену.
2.4. Конденсация және қайнау тақырыптарын оқыту әдістемесі.
III Қорытынды.
V Пайдаланылған әдебиеттер.
I тарау. Заттың агрегаттық күйлерінің өзгеру
физикасын жазу.
1.1.Заттың агрегаттық күйі
I. Зат үш агрегаттық: қатты, сүйық, газ төріздес күйде болатыны
сіз дерге белгілі. Заттың қайсыбір агрегаттық күйі: температурамен жөне
сырт қы қысым жағдайымен анықталады екен. Егер осы параметрлерден заттың
қүрылымын талдауға көшсе, онда агрегаттық күй затты құрайтын бөлшек тердің
өзара өрекеттесуіне, козғалыс сипатына және орналасуына төуелді болады.
Әр түрлі агрегаттық күйдегі зат құрылымының ерекшеліктерін
карастырайық.
II.Заттың газ төріздес күйін күнделікте ұшыратуға болады. Тыныс
алатын ауа - N2 газтектес азоттың, 02 оттегінің, С02 көміртегі оксидінің
(IV), Аr аргонның, сондай-ақ өзге инертті газдар мен азонның қоспасынан
құралған газ болып табылады. Газға су буы мен тез буланатын өзге де —
нафталин, сынап, әтір, т. б. заттар жатады.
Газдың құрылымы қандай? Біз оның қасиеттерін талдай отырып,
анықтаймыз.
Газ оңай сығылады, оған газы бар цилиндрдегі тығыз орналасқан поршень
құлағын басып, көз жеткізуге болады. Егер поршеньді басуды тоқтатса, газ
ұлғайып, өзінің бастапқы көлеміне қайта келеді.
Газ өзіне бөлінген көлемді түгелдей алады. Оған тәжірибе арқылы көз
жеткізуге болады. Үрленбеген ауа шарының мойнын жаксылап буып, ауа
насосының қалпағының астына орналастырады (2.1-сурет). Қалпақ астындағы
ауаны сорғанда шар томпайып, қалпақ астындағы бос көлемді толық ала алады.
Тек ғарыштық газ жиынтыктары - Күн, жүлдыздарда плазма тартылыс күшімен
ұсталып түрады.
Қалыпты жағдайда газ тығыздыгы дәл сол заттың сұйық не қатты денесінің
тығыздығынан мыңдаған есе кіші болады. Айталық, 0°С-та және қалыпты
атмосфералық қысымда судың тығыздығы 999,8 кгм3, мүздікі - 916,8 кгм3, ал
су буыныкі - 0,8 кгм3 болады, яғни будың тығыздығы судың тығыздығынан 1200
есе кем.
Осының барлығы газды құрайтын заттың бөлшектері (атомдары не
молекулалары) бір-бірінен үлкен қашықтықта орналасатыны туралы ұйғарым
жасауға мүмкіндік береді. Бұл қашықтық сұйық не қатты күйде болатын
денелердің дәл сол бөлшектерінің ара қашықтығынан ондаған есе үлкен. Ал,
газ бөлшектерінің ара қашықтығы үлкен болу себепті, зат бөлшектерінің өзара
әсерлесуін ескермеуге болады. Тек қалыпты атмосфералык қысымнан жүздеген
есе көп болатын өте үлкен қысымда газды қүрайтын бөлшектердің арасында
өзара әрекеттесу күштері пайда бола бастайды.
Газдардың көпшілігі молекулалардан тұрады. Тек инертті газдар мен
металл булары атомдардан құралады. Сол себепті газдардың құрылымын
тұжырымдағанда, олар молекулалар-дан тұрады деп айтады. Ал, инертті газдар
мен металл була-рының ерекшеліктерін білсе, мұнда айтарлықтай қателік жоқ,
ІП. Бөлшектері бір-бірінен айтарлықтай қашықтықта орнала-сқан газдарға
қарағанда қатты денелер мен сүйықтарда бөлшек-тер біршама тығыз қатталады.
Бұл қатты денелердің тығыздығы өзіне сәйкес сұйықтардың тығыздығынан шамалы
ғана - небары бірнеше пайызға ғана үлкен болса, ал газ тығыздығынан мыңда-
ғая есе үлкен болады.
Жоғарыда мүз, су және су буы үшін тиісті деректерді келтірген едік.
Осыған ұқсас сынаптың қатты күйдегі тығыздығы 1,42 • 104 кгм3, сүйық
сынаптыкі - 1,36 • 104 кгм3, ал сынап буы ның 20°С-та және қалыпты
атмосфералық қысымдағы тығыздығы 8,3 кгм3 тең. Шамаларының реті жөніндегі
мүндай мәндер өзге де заттарға төн.
Қатты денелердің не сүйыктардың мөлшерін (келемін) аз ғана
өзгерту үшін өте үлкен күш қажеттігін тәжірибелер көрсетіп
отыр. Айталык, суға атмосфералык қыеымнан 200 есе сынапка
2500 есе, темірге 16 000 есе көп кысым түсіру кажет, Бүл тек
олардың көлемін небары 1%-ға өзгерту үшін ғана жұмсалады.
Демек, қатты не сүйық күйдегі заттар бөлшектерінің арасында
өте үлкен күш өсер етеді.
Егер қатты денені не сұйықты сығатын болсақ, яғни сол заттың
бөлшектерін өзара жақындатуға тырыссақ, онда олардың ара-сында тебу күші
пайда болады екен. Ал, егер дене көлемін үлғайтуға тырыссақ, яғни зат
бөлшектерін бір-бірінен қашықтатсақ, онда олардың арасында тарту күші
туындайды.
IV. Кейбір қатты денелер табиғатта кристалдар, яғни қырлары дүрыс
көпбүрыш болатын денелер түрінде кездесетіні бүрыннан белгілі.
Қатты денелердің қасиетін зерттеу негізіне сонау XVIII ғ. кристалл
дүрыс геометриялық пішінді микроскоптык ұяшықтардан қүралады деген ұйғарым
жасалды. Тек 1912 ж. ғана осы жорамалды М. Лауэ рентген сәулелерінің
кристалдарда шашырауын зерттеу кезінде растады. Арнаулы фотосуреттер
бойынша әр түрлі кристалдарда сол элементар ұяшықтарды көруге, олардың
мөлшері мен пішімін анықтауға мүмкін болды.
Кристалды құрайтын бөлшектер: молекулалар, атомдар не иондар
кеңістікте жеке ұяшықтардан тұратьн дұрыс кристалдық тор түзеді екен.
Ұшықтардың қайталану периодтары онша үлкен емес, бірнеше атомаралық
қашықтыққа тең.Кристалдық тор элементтерінің
ретті орналасуы жүзден бірнеше он мыңдаған қабат төңірегінде қайталан
ып отырады.
Осы негізде кристлда ол кұралған бөлшектер қаттамасында шалғай
реттілік байқалады деп айтады.
V. Сүйық бөлшектері де кристалдардағыдай тығыз қатталғанымен, олар
кристалдык тор түзбейді. Бөлшектердің дүрыс орналасуы екі-үш қабатта
байқалады да, одан әрі реттілік бұзылады. Сол себепті сүйык бөлшектерінің
қаттамасы кезінде жақын реттілік байкалады деп айтьілады.
Соның нәтижесінде сұйықты құрайтын бөлшектер ішкі үйкеліс не тұтқырлық
күшін аз сезініп, бір-біріне қарай еркін сырғи алады. Осымен сұйықтың жақсы
аққыштығын, болмашы күштің әсерінен-ақ олардың өз пішінін оңай өзгерте
алатынын түсіндіруге болады, Сондықтан ауырлық күшінің әсерінен сұйық кез
келген ыдыстың пішінінде болады, бір ыдыстан келесісіне оңай кұйылады.
1.2.Қатты денелердің балқуы, қатаюы және балқу қатаюы
температурасы
I. Затты бір агрегаттык күйден екіншісіне ауыстыру үшін оған энергия
беру не алу қажет. Мәселен, денеге энергия бере отырып, оны қатты күйден
сүйық (мысалы, мұзды, металды, балауызды, т. б. еріту), ал сұйықтан - газ
тәріздес (суды буға айналдыру) күйге өзгертуге болады. Керісінше,
энергияны, мысалы, газдан ала отырып, сұйыққа, ал оны қатты денеге өзгерте
аламыз. Осылайша затты бір агрегаттық күйден басқа күйге өзгерту практикада
кеңінен қолданылады. Мысалы, металлургияда әр түрлі қорытпа алу үшін
металды балқытады.
Электр станцияларының бу турбиналарында суды қыздырып,
алынган буды пайдаланады. Салқындатқыш қондырғыларда сығылған газды
қолданады.
Табиғатта агрегаттык күйдің өзгеруі ұдайы жүреді.
Мәселен, мүхит, теңіз, көл мен өзен бетінен су буланады, су буы салқындаған
кезде түман, бүлт не қар пайда болады. Қыста өзен мен көлдер қатады,
көктемде қар мен мұз ериді.
Осы құбылыстарды түсіну және оларды баскару үшін заттың агрегат тық
күйлері өзгеретін жағдайларды қарастырайық.
П. Қатты денелер мен сұйықтар температурасының артуымен олар дың
бөлшектерінің кинетикалық энергиясы өседі: ол үлкен
жылдамдықпен тербеле бастайды. Белгілі бір зат үшін дәл
белгіленген қайсыбір температурада бөлшектер арасындағы тарту
күші кристалдық тор түйіндерінде оларды ұстап түруға шамасы
жетпейді де, ол бұзылып, тор ыдырайды (шалғай реттілік жақын
түрге көшеді), сөйтіп кристалл балқи бастайды, яғни зат сұйық
күйге ауысады.
Заттың қатты күйден сүйық күйге өту процесін балқу деп атайды.
Ш. Кристалл заттың, мысалы мүздың балқу процесін бақылай отырып,
заттың температурасын өлшесе, онда заттың алдымен белгілі бір температураға
дейін қызатынын байқауға болады. Со-дан кейін қайсыбір уақытқа дейін
температура өзгермейді. Осы кезде балқып, ол толығымен балқығаннан кейін
температурасы қайтадан өсе бастайды.
Зат балқитын температураны заттың балқу температурасы деп атайды.
Әр түрлі кристалл заттардың өздерінің балқу температурасы болады.1-
кестеде бірқатар кристалл заттар үшін қалыпты температурадағы балқу
температурасынын мәндері берілген.
Кейбір заттардың балқу температурасы, ,
(қалыпты атмосфералық қысымда)
Сутегі -259,0 Цезий 29,0 Күміс 962
Оттегі -219,0 Натрий 97,8 Алтын 1064
Азот -210.0 Қалайы 281,9 Мыс 1085
-114,2 Қорғасын 327,0 Волат 1300-1500
Спирт
Мырыш
Сынап -39,0 Мырыш 420,0 Темір 1539
0 660,4 Платина1772
Мұз Алюминий
1-кесте
Кестеден кейбір заттар теменгі, келесісі жоғары температурада
балқитыны көрініп тұр. Мысалы, мұзды бөлмеге әкеліп балқытуга болады;
натрий қайнаған, ал цезий жылы суда балқиды; қалайы не қорғасын кесегін
болат қасықта спиртовкаға кыздырып, балқытуга болады, ал темірді арнайы
домна пештерінде балқытады.
IV. Балқуга кері процесс бар.
Заттың сұйық күйден катты күйге өту процесін қатаю не кристал дану
дап атайды.
Қатаю не кристалдану кезінде заттың температурасы төмендеп,зат белгілі
температураға дейін суынады.
Балқу секілді қатаю не кристалдану тұрақты температурада өтеді.
Зат катаятын (кристалданатын) температураны қатаю не кристалдану
температурасы деп атайды. Зат балқитын температурада катаяды.
V. Барлық катты заттар мұз не өзге кристалл дене сияқты балқып.
катаймайды.Табиғатта катты денелердін (беріктігі, морттығы, каттылығы) әрі
сұйыктардың (аққыштығы, уақыттың өтуіне сәйкес пішінін сақтамауы) да
қасиеттері бар денелер кездеседі. Ондай денелер аморфты деп аталады.
Зерттеулер аморфты қатты денелердің құрылымы кристалдарға емес,
сұйықтардың кұрылымына ұқсас болатынын көрсетті. Аморфты денелерде
белшектердің қаттамасында жақын реттілік байқалады.Сол себепті нағыз қатты
денелерге кристалдар, ал аморфты денелерді өте қою, өте тұтқыр сұйықтар деп
санау келісілген. Егер кристалды ұсақ бөліктерге соғып сындырып, соларды
ыдыска салса, олар тұтас кристалға жиналмайды. Ал, егер шайыр кесегін
балғамен ұрса, жарықшактарға бөлінеді. Осыларды жинап, ыдыска салып койып
койса, бірнеше күннен кейін шайыр бір кесекке бірігіп, ыдыс пішініне ие
болады.
Демек, шайыр өте тұтқыр сұйыкка ұқсас. Сол себепті кәдімгі сұйықтармен
салыстырғанда аморфты денелердің жеке бөліктері өте баяу бірігеді.
Кристалл денелерден аморфты денелердің негізгі өзгешелігінің бірі —
олардың тұрақты балку температурасы болмайды. Қыздыру кезінде олар ұдайы
жұмсара отырып, температурасы үнемі өседі. Суынғанда олар біртіндеп
қатаяды. Осы касиеттері кейбір кездерде тиімді пайдала нылады. Айталық,
аморфты зат болып табылатын шыныны әр түрлі дәрежеде жұмсарта отырып, шыны
үрлеуші одан әр түрлі бұйым жасай алады.
VI. Заттың аморфты күйі айтарлықтай тұрақсыз; онда біртіндеп
кристалдану жүреді. Мысалы, шынының аморфты құрылымы бар, бірақ уакыт өткен
сайын ол бүлыңгырланады. Микроскоппен бакылай отырып, ол бұлыңғырлану
кварцтың үсак түйіршіктері екенін байқауға болады.
Қант - молекулалық кристалл. Егер оны балқытып, тез салқындатса,
онда науат түзіледі, ол қанттын аморфты күйі. Бірақ біршама уақыттан кейін,
науатта қант түйіршіктері пайда бола бастайды. Айтпақшы, осы себепке орай
банкіде көп тұрып калган тосап қанттана бастайды, яғни, онда қант
түйіршіктері түзіледі. Егер тосапты тағы бір қайнатып жіберсе, қант
түйіршіктері балқып, тосап жеуге жарамды болады.
1.3. Судың жылулық үлғаю ерекшеліктері.
I. Су молекулаларының өзіндік құрылымы оның ұлғаю ерекшеліктерін
тудырып, табиғатта үлкен маңызға ие болады. Заттардың басым көпшілігінде
бөлшектер кристалдық күйде сұйық күйге (балқыма) қарағанда тығызырақ
қатталған. Сол себепті кристалдың тығыздығы балқыманың тығыздығынан үлкен
болады да, кристалл өз балқымасына батып кетеді. Бұған қорғасынды, қалайыны
не мырышты балқыта отырып, сол заттың кесегін өздеріне батырып, оңай көз
жеткізуге болады; кесек міндетті түрде батып кетеді.
Мұз болса, ол су бетінде қалқып жүзеді, демек оның тығыздығы су тығыз
дығынан кем. Шойын, висмут, галлий де соңдай.
II.Мұз кристалының қүрылымы қопсымалы; онда үлкен тесіктер
болады. Мұзды еріткенде зат тығыздалады. 0°С-та жөне қалыпты қысымда әрі
дәл осындай жағдайда судың тығыздығы мүздікінен үлкен: = 920 кгм3,
= 999,84 кгм3. Осыған сөйкес 1кг мұздың көлемі 1,0869 л-ге, 1кг
судың 0°С-тағы көлемі 1,00016 л-ге тең.
III.Мұздың еруі кезінде кристалдық тор бірден түгелдей бұзылмайтынын
ескеру қажет. Молекулалар арасындағы байланыстың шамалы мөлшері ғана
үзіледі; 0°С-та бұзылған байланыстың саны 15% шамасында болады. Қалған моле
кулалар кішігірім аймақтарында кристалл тәріздес құрылымды сақтап қалады.
Судың босаған молекулалары мұздың сақталған кұрылымындағы қуысты
ішінара толтырып, ол зат көлемінің кішіреюіне, соған сәйкес тығыздықтың
ар туына әкеледі. Температура артқанда үзілген байланыс саны артып, куыс
тың көп жерін су молекулалары толтыра бастайды. Сол себепті суды 0°С -тан
4°С-қа дейін қыздырғанда, ол ұлғаймайды, керісінше сығылады, тығыздығы
артады: 4°С кезінде ол 999, 973 кгм8-ка тең, Тек неғүрлым жоғары
температурада судың тығыздығы кеміп, көлемі арта бастайды
IV. Судың жылулық үлғаю ерекшелігінің су тоғандарын мекен деушілер
тіршілігінде айырықша манызы бар. Қыста су суығанда, тоған дардың түбінде
температурасы 4°С болатын неғүрлым тығыз су үстінде салқын су жиналады, ал
бетінде мүз болады. Мүз бен оның бетіндегі қар кабатының нашар жылу
өткізгіштігі су тоғандарын түбіне дейін қатуынан қорғап, қыста су
тоғандарын мекендеушілердің тіршілігіне жағдай жасайды.
1.4.Балқу жіне қатаю кезінде ішкі энергияның өзгеруы.
Меншікті балқу жылуы.
I. Денелерді балқытқанда және қатайтқанда, олардың температурасы
неліктен өзгермейтінін анықтайық. Балқыту кезінде отын энергиясы неге
шығындалады? Осы сұрактарға жауап беру үшін қатты денелердің ішкі құрылымы
туралы білімге сүйенеміз.
Мұзға берілген энергия не үшін жұмсалғанын қарастырайық. Еру
алдында су кристалдық күйде болады, оның молекулалары кристалдық
тордың түйіндерінде орналасады. Олар орнықты тепе-теңдікте болып, оларға
көршілес молекулалар тарапынан әрекет ететін күштер бір-бірін тенгеріп
түрады. Әйтсе де, кристалдарда молекулалар өз тепе-тендігі күйіне қатысты
жылулық тербелмелі қозғалыс жасайды.
Кристалл денені еріту үшін, оған сырттан белгілі бір жылу мөлшерін
беру кажет. Массасы m мұзға еру алдында берілетін Q1 жылу мөлшері оны
бастапқы температурадан еру температурасына дейін қыздыруға жұмсалады.
II. Қыздыру шамасына сәйкес мұздың кристалдық торының түйіндеріндегі
молекулалардың орташа энергиясы өседі. Мұздың температурасы да артады. Бұл
онын бөлшектері қозғалысының орташа жылдамдығының, демек олардың орташа
кинетикалық энергиясының есуімен сипатталады. Кристалдық тор түйіндеріндегі
атомдардың не молекулалардың тербеліс ауқымы ұлғаяды. Сондай-ақ олардың
потенциалдық энергиясы да артады, өйткені температураның өсуімен
молекулалар арасындағы қашықтық ұлғаяды. Бұл кезде кристалды түзетін
бөлшектердің өзара тарту күшінін әлсіреуін тудырады. Балқу температурасы
0°С-ка жеткенде бүл күштер мүлдем әлсіреп, кристалдык тордын бұзылуы
басталады. Заттың сұйық күйге өтуі байқалады.Егер зат балқыса, онда онын
температурасы өзгермейді.Бұл балқыту кезінде денеге энергия берудің қажеті
жок деген сөз емес.Тәжірибе мынаны көрсетеді, егер жылу алмасу арқылы
энергия беруді тоқтатса, онда балқу процесі де тоқтайды.
III. Балқу температурасына жеткеннен кейін, берілетін барлық энергия
молекулалар арасындағы байланысты жеңуге жұмсалады. Кристалдық тор
бұзы лып, балқитын дененің ішкі энергиясы өскенімен температурасы
өзгеріссіз калады.
Бұл балқыту кезінде бөлшектер арасындағы өзара өрекеттесу
энергиясының өсуі салдарынан болады. Энергияның кішігірім бөлігі балқу
кезінде дене көлемін өзгерту үшін жұмыс істеуге шығындалады.
IV. Сонымен, балқыту кезінде денеге қайсыбір жылу мөлшері
берілді, оны балқу жылуы деп атайды:
Балқыту жылуы балқыған заттың массасына пропорционал. Осы өрнектегі
пропорционалдық коэффициентінің рөлін атқаратын шамасын заттың
меншікті балқу жылуы деп атайды.
Меншікті балқу жылуы алынган зат массасының бірлігін балқыту ушін
температурасы кезінде балқытуга қажет жылу мәлшерін көрсетеді. Халықаралық
жүйеде меншікті балқу жылу бірлігіне Джоулькг, сондай-ақ кДжкг алынады.
Қатайғанда 1кг зат айналадағы ортаға балқыған кезде алатын жылу
мөлшерін береді.
Төжірибе жолымен барлық кристалл денелер меншікті балқу (қатаю)
жылуы анықталған. Бірқатарының мәндері 2-кестеде келтірілген.
Кейбір заттардыд меншікті
оалқу жылуы, Джкг
(балқу температурасы кезінде жөне қалыпты
атмосфералық қысымда)
Алюминий 3,9* 105 Күміс 0,87* 105
Мұз (еруі) 3,4* 105 Болат 0,84* 105
Темір 2.7* Алтын 0,67* 105
Мыс 2,1* 105 Қалайы 0,59* 105
Валауыз 1,5* 1 05 Қорғасын 0,25* 105
2-кесте
Мәселен,мұздың меншікті еру жылуы 3,4.Демек 0°С-та алынған
массасы 1кг мұзды сондай температурадағы суға айналдыру үшін 3, 4 • 105 Дж
энергия шығындау керек. Ал, балқу температурасьшда (1539°С) массасы 1кг
темір кесегін балқыту үшін 2, 7 * 105 Дж энергия жұмсау қажет.
Осыдан, балқу температурасында сұйық күйдегі заттың ішкі энергиясы дәл
сол массадағы қатты күйдегі заттың ішкі энергиясынан көп болады деп
қортынды жасауга болады.
V.Заттың балқу темлературасы мен меншікті балқу жылуы сыртқы
қысымға тәуелді екенін байқаймыз. Балқу кезінде заттардың көпшілігінде
көлем 3-4%-ға, ал алюминийде 6 %-ға өседі. Осы жағдайда қысымның өсуіне
байланысты балқу температурасы артады, ал меншікті балқу жылуы біршама
кемиді.
Әйтсе де, кейбір заттарда (висмут, галий, германий, кремний,
мұз) балқу кезінде көлем 2-5%-ке, мұздікі 8,3%-ке кемиді. Сол себепті мұз
батпай су бетінде қалқып жүзеді. Осы заттарда қысымның артуымен балқу
темпера турасы төмендеп, меншікті балқу жылуы біраз артады.
VI. Егер 1кг затты балкыту үшін жылу мөлшерін беру қажет болса,
онда массасы т кг дәл осы затты балқытуға жылу мөлшері керек.
Осыншама жылу мөлшері сол заттың т кг-ын қатайтуға (кристалдауға)
белінеді. Кристалл зат сұйыққа толық өткеннен кейін , одан әрі берілген
энергия алынған сұйықты балқу температурасынан кайсыбір Т2 температураға
қыздыруға жұмсалады. Осыған қажет жылу мөлшері: (Q2 = с2m (Т2- Тбал).
Демек, кристалдық тор бұзылғаннан кейін денеге берілетін жылу мөлшері оның
молекулалары қозғалысының кинетикалық энергия сының өсуіне жұмсалады.
Одан әрі кері процестер жүреді. Сұйықтың Т2 температурадан балқу
(қатаю) температурасына дейін суытуға сөйкес келеді. Бұл кезде зат бөлетін
энергия мөлшері мынаған тең: Q2 = с2т (Т2- Тбал).
Заттардың балку жөне қатаю процестері техникада кеңінен колданылады.
Оған құю өндірісі, 3р түрлі қорытпаларды дайындау жатады. Соңғы жылдары
пластмасса мен тастан кұю жолымен бүйымдар жасау технологиясы жасалды.
Балқыған тастан машина тағандары, қүрылыс детальдары, кұбырлар, т. б.
жасайды.
2 тарау. Физика сабақтарында заттың агрегаттық
күйлерін оқыту әдістемесі.
Заттың агрегаттық өзгерулерін оқып үйренген кезде ішкі энергияның
бөлшек тердің өзара әсерлесу энергиясына байланысты болатын бөлігіне басты
назар аударылады.
Заттың агрегат күйінің ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Кіріспе ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... ..
I тарау. Заттың агрегаттық күйлерінің өзгеру физикасын жазу.
1.1. Заттың агрегаттық күйі
1.2. Қатты денелердің балқуы, қатаюы және балқу қатаюы температурасы.
1.3. Судың жылулық үлғаю ерекшеліктері.
1.4. Балқу жіне қатаю кезінде ішкі энергияның өзгеруы. Меншікті балқу
жылуы.
II тарау. Физика сабақтарында заттың агрегаттық күйлерін оқыту әдістемесі.
2.1. Заттың агрегат және кристалл денлердің балқуы мен қатаюы
тақырыптарын оқыту
2.2. Зертханалық жұмыс : Нафталинның қызуын, балқуын және қатаюын
бақылау.
2.3. Физика сабағында меншікті балқу және қатаю жылуын оқып үйрену.
2.4. Конденсация және қайнау тақырыптарын оқыту әдістемесі.
III Қорытынды.
V Пайдаланылған әдебиеттер.
I тарау. Заттың агрегаттық күйлерінің өзгеру
физикасын жазу.
1.1.Заттың агрегаттық күйі
I. Зат үш агрегаттық: қатты, сүйық, газ төріздес күйде болатыны
сіз дерге белгілі. Заттың қайсыбір агрегаттық күйі: температурамен жөне
сырт қы қысым жағдайымен анықталады екен. Егер осы параметрлерден заттың
қүрылымын талдауға көшсе, онда агрегаттық күй затты құрайтын бөлшек тердің
өзара өрекеттесуіне, козғалыс сипатына және орналасуына төуелді болады.
Әр түрлі агрегаттық күйдегі зат құрылымының ерекшеліктерін
карастырайық.
II.Заттың газ төріздес күйін күнделікте ұшыратуға болады. Тыныс
алатын ауа - N2 газтектес азоттың, 02 оттегінің, С02 көміртегі оксидінің
(IV), Аr аргонның, сондай-ақ өзге инертті газдар мен азонның қоспасынан
құралған газ болып табылады. Газға су буы мен тез буланатын өзге де —
нафталин, сынап, әтір, т. б. заттар жатады.
Газдың құрылымы қандай? Біз оның қасиеттерін талдай отырып,
анықтаймыз.
Газ оңай сығылады, оған газы бар цилиндрдегі тығыз орналасқан поршень
құлағын басып, көз жеткізуге болады. Егер поршеньді басуды тоқтатса, газ
ұлғайып, өзінің бастапқы көлеміне қайта келеді.
Газ өзіне бөлінген көлемді түгелдей алады. Оған тәжірибе арқылы көз
жеткізуге болады. Үрленбеген ауа шарының мойнын жаксылап буып, ауа
насосының қалпағының астына орналастырады (2.1-сурет). Қалпақ астындағы
ауаны сорғанда шар томпайып, қалпақ астындағы бос көлемді толық ала алады.
Тек ғарыштық газ жиынтыктары - Күн, жүлдыздарда плазма тартылыс күшімен
ұсталып түрады.
Қалыпты жағдайда газ тығыздыгы дәл сол заттың сұйық не қатты денесінің
тығыздығынан мыңдаған есе кіші болады. Айталық, 0°С-та және қалыпты
атмосфералық қысымда судың тығыздығы 999,8 кгм3, мүздікі - 916,8 кгм3, ал
су буыныкі - 0,8 кгм3 болады, яғни будың тығыздығы судың тығыздығынан 1200
есе кем.
Осының барлығы газды құрайтын заттың бөлшектері (атомдары не
молекулалары) бір-бірінен үлкен қашықтықта орналасатыны туралы ұйғарым
жасауға мүмкіндік береді. Бұл қашықтық сұйық не қатты күйде болатын
денелердің дәл сол бөлшектерінің ара қашықтығынан ондаған есе үлкен. Ал,
газ бөлшектерінің ара қашықтығы үлкен болу себепті, зат бөлшектерінің өзара
әсерлесуін ескермеуге болады. Тек қалыпты атмосфералык қысымнан жүздеген
есе көп болатын өте үлкен қысымда газды қүрайтын бөлшектердің арасында
өзара әрекеттесу күштері пайда бола бастайды.
Газдардың көпшілігі молекулалардан тұрады. Тек инертті газдар мен
металл булары атомдардан құралады. Сол себепті газдардың құрылымын
тұжырымдағанда, олар молекулалар-дан тұрады деп айтады. Ал, инертті газдар
мен металл була-рының ерекшеліктерін білсе, мұнда айтарлықтай қателік жоқ,
ІП. Бөлшектері бір-бірінен айтарлықтай қашықтықта орнала-сқан газдарға
қарағанда қатты денелер мен сүйықтарда бөлшек-тер біршама тығыз қатталады.
Бұл қатты денелердің тығыздығы өзіне сәйкес сұйықтардың тығыздығынан шамалы
ғана - небары бірнеше пайызға ғана үлкен болса, ал газ тығыздығынан мыңда-
ғая есе үлкен болады.
Жоғарыда мүз, су және су буы үшін тиісті деректерді келтірген едік.
Осыған ұқсас сынаптың қатты күйдегі тығыздығы 1,42 • 104 кгм3, сүйық
сынаптыкі - 1,36 • 104 кгм3, ал сынап буы ның 20°С-та және қалыпты
атмосфералық қысымдағы тығыздығы 8,3 кгм3 тең. Шамаларының реті жөніндегі
мүндай мәндер өзге де заттарға төн.
Қатты денелердің не сүйыктардың мөлшерін (келемін) аз ғана
өзгерту үшін өте үлкен күш қажеттігін тәжірибелер көрсетіп
отыр. Айталык, суға атмосфералык қыеымнан 200 есе сынапка
2500 есе, темірге 16 000 есе көп кысым түсіру кажет, Бүл тек
олардың көлемін небары 1%-ға өзгерту үшін ғана жұмсалады.
Демек, қатты не сүйық күйдегі заттар бөлшектерінің арасында
өте үлкен күш өсер етеді.
Егер қатты денені не сұйықты сығатын болсақ, яғни сол заттың
бөлшектерін өзара жақындатуға тырыссақ, онда олардың ара-сында тебу күші
пайда болады екен. Ал, егер дене көлемін үлғайтуға тырыссақ, яғни зат
бөлшектерін бір-бірінен қашықтатсақ, онда олардың арасында тарту күші
туындайды.
IV. Кейбір қатты денелер табиғатта кристалдар, яғни қырлары дүрыс
көпбүрыш болатын денелер түрінде кездесетіні бүрыннан белгілі.
Қатты денелердің қасиетін зерттеу негізіне сонау XVIII ғ. кристалл
дүрыс геометриялық пішінді микроскоптык ұяшықтардан қүралады деген ұйғарым
жасалды. Тек 1912 ж. ғана осы жорамалды М. Лауэ рентген сәулелерінің
кристалдарда шашырауын зерттеу кезінде растады. Арнаулы фотосуреттер
бойынша әр түрлі кристалдарда сол элементар ұяшықтарды көруге, олардың
мөлшері мен пішімін анықтауға мүмкін болды.
Кристалды құрайтын бөлшектер: молекулалар, атомдар не иондар
кеңістікте жеке ұяшықтардан тұратьн дұрыс кристалдық тор түзеді екен.
Ұшықтардың қайталану периодтары онша үлкен емес, бірнеше атомаралық
қашықтыққа тең.Кристалдық тор элементтерінің
ретті орналасуы жүзден бірнеше он мыңдаған қабат төңірегінде қайталан
ып отырады.
Осы негізде кристлда ол кұралған бөлшектер қаттамасында шалғай
реттілік байқалады деп айтады.
V. Сүйық бөлшектері де кристалдардағыдай тығыз қатталғанымен, олар
кристалдык тор түзбейді. Бөлшектердің дүрыс орналасуы екі-үш қабатта
байқалады да, одан әрі реттілік бұзылады. Сол себепті сүйык бөлшектерінің
қаттамасы кезінде жақын реттілік байкалады деп айтьілады.
Соның нәтижесінде сұйықты құрайтын бөлшектер ішкі үйкеліс не тұтқырлық
күшін аз сезініп, бір-біріне қарай еркін сырғи алады. Осымен сұйықтың жақсы
аққыштығын, болмашы күштің әсерінен-ақ олардың өз пішінін оңай өзгерте
алатынын түсіндіруге болады, Сондықтан ауырлық күшінің әсерінен сұйық кез
келген ыдыстың пішінінде болады, бір ыдыстан келесісіне оңай кұйылады.
1.2.Қатты денелердің балқуы, қатаюы және балқу қатаюы
температурасы
I. Затты бір агрегаттык күйден екіншісіне ауыстыру үшін оған энергия
беру не алу қажет. Мәселен, денеге энергия бере отырып, оны қатты күйден
сүйық (мысалы, мұзды, металды, балауызды, т. б. еріту), ал сұйықтан - газ
тәріздес (суды буға айналдыру) күйге өзгертуге болады. Керісінше,
энергияны, мысалы, газдан ала отырып, сұйыққа, ал оны қатты денеге өзгерте
аламыз. Осылайша затты бір агрегаттық күйден басқа күйге өзгерту практикада
кеңінен қолданылады. Мысалы, металлургияда әр түрлі қорытпа алу үшін
металды балқытады.
Электр станцияларының бу турбиналарында суды қыздырып,
алынган буды пайдаланады. Салқындатқыш қондырғыларда сығылған газды
қолданады.
Табиғатта агрегаттык күйдің өзгеруі ұдайы жүреді.
Мәселен, мүхит, теңіз, көл мен өзен бетінен су буланады, су буы салқындаған
кезде түман, бүлт не қар пайда болады. Қыста өзен мен көлдер қатады,
көктемде қар мен мұз ериді.
Осы құбылыстарды түсіну және оларды баскару үшін заттың агрегат тық
күйлері өзгеретін жағдайларды қарастырайық.
П. Қатты денелер мен сұйықтар температурасының артуымен олар дың
бөлшектерінің кинетикалық энергиясы өседі: ол үлкен
жылдамдықпен тербеле бастайды. Белгілі бір зат үшін дәл
белгіленген қайсыбір температурада бөлшектер арасындағы тарту
күші кристалдық тор түйіндерінде оларды ұстап түруға шамасы
жетпейді де, ол бұзылып, тор ыдырайды (шалғай реттілік жақын
түрге көшеді), сөйтіп кристалл балқи бастайды, яғни зат сұйық
күйге ауысады.
Заттың қатты күйден сүйық күйге өту процесін балқу деп атайды.
Ш. Кристалл заттың, мысалы мүздың балқу процесін бақылай отырып,
заттың температурасын өлшесе, онда заттың алдымен белгілі бір температураға
дейін қызатынын байқауға болады. Со-дан кейін қайсыбір уақытқа дейін
температура өзгермейді. Осы кезде балқып, ол толығымен балқығаннан кейін
температурасы қайтадан өсе бастайды.
Зат балқитын температураны заттың балқу температурасы деп атайды.
Әр түрлі кристалл заттардың өздерінің балқу температурасы болады.1-
кестеде бірқатар кристалл заттар үшін қалыпты температурадағы балқу
температурасынын мәндері берілген.
Кейбір заттардың балқу температурасы, ,
(қалыпты атмосфералық қысымда)
Сутегі -259,0 Цезий 29,0 Күміс 962
Оттегі -219,0 Натрий 97,8 Алтын 1064
Азот -210.0 Қалайы 281,9 Мыс 1085
-114,2 Қорғасын 327,0 Волат 1300-1500
Спирт
Мырыш
Сынап -39,0 Мырыш 420,0 Темір 1539
0 660,4 Платина1772
Мұз Алюминий
1-кесте
Кестеден кейбір заттар теменгі, келесісі жоғары температурада
балқитыны көрініп тұр. Мысалы, мұзды бөлмеге әкеліп балқытуга болады;
натрий қайнаған, ал цезий жылы суда балқиды; қалайы не қорғасын кесегін
болат қасықта спиртовкаға кыздырып, балқытуга болады, ал темірді арнайы
домна пештерінде балқытады.
IV. Балқуга кері процесс бар.
Заттың сұйық күйден катты күйге өту процесін қатаю не кристал дану
дап атайды.
Қатаю не кристалдану кезінде заттың температурасы төмендеп,зат белгілі
температураға дейін суынады.
Балқу секілді қатаю не кристалдану тұрақты температурада өтеді.
Зат катаятын (кристалданатын) температураны қатаю не кристалдану
температурасы деп атайды. Зат балқитын температурада катаяды.
V. Барлық катты заттар мұз не өзге кристалл дене сияқты балқып.
катаймайды.Табиғатта катты денелердін (беріктігі, морттығы, каттылығы) әрі
сұйыктардың (аққыштығы, уақыттың өтуіне сәйкес пішінін сақтамауы) да
қасиеттері бар денелер кездеседі. Ондай денелер аморфты деп аталады.
Зерттеулер аморфты қатты денелердің құрылымы кристалдарға емес,
сұйықтардың кұрылымына ұқсас болатынын көрсетті. Аморфты денелерде
белшектердің қаттамасында жақын реттілік байқалады.Сол себепті нағыз қатты
денелерге кристалдар, ал аморфты денелерді өте қою, өте тұтқыр сұйықтар деп
санау келісілген. Егер кристалды ұсақ бөліктерге соғып сындырып, соларды
ыдыска салса, олар тұтас кристалға жиналмайды. Ал, егер шайыр кесегін
балғамен ұрса, жарықшактарға бөлінеді. Осыларды жинап, ыдыска салып койып
койса, бірнеше күннен кейін шайыр бір кесекке бірігіп, ыдыс пішініне ие
болады.
Демек, шайыр өте тұтқыр сұйыкка ұқсас. Сол себепті кәдімгі сұйықтармен
салыстырғанда аморфты денелердің жеке бөліктері өте баяу бірігеді.
Кристалл денелерден аморфты денелердің негізгі өзгешелігінің бірі —
олардың тұрақты балку температурасы болмайды. Қыздыру кезінде олар ұдайы
жұмсара отырып, температурасы үнемі өседі. Суынғанда олар біртіндеп
қатаяды. Осы касиеттері кейбір кездерде тиімді пайдала нылады. Айталық,
аморфты зат болып табылатын шыныны әр түрлі дәрежеде жұмсарта отырып, шыны
үрлеуші одан әр түрлі бұйым жасай алады.
VI. Заттың аморфты күйі айтарлықтай тұрақсыз; онда біртіндеп
кристалдану жүреді. Мысалы, шынының аморфты құрылымы бар, бірақ уакыт өткен
сайын ол бүлыңгырланады. Микроскоппен бакылай отырып, ол бұлыңғырлану
кварцтың үсак түйіршіктері екенін байқауға болады.
Қант - молекулалық кристалл. Егер оны балқытып, тез салқындатса,
онда науат түзіледі, ол қанттын аморфты күйі. Бірақ біршама уақыттан кейін,
науатта қант түйіршіктері пайда бола бастайды. Айтпақшы, осы себепке орай
банкіде көп тұрып калган тосап қанттана бастайды, яғни, онда қант
түйіршіктері түзіледі. Егер тосапты тағы бір қайнатып жіберсе, қант
түйіршіктері балқып, тосап жеуге жарамды болады.
1.3. Судың жылулық үлғаю ерекшеліктері.
I. Су молекулаларының өзіндік құрылымы оның ұлғаю ерекшеліктерін
тудырып, табиғатта үлкен маңызға ие болады. Заттардың басым көпшілігінде
бөлшектер кристалдық күйде сұйық күйге (балқыма) қарағанда тығызырақ
қатталған. Сол себепті кристалдың тығыздығы балқыманың тығыздығынан үлкен
болады да, кристалл өз балқымасына батып кетеді. Бұған қорғасынды, қалайыны
не мырышты балқыта отырып, сол заттың кесегін өздеріне батырып, оңай көз
жеткізуге болады; кесек міндетті түрде батып кетеді.
Мұз болса, ол су бетінде қалқып жүзеді, демек оның тығыздығы су тығыз
дығынан кем. Шойын, висмут, галлий де соңдай.
II.Мұз кристалының қүрылымы қопсымалы; онда үлкен тесіктер
болады. Мұзды еріткенде зат тығыздалады. 0°С-та жөне қалыпты қысымда әрі
дәл осындай жағдайда судың тығыздығы мүздікінен үлкен: = 920 кгм3,
= 999,84 кгм3. Осыған сөйкес 1кг мұздың көлемі 1,0869 л-ге, 1кг
судың 0°С-тағы көлемі 1,00016 л-ге тең.
III.Мұздың еруі кезінде кристалдық тор бірден түгелдей бұзылмайтынын
ескеру қажет. Молекулалар арасындағы байланыстың шамалы мөлшері ғана
үзіледі; 0°С-та бұзылған байланыстың саны 15% шамасында болады. Қалған моле
кулалар кішігірім аймақтарында кристалл тәріздес құрылымды сақтап қалады.
Судың босаған молекулалары мұздың сақталған кұрылымындағы қуысты
ішінара толтырып, ол зат көлемінің кішіреюіне, соған сәйкес тығыздықтың
ар туына әкеледі. Температура артқанда үзілген байланыс саны артып, куыс
тың көп жерін су молекулалары толтыра бастайды. Сол себепті суды 0°С -тан
4°С-қа дейін қыздырғанда, ол ұлғаймайды, керісінше сығылады, тығыздығы
артады: 4°С кезінде ол 999, 973 кгм8-ка тең, Тек неғүрлым жоғары
температурада судың тығыздығы кеміп, көлемі арта бастайды
IV. Судың жылулық үлғаю ерекшелігінің су тоғандарын мекен деушілер
тіршілігінде айырықша манызы бар. Қыста су суығанда, тоған дардың түбінде
температурасы 4°С болатын неғүрлым тығыз су үстінде салқын су жиналады, ал
бетінде мүз болады. Мүз бен оның бетіндегі қар кабатының нашар жылу
өткізгіштігі су тоғандарын түбіне дейін қатуынан қорғап, қыста су
тоғандарын мекендеушілердің тіршілігіне жағдай жасайды.
1.4.Балқу жіне қатаю кезінде ішкі энергияның өзгеруы.
Меншікті балқу жылуы.
I. Денелерді балқытқанда және қатайтқанда, олардың температурасы
неліктен өзгермейтінін анықтайық. Балқыту кезінде отын энергиясы неге
шығындалады? Осы сұрактарға жауап беру үшін қатты денелердің ішкі құрылымы
туралы білімге сүйенеміз.
Мұзға берілген энергия не үшін жұмсалғанын қарастырайық. Еру
алдында су кристалдық күйде болады, оның молекулалары кристалдық
тордың түйіндерінде орналасады. Олар орнықты тепе-теңдікте болып, оларға
көршілес молекулалар тарапынан әрекет ететін күштер бір-бірін тенгеріп
түрады. Әйтсе де, кристалдарда молекулалар өз тепе-тендігі күйіне қатысты
жылулық тербелмелі қозғалыс жасайды.
Кристалл денені еріту үшін, оған сырттан белгілі бір жылу мөлшерін
беру кажет. Массасы m мұзға еру алдында берілетін Q1 жылу мөлшері оны
бастапқы температурадан еру температурасына дейін қыздыруға жұмсалады.
II. Қыздыру шамасына сәйкес мұздың кристалдық торының түйіндеріндегі
молекулалардың орташа энергиясы өседі. Мұздың температурасы да артады. Бұл
онын бөлшектері қозғалысының орташа жылдамдығының, демек олардың орташа
кинетикалық энергиясының есуімен сипатталады. Кристалдық тор түйіндеріндегі
атомдардың не молекулалардың тербеліс ауқымы ұлғаяды. Сондай-ақ олардың
потенциалдық энергиясы да артады, өйткені температураның өсуімен
молекулалар арасындағы қашықтық ұлғаяды. Бұл кезде кристалды түзетін
бөлшектердің өзара тарту күшінін әлсіреуін тудырады. Балқу температурасы
0°С-ка жеткенде бүл күштер мүлдем әлсіреп, кристалдык тордын бұзылуы
басталады. Заттың сұйық күйге өтуі байқалады.Егер зат балқыса, онда онын
температурасы өзгермейді.Бұл балқыту кезінде денеге энергия берудің қажеті
жок деген сөз емес.Тәжірибе мынаны көрсетеді, егер жылу алмасу арқылы
энергия беруді тоқтатса, онда балқу процесі де тоқтайды.
III. Балқу температурасына жеткеннен кейін, берілетін барлық энергия
молекулалар арасындағы байланысты жеңуге жұмсалады. Кристалдық тор
бұзы лып, балқитын дененің ішкі энергиясы өскенімен температурасы
өзгеріссіз калады.
Бұл балқыту кезінде бөлшектер арасындағы өзара өрекеттесу
энергиясының өсуі салдарынан болады. Энергияның кішігірім бөлігі балқу
кезінде дене көлемін өзгерту үшін жұмыс істеуге шығындалады.
IV. Сонымен, балқыту кезінде денеге қайсыбір жылу мөлшері
берілді, оны балқу жылуы деп атайды:
Балқыту жылуы балқыған заттың массасына пропорционал. Осы өрнектегі
пропорционалдық коэффициентінің рөлін атқаратын шамасын заттың
меншікті балқу жылуы деп атайды.
Меншікті балқу жылуы алынган зат массасының бірлігін балқыту ушін
температурасы кезінде балқытуга қажет жылу мәлшерін көрсетеді. Халықаралық
жүйеде меншікті балқу жылу бірлігіне Джоулькг, сондай-ақ кДжкг алынады.
Қатайғанда 1кг зат айналадағы ортаға балқыған кезде алатын жылу
мөлшерін береді.
Төжірибе жолымен барлық кристалл денелер меншікті балқу (қатаю)
жылуы анықталған. Бірқатарының мәндері 2-кестеде келтірілген.
Кейбір заттардыд меншікті
оалқу жылуы, Джкг
(балқу температурасы кезінде жөне қалыпты
атмосфералық қысымда)
Алюминий 3,9* 105 Күміс 0,87* 105
Мұз (еруі) 3,4* 105 Болат 0,84* 105
Темір 2.7* Алтын 0,67* 105
Мыс 2,1* 105 Қалайы 0,59* 105
Валауыз 1,5* 1 05 Қорғасын 0,25* 105
2-кесте
Мәселен,мұздың меншікті еру жылуы 3,4.Демек 0°С-та алынған
массасы 1кг мұзды сондай температурадағы суға айналдыру үшін 3, 4 • 105 Дж
энергия шығындау керек. Ал, балқу температурасьшда (1539°С) массасы 1кг
темір кесегін балқыту үшін 2, 7 * 105 Дж энергия жұмсау қажет.
Осыдан, балқу температурасында сұйық күйдегі заттың ішкі энергиясы дәл
сол массадағы қатты күйдегі заттың ішкі энергиясынан көп болады деп
қортынды жасауга болады.
V.Заттың балқу темлературасы мен меншікті балқу жылуы сыртқы
қысымға тәуелді екенін байқаймыз. Балқу кезінде заттардың көпшілігінде
көлем 3-4%-ға, ал алюминийде 6 %-ға өседі. Осы жағдайда қысымның өсуіне
байланысты балқу температурасы артады, ал меншікті балқу жылуы біршама
кемиді.
Әйтсе де, кейбір заттарда (висмут, галий, германий, кремний,
мұз) балқу кезінде көлем 2-5%-ке, мұздікі 8,3%-ке кемиді. Сол себепті мұз
батпай су бетінде қалқып жүзеді. Осы заттарда қысымның артуымен балқу
темпера турасы төмендеп, меншікті балқу жылуы біраз артады.
VI. Егер 1кг затты балкыту үшін жылу мөлшерін беру қажет болса,
онда массасы т кг дәл осы затты балқытуға жылу мөлшері керек.
Осыншама жылу мөлшері сол заттың т кг-ын қатайтуға (кристалдауға)
белінеді. Кристалл зат сұйыққа толық өткеннен кейін , одан әрі берілген
энергия алынған сұйықты балқу температурасынан кайсыбір Т2 температураға
қыздыруға жұмсалады. Осыған қажет жылу мөлшері: (Q2 = с2m (Т2- Тбал).
Демек, кристалдық тор бұзылғаннан кейін денеге берілетін жылу мөлшері оның
молекулалары қозғалысының кинетикалық энергия сының өсуіне жұмсалады.
Одан әрі кері процестер жүреді. Сұйықтың Т2 температурадан балқу
(қатаю) температурасына дейін суытуға сөйкес келеді. Бұл кезде зат бөлетін
энергия мөлшері мынаған тең: Q2 = с2т (Т2- Тбал).
Заттардың балку жөне қатаю процестері техникада кеңінен колданылады.
Оған құю өндірісі, 3р түрлі қорытпаларды дайындау жатады. Соңғы жылдары
пластмасса мен тастан кұю жолымен бүйымдар жасау технологиясы жасалды.
Балқыған тастан машина тағандары, қүрылыс детальдары, кұбырлар, т. б.
жасайды.
2 тарау. Физика сабақтарында заттың агрегаттық
күйлерін оқыту әдістемесі.
Заттың агрегаттық өзгерулерін оқып үйренген кезде ішкі энергияның
бөлшек тердің өзара әсерлесу энергиясына байланысты болатын бөлігіне басты
назар аударылады.
Заттың агрегат күйінің ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Ұқсас жұмыстар
Пәндер
- Іс жүргізу
- Автоматтандыру, Техника
- Алғашқы әскери дайындық
- Астрономия
- Ауыл шаруашылығы
- Банк ісі
- Бизнесті бағалау
- Биология
- Бухгалтерлік іс
- Валеология
- Ветеринария
- География
- Геология, Геофизика, Геодезия
- Дін
- Ет, сүт, шарап өнімдері
- Жалпы тарих
- Жер кадастрі, Жылжымайтын мүлік
- Журналистика
- Информатика
- Кеден ісі
- Маркетинг
- Математика, Геометрия
- Медицина
- Мемлекеттік басқару
- Менеджмент
- Мұнай, Газ
- Мұрағат ісі
- Мәдениеттану
- ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности)
- Педагогика
- Полиграфия
- Психология
- Салық
- Саясаттану
- Сақтандыру
- Сертификаттау, стандарттау
- Социология, Демография
- Спорт
- Статистика
- Тілтану, Филология
- Тарихи тұлғалар
- Тау-кен ісі
- Транспорт
- Туризм
- Физика
- Философия
- Халықаралық қатынастар
- Химия
- Экология, Қоршаған ортаны қорғау
- Экономика
- Экономикалық география
- Электротехника
- Қазақстан тарихы
- Қаржы
- Құрылыс
- Құқық, Криминалистика
- Әдебиет
- Өнер, музыка
- Өнеркәсіп, Өндіріс
Қазақ тілінде жазылған рефераттар, курстық жұмыстар, дипломдық жұмыстар бойынша біздің қор #1 болып табылады.
Ақпарат
Қосымша
Email: info@stud.kz