როგორია მყარი, სითხეების, აირების აგებულების თავისებურებები. აირების, სითხეების და მყარი ნივთიერებების სტრუქტურის თავისებურებები

აირების, სითხეების და მყარი ნივთიერებების სტრუქტურა.

მოლეკულური კინეტიკური თეორიის ძირითადი დებულებები:

ყველა ნივთიერება შედგება მოლეკულებისგან, მოლეკულები კი ატომებისგან.

ატომები და მოლეკულები მუდმივ მოძრაობაში არიან,

მოლეკულებს შორის არის მიმზიდველი და ამაღელვებელი ძალები.

AT გაზებიმოლეკულები მოძრაობენ შემთხვევით, მოლეკულებს შორის მანძილი დიდია, მოლეკულური ძალები მცირეა, გაზი იკავებს მისთვის მიწოდებულ მთელ მოცულობას.

AT სითხეებიმოლეკულები დალაგებულია მხოლოდ მცირე დისტანციებზე, ხოლო დიდ დისტანციებზე დარღვეულია განლაგების წესრიგი (სიმეტრია) - "მოკლე დიაპაზონის რიგი". მოლეკულური მიზიდულობის ძალები ინარჩუნებს მოლეკულებს ერთმანეთთან ახლოს. მოლეკულების მოძრაობა „ხტუნვაა“ ერთი სტაბილური პოზიციიდან მეორეზე (ჩვეულებრივ ერთი ფენის ფარგლებში. ეს მოძრაობა ხსნის სითხის სითხეს. სითხეს არ აქვს ფორმა, მაგრამ აქვს მოცულობა.

მყარი - ნივთიერებები, რომლებიც ინარჩუნებენ ფორმას, იყოფა კრისტალურ და ამორფებად. კრისტალური მყარისხეულებს აქვთ ბროლის ბადე, რომლის კვანძებში შეიძლება იყოს იონები, მოლეკულები ან ატომები. ისინი მერყეობენ სტაბილური წონასწორობის პოზიციებთან მიმართებაში. კრისტალურ გისოსებს აქვთ რეგულარული სტრუქტურა მთელ მოცულობაში - მდებარეობის „შორი დისტანციური რიგი“.

ამორფული სხეულებიინარჩუნებენ ფორმას, მაგრამ არ აქვთ ბროლის ბადე და, შედეგად, არ აქვთ გამოხატული დნობის წერტილი. მათ გაყინულ სითხეებს უწოდებენ, რადგან მათ, ისევე როგორც სითხეებს, აქვთ მოლეკულური მოწყობის "ახლო" რიგი.

მოლეკულების ურთიერთქმედების ძალები

ნივთიერების ყველა მოლეკულა ურთიერთქმედებს ერთმანეთთან მიზიდულობისა და მოგერიების ძალებით. მოლეკულების ურთიერთქმედების დადასტურება: დასველების ფენომენი, შეკუმშვისა და დაჭიმვისადმი წინააღმდეგობა, მყარი და აირების დაბალი შეკუმშვა და ა.შ. მოლეკულების ურთიერთქმედების მიზეზი არის მატერიაში დამუხტული ნაწილაკების ელექტრომაგნიტური ურთიერთქმედება. როგორ ავხსნათ? ატომი შედგება დადებითად დამუხტული ბირთვისა და უარყოფითად დამუხტული ელექტრონული გარსისგან. ბირთვის მუხტი უდრის ყველა ელექტრონის მთლიან მუხტს, შესაბამისად, მთლიანობაში, ატომი ელექტრული ნეიტრალურია. ერთი ან მეტი ატომისგან შემდგარი მოლეკულა ასევე ელექტრული ნეიტრალურია. განვიხილოთ მოლეკულებს შორის ურთიერთქმედება ორი უძრავი მოლეკულის მაგალითის გამოყენებით. გრავიტაციული და ელექტრომაგნიტური ძალები შეიძლება არსებობდეს ბუნებაში სხეულებს შორის. ვინაიდან მოლეკულების მასები უკიდურესად მცირეა, მოლეკულებს შორის გრავიტაციული ურთიერთქმედების უმნიშვნელო ძალები შეიძლება იგნორირებული იყოს. ძალიან დიდ დისტანციებზე მოლეკულებს შორის არც ელექტრომაგნიტური ურთიერთქმედება არსებობს. მაგრამ, მოლეკულებს შორის მანძილის შემცირებით, მოლეკულები იწყებენ ორიენტირებას ისე, რომ ერთმანეთის პირისპირ მათ გვერდებს ექნებათ სხვადასხვა ნიშნის მუხტი (ზოგადად, მოლეკულები ნეიტრალური რჩება) და მოლეკულებს შორის წარმოიქმნება მიმზიდველი ძალები. მოლეკულებს შორის მანძილის კიდევ უფრო დიდი შემცირებით, მოწინააღმდეგე ძალები წარმოიქმნება მოლეკულების ატომების უარყოფითად დამუხტული ელექტრონული გარსების ურთიერთქმედების შედეგად. შედეგად, მოლეკულაზე გავლენას ახდენს მიზიდულობისა და მოგერიების ძალების ჯამი. დიდ დისტანციებზე ჭარბობს მიზიდულობის ძალა (2-3 მოლეკულური დიამეტრის მანძილზე მიზიდულობა მაქსიმალურია), მცირე დისტანციებზე - მომგერიებელი ძალა. მოლეკულებს შორის არის ისეთი მანძილი, რომლითაც მიზიდულობის ძალები უტოლდება მოგერიების ძალებს. მოლეკულების ამ პოზიციას ეწოდება სტაბილური წონასწორობის პოზიცია. მოლეკულებს, რომლებიც მდებარეობს ერთმანეთისგან დაშორებით და დაკავშირებულია ელექტრომაგნიტური ძალებით, აქვთ პოტენციური ენერგია. სტაბილური წონასწორობის მდგომარეობაში მოლეკულების პოტენციური ენერგია მინიმალურია. ნივთიერებაში, თითოეული მოლეკულა ერთდროულად ურთიერთქმედებს ბევრ მეზობელ მოლეკულასთან, რაც ასევე გავლენას ახდენს მოლეკულების მინიმალური პოტენციური ენერგიის მნიშვნელობაზე. გარდა ამისა, ნივთიერების ყველა მოლეკულა უწყვეტ მოძრაობაშია, ე.ი. აქვს კინეტიკური ენერგია. ამრიგად, ნივთიერების სტრუქტურა და მისი თვისებები (მყარი, თხევადი და აირისებრი სხეულები) განისაზღვრება მოლეკულების ურთიერთქმედების მინიმალურ პოტენციურ ენერგიასა და მოლეკულების თერმული მოძრაობის კინეტიკურ ენერგიას შორის თანაფარდობით.

მყარი, თხევადი და აირისებრი სხეულების სტრუქტურა და თვისებები

სხეულების აგებულება აიხსნება სხეულის ნაწილაკების ურთიერთქმედებით და მათი თერმული მოძრაობის ბუნებით.

Მყარი

მყარ ნაწილებს აქვთ მუდმივი ფორმა და მოცულობა და პრაქტიკულად შეკუმშვადია. მოლეკულების ურთიერთქმედების მინიმალური პოტენციური ენერგია უფრო მეტია, ვიდრე მოლეკულების კინეტიკური ენერგია. ნაწილაკების ძლიერი ურთიერთქმედება. მოლეკულების თერმული მოძრაობა მყარ სხეულში გამოიხატება მხოლოდ ნაწილაკების (ატომები, მოლეკულები) რხევებით სტაბილური წონასწორობის პოზიციის გარშემო.

მიზიდულობის დიდი ძალების გამო, მოლეკულებს პრაქტიკულად არ შეუძლიათ შეცვალონ თავიანთი პოზიცია ნივთიერებაში, რაც ხსნის მყარი ნივთიერებების მოცულობისა და ფორმის უცვლელობას. მყარი სხეულების უმეტესობას აქვს ნაწილაკების სივრცით მოწესრიგებული განლაგება, რომლებიც ქმნიან რეგულარულ კრისტალურ გისოსს. მატერიის ნაწილაკები (ატომები, მოლეკულები, იონები) განლაგებულია წვეროებზე - ბროლის ბადის კვანძებში. კრისტალური მედის კვანძები ემთხვევა ნაწილაკების სტაბილური წონასწორობის პოზიციას. ასეთ მყარ ნივთიერებებს კრისტალური ეწოდება.

თხევადი

სითხეებს აქვთ გარკვეული მოცულობა, მაგრამ არ აქვთ საკუთარი ფორმა, ისინი იღებენ იმ ჭურჭლის ფორმას, რომელშიც განლაგებულია. მოლეკულების ურთიერთქმედების მინიმალური პოტენციური ენერგია შედარებულია მოლეკულების კინეტიკურ ენერგიასთან. სუსტი ნაწილაკების ურთიერთქმედება. სითხეში მოლეკულების თერმული მოძრაობა გამოიხატება რხევებით სტაბილური წონასწორობის პოზიციის ირგვლივ იმ მოცულობის ფარგლებში, რომელიც მოლეკულას მიეწოდება მისი მეზობლები. მოლეკულებს არ შეუძლიათ თავისუფლად გადაადგილება ნივთიერების მთელ მოცულობაში, მაგრამ შესაძლებელია მოლეკულების გადასვლა მეზობელ ადგილებზე. ეს ხსნის სითხის სითხეს, მისი ფორმის შეცვლის უნარს.

სითხეებში მოლეკულები საკმაოდ მჭიდროდ არიან მიბმული ერთმანეთთან მიზიდულობის ძალებით, რაც ხსნის სითხის მოცულობის უცვლელობას. სითხეში მოლეკულებს შორის მანძილი დაახლოებით უდრის მოლეკულის დიამეტრს. მოლეკულებს შორის მანძილის შემცირებით (თხევადი შეკუმშვით), ამაღელვებელი ძალები მკვეთრად იზრდება, ამიტომ სითხეები შეკუმშვადია. სითხეები მათი სტრუქტურისა და თერმული მოძრაობის ბუნების მიხედვით იკავებენ შუალედურ ადგილს მყარ და აირებს შორის. მიუხედავად იმისა, რომ განსხვავება თხევადსა და აირს შორის გაცილებით დიდია, ვიდრე თხევადსა და მყარს შორის. მაგალითად, დნობის ან კრისტალიზაციის დროს სხეულის მოცულობა ბევრჯერ ნაკლებად იცვლება, ვიდრე აორთქლების ან კონდენსაციის დროს.

გაზებს არ აქვთ მუდმივი მოცულობა და იკავებს ჭურჭლის მთელ მოცულობას, რომელშიც ისინი მდებარეობს. მოლეკულების ურთიერთქმედების მინიმალური პოტენციური ენერგია ნაკლებია მოლეკულების კინეტიკურ ენერგიაზე. მატერიის ნაწილაკები პრაქტიკულად არ ურთიერთქმედებენ. გაზებს ახასიათებთ მოლეკულების განლაგებისა და მოძრაობის სრული დარღვევა.

გაზის მოლეკულებს შორის მანძილი ბევრჯერ აღემატება მოლეკულების ზომას. მიზიდულობის მცირე ძალებს არ შეუძლიათ მოლეკულების ერთმანეთთან ახლოს შენარჩუნება, ამიტომ აირებს შეუძლიათ განუსაზღვრელი ვადით გაფართოება. გაზები ადვილად იკუმშება გარე წნევის ზემოქმედებით, რადგან. მოლეკულებს შორის მანძილი დიდია, ურთიერთქმედების ძალები კი უმნიშვნელო. ჭურჭლის კედლებზე გაზის წნევა იქმნება მოძრავი აირის მოლეკულების ზემოქმედებით.

სითხეები არის ნივთიერებები, რომლებიც თავიანთი თვისებებით იკავებენ შუალედურ ადგილს გაზებსა და მყარებს შორის. თხევადი მედია სხეულის უდიდეს ნაწილს შეადგენს, მათი მოძრაობა უზრუნველყოფს უჯრედების მეტაბოლიზმს და ჟანგბადის მიწოდებას, ამიტომ სითხეების მექანიკური თვისებები და ნაკადი განსაკუთრებით საინტერესოა ექიმებისა და ბიოლოგებისთვის.

თავში წარმოდგენილი მასალა დაკავშირებულია ჰიდროდინამიკასთან - ფიზიკის დარგი, რომელიც შეისწავლის შეუკუმშვადი სითხეების მოძრაობას და მათ ურთიერთქმედებას გარემომცველ მყარ სხეულებთან, ხოლო რეოლოგიას - ნივთიერების დეფორმაციებისა და სითხის შესწავლას.

ნიუტონური და არანიუტონური სითხეები

რეალური სითხის დინების დროს მისი ცალკეული ფენები ერთმანეთზე მოქმედებენ ფენებზე ტანგენციალური ძალებით. ამ ფენომენს ე.წ შიდა ხახუნისანსიბლანტე.

განვიხილოთ ბლანტი სითხის დინება ორ მყარ ფირფიტას შორის (ნახ. 9.1), რომელთაგან ქვედა სტაციონარულია, ხოლო ზედა მოძრაობს υ Β სიჩქარით. პირობითად წარმოვადგინოთ სითხე რამდენიმე ფენის სახით 1, 2, 3 და ა.შ. ფსკერზე „მიწებებული“ ფენა უმოძრაოა. როდესაც ისინი შორდებიან ქვემოდან (ქვედა ფირფიტა), თხევადი ფენებს აქვთ უფრო მაღალი სიჩქარე (υ 1< υ 2 < υ 3 <... и т.д), максимальная скорость υ Β будет у слоя, который «прилип» к верхней пластинке.

9.1. სითხის სიბლანტე.

ნიუტონის განტოლება.

ფენები ურთიერთქმედებენ ერთმანეთთან. მაგალითად, მესამე ფენა აჩქარებს მეორეს მოძრაობას, მაგრამ ის თავად განიცდის შენელებას მისი მხრიდან და აჩქარებს მეოთხე ფენას და ა.შ. შიდა ხახუნის ძალა ფართობის პროპორციულია სურთიერთქმედების ფენები და რაც მეტია, მით მეტია მათი ფარდობითი სიჩქარე.

Ეს არის ნიუტონის განტოლება.აქ η არის პროპორციულობის კოეფიციენტი, რომელსაც ეწოდება შიდა ხახუნის კოეფიციენტი ან დინამიური სიბლანტესთან(ან უბრალოდ სიბლანტე).სიბლანტე დამოკიდებულია სითხის (ან აირის) მდგომარეობასა და მოლეკულურ თვისებებზე.

სიბლანტის ერთეული არის პასკალი მეორე(საზარდულის). CGS სისტემაში სიბლანტე გამოიხატება როგორც სიმშვიდე(P): 1 საზარდულის \u003d 10 P.

ბევრი სითხეებისთვის სიბლანტე არ არის დამოკიდებული სიჩქარის გრადიენტზე, ასეთი სითხეები ემორჩილება ნიუტონის განტოლებას (9.1) და ე.წ. ნიუტონისეული.სითხეები, რომლებიც არ ემორჩილებიან განტოლებას (9.1) კლასიფიცირდება როგორც არანიუტონური.ზოგჯერ ნიუტონის სითხეების სიბლანტეს უწოდებენ ნორმალური,და არანიუტონური არანორმალური.

სითხეები, რომლებიც შედგება რთული და დიდი მოლეკულებისგან, როგორიცაა პოლიმერული ხსნარები და ქმნიან სივრცულ სტრუქტურებს მოლეკულების ან ნაწილაკების ადჰეზიის გამო, არის არანიუტონური. მათი სიბლანტე, სხვა თანაბარ პირობებში, ბევრად აღემატება უბრალო სითხეებს.

სიბლანტის ზრდა ხდება იმის გამო, რომ ამ სითხეების დინების დროს გარე ძალის მუშაობა იხარჯება არა მხოლოდ ჭეშმარიტი, ნიუტონის სიბლანტის დაძლევაზე, არამედ სტრუქტურის განადგურებაზეც. სისხლი არის არანიუტონის სითხე.

9.2. ბლანტი სითხის ნაკადი მილებით. POISEUIL ფორმულა

ბლანტი სითხის გადინება მილებში განსაკუთრებით საინტერესოა მედიცინაში, ვინაიდან სისხლის მიმოქცევის სისტემა ძირითადად შედგება სხვადასხვა დიამეტრის ცილინდრული ჭურჭლისგან.

სიმეტრიის გამო, ცხადია, რომ მილში მიედინება სითხის ნაწილაკები, ღერძისგან თანაბარი მანძილით, აქვთ იგივე სიჩქარე. მილის ღერძის გასწვრივ მოძრავ ნაწილაკებს აქვთ ყველაზე მაღალი სიჩქარე; მილთან ყველაზე ახლოს სითხის ფენა უმოძრაოა.

9.3. სხეულების მოძრაობა ბლანტი სითხეში. სტოკსის კანონი

სიბლანტე გამოიხატება არა მხოლოდ სითხის გადაადგილებაში ჭურჭელში, არამედ სითხეში სხეულებში. დაბალ სიჩქარეზე, ნიუტონის განტოლების შესაბამისად, მოძრავი სხეულის წინააღმდეგობის ძალა პროპორციულია სითხის სიბლანტის, სხეულის სიჩქარისა და დამოკიდებულია სხეულის ზომაზე. ვინაიდან შეუძლებელია წინააღმდეგობის ძალის ზოგადი ფორმულის დაზუსტება, ჩვენ შემოვიფარგლებით კონკრეტული შემთხვევის განხილვით.

სხეულის უმარტივესი ფორმა სფეროა. სფერული სხეულისთვის (ბურთისთვის), სითხის მქონე ჭურჭელში მისი მოძრაობის დროს წინააღმდეგობის ძალის დამოკიდებულება ზემოთ ჩამოთვლილ ფაქტორებზე გამოიხატება როგორც სტოქსის კანონი:

ფორმულა (9.15) მოქმედებს ბურთის მოძრაობისთვის არა მხოლოდ სითხეში, არამედ გაზშიც. ის შეიძლება გამოყენებულ იქნას, კერძოდ, ჰაერში მტვრის ნალექის დროის გამოსათვლელად. ავხსნათ ეს შემდეგი მაგალითით. ჰაერისთვის - საშუალო, რომელშიც შეჩერებულია მტვრის სხვადასხვა ნაწილაკები - სიბლანტე η \u003d 0.000175 P ? თან. გარდაცვლილი ადამიანების ფილტვებში აღმოჩენილი მტვრის დაახლოებით 80% არის ნაწილაკები, რომელთა ზომებია 5-დან 0,2 მიკრონიმდე. თუ მტვრის მარცვლებს მივიჩნევთ სფერულად, ხოლო მტვრის სიმკვრივე უდრის დედამიწის სიმკვრივეს (p \u003d 2,5 გ / სმ 3), მაშინ, ამ მტვრის მარცვლების დაცემის სიჩქარის გამოთვლა ფორმულის გამოყენებით (9.15) ), ჩვენ აღმოვაჩენთ, რომ მისი მნიშვნელობები არის 0,2-0, 0003 სმ/წმ-ის დიაპაზონში. 3 მ სიმაღლის ოთახში ასეთი მტვრის სრულ დალექვას დაახლოებით 12 დღე დასჭირდება, იმ პირობით, რომ ჰაერი სრულიად მშვიდია და ბრაუნის მოძრაობა არ არის.

9.4. განსაზღვრის მეთოდები

სითხის სიბლანტე.

განსაზღვრის კლინიკური მეთოდი

სისხლის სიბლანტე

სიბლანტის გაზომვის მეთოდების ნაკრები ეწოდება ვისკომეტრია,და ასეთი მიზნებისთვის გამოყენებული მოწყობილობები - ვისკომეტრები.განვიხილოთ ვისომეტრიის ყველაზე გავრცელებული მეთოდები.

კაპილარული მეთოდი ეფუძნება პუაზეელის ფორმულას და მოიცავს ცნობილი სითხის კაპილარში გადინების დროის გაზომვას.

მასა სიმძიმის მოქმედების ქვეშ გარკვეული წნევის სხვაობით. სხვადასხვა ფორმის კაპილარული ვისომეტრები ნაჩვენებია ნახ. 9.7, a, b (1 - საზომი ტანკები; M 1და M 2- ამ რეზერვუარების საზღვრების აღმნიშვნელი ნიშნები; 2 - კაპილარები; 3 - მიმღები გემები).

კაპილარული ვისკომეტრი გამოიყენება სისხლის სიბლანტის დასადგენად.

კაპილარული ვისკომეტრები ზომავენ სიბლანტეს 10-5 Pa მნიშვნელობიდან? s, აირებისთვის დამახასიათებელი, 10 4 Pa მნიშვნელობებამდე? ცხიმების მახასიათებელი.

ბურთის დაცემის მეთოდი გამოიყენება ვისომეტრებში სტოქსის კანონის საფუძველზე. ფორმულიდან (9.15) ვხვდებით

ამრიგად, ამ ფორმულის მარჯვენა მხარეს შემავალი რაოდენობების ცოდნა და ბურთის ერთგვაროვანი დაცემის სიჩქარის გაზომვა, შეგიძლიათ იპოვოთ მოცემული სითხის სიბლანტე.

მოძრავი ბურთით ვისომეტრების გაზომვის ზღვარი არის 6? 10 4 - 250 პა? თან.

ასევე მიმართეთ ბრუნვის ვისკომეტრები,რომელშიც სითხე არის ორ კოაქსიალურ სხეულს შორის უფსკრული, როგორიცაა ცილინდრები. ერთი ცილინდრი (როტორი) ბრუნავს, ხოლო მეორე სტაციონარულია. სიბლანტე იზომება როტორის კუთხური სიჩქარით, რომელიც ქმნის ძალის გარკვეულ მომენტს სტაციონარული ცილინდრზე, ან ძალის მომენტით,

მოქმედებს ფიქსირებულ ცილინდრზე, როტორის ბრუნვის მოცემული კუთხური სიჩქარით.

მბრუნავი ვისკომეტრების დახმარებით სითხეების სიბლანტე განისაზღვრება 1-10 5 პაქსის ფარგლებში, ე.ი. საპოხი ზეთები, გამდნარი სილიკატები და ლითონები, ძლიერ ბლანტი ლაქები და წებოვანი ნივთიერებები, სქელი და ა.შ.

ბრუნვის ვისკომეტრებში შესაძლებელია სიჩქარის გრადიენტის შეცვლა როტორის ბრუნვის სხვადასხვა კუთხური სიჩქარის დაყენებით. ეს შესაძლებელს ხდის სიბლანტის გაზომვას სხვადასხვა გრადიენტზე და დაამყაროს დამოკიდებულება η = /(άυ/άχ), რომელიც დამახასიათებელია არანიუტონის სითხეებისთვის.

ამჟამად კლინიკაში სისხლის სიბლანტის დასადგენად იყენებენ ტესა ვისკომეტრიორი კაპილარით. მისი მოწყობილობის სქემა მოცემულია ნახ. 9.7, გ. ორი იდენტური კაპილარი a 1 b 1და 2 b 2 დაკავშირებულია ორ მილაკთან 1 და 2. რეზინის ნათურის საშუალებით ან პირის ღრუში ჰაერის წვერის გავლით 3, მონაცვლეობით, ჩამოსასხმელი ჩაის წყალობით 4 შეავსეთ კაპილარი a 1 b 1და ჩალა 1 0 ნიშნულამდე გამოხდილი წყლით და კაპილარით a 2 b 2და ჩალა 2 0 ნიშნულამდე - შესწავლილი სისხლით. ამის შემდეგ, ორივე სითხე ერთდროულად მოძრაობს იმავე გზით, სანამ სისხლი არ მიაღწევს ნომერ 1-ს, ხოლო წყალი არ მიაღწევს სხვა ნიშანს მის მილში. ვინაიდან წყლისა და სისხლის ნაკადის პირობები ერთნაირია, მილების შევსების მოცულობა 1 და 2 განსხვავებული იქნება იმის გამო, რომ ამ სითხეების სიბლანტე არ არის იგივე. მიუხედავად იმისა, რომ სისხლი არის არანიუტონის სითხე, ჩვენ ვიყენებთ პუაზის ფორმულას (9.8) გარკვეული მიახლოებით და ვწერთ აშკარა პროპორციას:

სადაც ვ კ- სისხლის მოცულობა მილში 2 0 ნიშნიდან 1-მდე; in- წყლის მოცულობა მილში 1 0 ნიშნიდან გაზომვისას მიღებულ ნიშნულამდე; η და, შესაბამისად, სისხლისა და წყლის სიბლანტე. სისხლის სიბლანტის თანაფარდობა და წყლის სიბლანტის ერთსა და იმავე ტემპერატურაზე ე.წ. სისხლის შედარებითი სიბლანტე.

ჰესის ვისკომეტრში სისხლის მოცულობა ყოველთვის ერთნაირია და წყლის მოცულობა ითვლება მილზე გაყოფით. 1, ამიტომ პირდაპირ მიიღეთ სისხლის შედარებითი სიბლანტის მნიშვნელობა. დათვლის მოხერხებულობისთვის

მილები 1 და 2 გახადეთ ისინი განსხვავებულები, ასე რომ, მიუხედავად სისხლისა და წყლის განსხვავებული მოცულობისა, მათი დონე მილაკებში დაახლოებით იგივე იქნება.

ადამიანის სისხლის სიბლანტე ჩვეულებრივ 4-5 მპაა? ს, პათოლოგიაში მერყეობს 1,7-22,9 მპა? c, რომელიც გავლენას ახდენს ერითროციტების დალექვის სიჩქარეზე (ESR). ვენურ სისხლს არტერიულ სისხლთან შედარებით ოდნავ მაღალი სიბლანტე აქვს. მძიმე ფიზიკური შრომით, სისხლის სიბლანტე იზრდება. ზოგიერთი ინფექციური დაავადება ზრდის სიბლანტეს, ზოგი კი, როგორიცაა ტიფური ცხელება და ტუბერკულოზი, ამცირებს მას.

9.5. ლამინირებული და ტურბულენტური ნაკადები. რეინოლდსის ნომერი

ადრე განხილული სითხის ნაკადი არის ფენიანი, ან ლამინარული. ბლანტი სითხის დინების სიჩქარის მატება მილის კვეთაზე წნევის არაერთგვაროვნების გამო ქმნის მორევს და მოძრაობა ხდება. ედი,ან ტურბულენტური.ტურბულენტურ ნაკადში, ნაწილაკების სიჩქარე თითოეულ ადგილას მუდმივად და ქაოტურად იცვლება, მოძრაობა არასტაბილურია.

მილში სითხის დინების ბუნება დამოკიდებულია სითხის თვისებებზე, მის დინების სიჩქარეზე, მილის ზომებზე და განისაზღვრება რეინოლდსის ნომერი:

კინემატიკური სიბლანტე უფრო სრულად, ვიდრე დინამიური, ითვალისწინებს შიდა ხახუნის გავლენას სითხის ან აირის ნაკადის ბუნებაზე. ამრიგად, წყლის სიბლანტე დაახლოებით 100-ჯერ აღემატება ჰაერს (0°C-ზე), მაგრამ წყლის კინემატიკური სიბლანტე 10-ჯერ ნაკლებია ჰაერის სიბლანტეზე და, შესაბამისად, სიბლანტე უფრო ძლიერ გავლენას ახდენს წყლის ბუნებაზე. ჰაერის ნაკადი ვიდრე წყალი.

როგორც ჩანს (9.17), სითხის ან აირის ნაკადის ბუნება არსებითად დამოკიდებულია მილის ზომებზე. ფართო მილებში, თუნდაც შედარებით დაბალი სიჩქარით, შეიძლება მოხდეს ტურბულენტური მოძრაობა. ასე, მაგალითად, 2 მმ დიამეტრის მილში, წყლის ნაკადი ხდება ტურბულენტური 127 სმ/წმ-ზე მეტი სიჩქარით, ხოლო 2 სმ დიამეტრის მილში - უკვე დაახლოებით 12 სმ სიჩქარით. / წმ (ტემპერატურა 16 ° C). ასეთ მილში სისხლის ნაკადი ტურბულენტური გახდება 50 სმ/წმ სიჩქარით, მაგრამ პრაქტიკაში 2 სმ დიამეტრის სისხლძარღვებში ტურბულენტური ნაკადი უფრო დაბალი სიჩქარითაც კი ხდება.

არტერიებში სისხლის ნაკადი ჩვეულებრივ ლამინარულია, მცირე ტურბულენტობით, სარქველების მახლობლად.

პათოლოგიაში, როდესაც სიბლანტე ნორმაზე ნაკლებია, რეინოლდსის რიცხვმა შეიძლება გადააჭარბოს კრიტიკულ მნიშვნელობას და მოძრაობა გახდება ტურბულენტური.

ტურბულენტური ნაკადი დაკავშირებულია ენერგიის დამატებით მოხმარებასთან სითხის მოძრაობის დროს, რაც სისხლის შემთხვევაში იწვევს გულის დამატებით მუშაობას. ტურბულენტური სისხლის ნაკადის შედეგად წარმოქმნილი ხმაური შეიძლება გამოყენებულ იქნას დაავადებების დიაგნოსტირებისთვის. ეს ხმაური ისმის მხრის არტერიაზე არტერიული წნევის გაზომვისას.

ცხვირის ღრუში ჰაერის ნაკადი ჩვეულებრივ ლამინარულია. თუმცა, ანთებით ან სხვა რაიმე დარღვევებით, ის შეიძლება გახდეს ტურბულენტური, რაც გამოიწვევს სასუნთქი კუნთების დამატებით მუშაობას.

რეინოლდსის რიცხვი მსგავსების კრიტერიუმია. ჰიდრო- და აეროდინამიკური სისტემების, კერძოდ, სისხლის მიმოქცევის სისტემის მოდელირებისას, მოდელს უნდა ჰქონდეს იგივე რეინოლდსის რიცხვი, რაც ბუნებრივს, წინააღმდეგ შემთხვევაში მათ შორის მიმოწერა არ იქნება. ეს ასევე ეხება სხეულების ირგვლივ ნაკადის მოდელირებას, როდესაც ისინი მოძრაობენ სითხეში ან აირში.

(9.17) ჩანს, რომ მოდელის ზომის შემცირება რეალურთან შედარებით უნდა იყოს კომპენსირებული ნაკადის სიჩქარის ზრდით ან მოდელის სითხის ან აირის კინემატიკური სიბლანტის შემცირებით.

9.6. სითხეების მოლეკულური სტრუქტურის მახასიათებლები

ჩვეულებრივი სითხეები იზოტროპულია, სტრუქტურულად ისინი ამორფული სხეულებია. სითხეების შიდა სტრუქტურა ხასიათდება უახლოესი რიგით (უახლოესი ნაწილაკების მოწესრიგებული ფარდობითი განლაგება). მოლეკულებს შორის მანძილი მცირეა, ურთიერთქმედების ძალები მნიშვნელოვანი, რაც იწვევს სითხეების დაბალ შეკუმშვას: მოლეკულებს შორის მანძილის უმნიშვნელო შემცირება იწვევს ინტერმოლეკულური მოგერიების დიდი ძალების გამოჩენას. მყარი ნივთიერებების მსგავსად, სითხეები ოდნავ შეკუმშვადია და აქვთ მაღალი სიმკვრივე; გაზების მსგავსად, ისინი იღებენ ჭურჭლის ფორმას, რომელშიც ისინი მდებარეობს. სითხეების თვისებების ეს ბუნება დაკავშირებულია მათი მოლეკულების თერმული მოძრაობის მახასიათებლებთან. აირებში მოლეკულები მოძრაობენ შემთხვევით, მოკლე დისტანციებზე ისინი წინ მიიწევენ და ნაწილაკების განლაგებაში არ არის წესრიგი. კრისტალურ სხეულებში ნაწილაკები ირხევიან გარკვეული წონასწორული პოზიციების ირგვლივ - კრისტალური მედის კვანძები. Ya.I. Frenkel-ის თეორიის თანახმად, თხევადი მოლეკულები, ისევე როგორც მყარი სხეულის ნაწილაკები, ირხევიან წონასწორული პოზიციების გარშემო, მაგრამ ეს წონასწორული პოზიციები არ არის მუდმივი. გარკვეული პერიოდის შემდეგ, რომელსაც ეწოდება დასახლებული სიცოცხლის დრო, მოლეკულა გადახტება ახალ წონასწორობის პოზიციაზე მეზობელ მოლეკულებს შორის საშუალო მანძილის ტოლი მანძილზე.

მოლეკულის დასახლებული სიცოცხლის საშუალო დროს ეწოდება რელაქსაციის დრო r.ტემპერატურის მატებასთან და წნევის შემცირებით, რელაქსაციის დრო მნიშვნელოვნად მცირდება, რაც იწვევს თხევადი მოლეკულების უფრო მეტ მობილობას და მის დაბალ სიბლანტეს.

9.7. ზედაპირული დაძაბულობა

სითხისა და მისი გაჯერებული ორთქლის, ორი შეურევადი სითხის, თხევადი და მყარი, ინტერფეისებზე წარმოიქმნება ძალა მიმდებარე მედიის სხვადასხვა მოლეკულური ურთიერთქმედების გამო.

თხევადი მოცულობის შიგნით მდებარე თითოეული მოლეკულა ერთნაირად არის გარშემორტყმული მეზობელი მოლეკულებით და ურთიერთქმედებს მათთან, მაგრამ ამ ძალების შედეგი არის ნული. გარემოს არაჰომოგენურობის გამო, ორი მედიის საზღვართან მდებარე მოლეკულაზე გავლენას ახდენს ძალა, რომელიც არ არის კომპენსირებული სითხის სხვა მოლეკულებით. ამიტომ, მოლეკულების მოცულობიდან ზედაპირულ ფენაზე გადასატანად, სამუშაო უნდა გაკეთდეს.

ზედაპირული დაძაბულობაგანისაზღვრება მუდმივ ტემპერატურაზე სითხის გარკვეული ზედაპირის შექმნაზე დახარჯული სამუშაოს თანაფარდობით ამ ზედაპირის ფართობთან:

სითხეების სტაბილური წონასწორობის პირობა არის ზედაპირული ფენის მინიმალური ენერგია, შესაბამისად, გარე ძალების არარსებობის შემთხვევაში ან

უწონის მდგომარეობაში სითხეს აქვს მინიმალური ზედაპირის ფართობი მოცემული მოცულობისთვის და იღებს ბურთის ფორმას.

ზედაპირის დაძაბულობა შეიძლება განისაზღვროს არა მხოლოდ ენერგიულად. სითხის ზედაპირული ფენის შეკუმშვის სურვილი ნიშნავს ამ ფენაში ტანგენციალური ძალების არსებობას - ზედაპირული დაძაბულობის ძალები. თუ თხევად ზედაპირზე ვირჩევთ სიგრძის რაღაც სეგმენტს ლ(ნახ. 9.8), მაშინ ეს ძალები შეიძლება პირობითად იყოს გამოსახული სეგმენტზე პერპენდიკულარული ისრებით.

ზედაპირული დაძაბულობა უდრის ზედაპირული დაძაბულობის ძალის თანაფარდობას იმ სეგმენტის სიგრძეზე, რომელზეც ეს ძალა მოქმედებს:

სკოლის ფიზიკის კურსიდან ცნობილია, რომ ორივე განმარტება, (9.21) და (9.22) იდენტურია. წარმოგიდგენთ ზედაპირული დაძაბულობის მნიშვნელობებს ზოგიერთი სითხეებისთვის 20 °C ტემპერატურაზე (ცხრილი 1).

ცხრილი 1

ზედაპირის დაძაბულობა დამოკიდებულია ტემპერატურაზე. კრიტიკული ტემპერატურისგან შორს, მისი მნიშვნელობა ტემპერატურის მატებასთან ერთად წრფივად მცირდება. ზედაპირული დაძაბულობის შემცირება მიიღწევა სითხეში ზედაპირული აქტიური ნივთიერებების შეყვანით, რომლებიც ამცირებენ ზედაპირის ფენის ენერგიას.

9.8. დამსველებელი და დაუსველებელი. კაპილარული ფენომენი

სხვადასხვა მედიას შორის კონტაქტის საზღვარზე შეიძლება დაკვირვება დასველებაან დაუსველებელი.

განვიხილოთ სითხის წვეთების ქცევა სხვა სითხის ზედაპირზე, რომელიც არ ერევა მას (ნახ. 9.9) და თხევადი წვეთი მყარი სხეულის ზედაპირზე (ნახ. 9.10 და 9.11). ყოველი ორი მედიის ინტერფეისზე ( 1 და 3, 2 და 1, 3 და 2) ზედაპირული დაძაბულობის ძალები.

ზედაპირული დაძაბულობის ძალების მოქმედებით სითხის ზედაპირული ფენა მრუდია და ახორციელებს დამატებით ზეწოლას Dr გარეთან მიმართებაში. ზედაპირის ფენა ჰგავს ელასტიურ გარსს, როგორიცაა რეზინის ფილმი. მოსახვევი ზედაპირის ზედაპირული დაჭიმვის შედეგად მიღებული ძალა მიმართულია ჩაზნექილისკენ.

სითხის გარკვეული რაოდენობა ორთქლიდან, რაც იწვევს ნესტიან ოთახებში თეთრეულის, ბამბის დატენიანებას, ართულებს ჰიგიროსკოპიული სხეულების გაშრობას, ხელს უწყობს ნიადაგში ტენის შენარჩუნებას და ა.შ. პირიქით, არამსველებელი სითხეები არ აღწევენ ფოროვან სხეულებში. ამასთან დაკავშირებულია, მაგალითად, ფრინველის ბუმბულის წყლისადმი შეუღწევადობა ცხიმით შეზეთილი.

განვიხილოთ ჰაერის ბუშტის ქცევა კაპილარში სითხესთან ერთად. თუ ბუშტზე სითხის წნევა სხვადასხვა მხრიდან ერთნაირია, მაშინ ბუშტის ორივე მენისკს ექნება გამრუდების ერთნაირი რადიუსი (სურ. 9.14, ა). ერთ-ერთ მხარეს გადაჭარბებული წნევით, მაგალითად, როდესაც სითხე მოძრაობს, მენისკები დეფორმირდება, შეიცვლება მათი გამრუდების რადიუსი (ნახ. 9.14, ბ), დამატებითი წნევა Ap სხვადასხვა მხრიდან არათანაბარი გახდება. ეს გამოიწვევს ჰაერის (აირის) ბუშტის სითხეზე ისეთ ეფექტს, რომელიც შეაფერხებს ან შეაჩერებს სითხის მოძრაობას. ასეთი ფენომენი შეიძლება მოხდეს ადამიანის სისხლის მიმოქცევის სისტემაში.

ჰაერის ბუშტებმა, რომლებიც სისხლში შედიან, შეიძლება დაბლოკოს პატარა ჭურჭელი და ორგანოს სისხლის მიწოდება შეუშალოს. ამ ფენომენს ე.წ ემბოლია,შეიძლება გამოიწვიოს სერიოზული ფუნქციური დარღვევა ან სიკვდილიც კი. ასე რომ, ჰაერის ემბოლია შეიძლება მოხდეს დიდი ვენების დაზიანებისას: ჰაერი, რომელიც შევიდა სისხლძარღვში, ქმნის ჰაერის ბუშტს, რომელიც ხელს უშლის სისხლის გავლას. ინტრავენური ინფუზიის დროს ჰაერის ბუშტები არ უნდა შევიდეს ვენებში.

სისხლში გაზის ბუშტები შეიძლება გამოჩნდეს მყვინთავებში დიდი სიღრმიდან ზედაპირზე სწრაფი აწევის დროს, პილოტებსა და ასტრონავტებში, როდესაც სალონში ან კოსმოსურ კოსტუმში დეპრესია ხდება მაღალ სიმაღლეზე (გაზის ემბოლია). ეს განპირობებულია სისხლის გაზების დაშლილი მდგომარეობიდან თავისუფალ – აირისებრ მდგომარეობაში გადასვლასთან, გარემოს ატმოსფერული წნევის შემცირების შედეგად. წნევის შემცირებით გაზის ბუშტების წარმოქმნაში წამყვანი როლი ეკუთვნის აზოტს, რადგან ის განსაზღვრავს სისხლში აირების მთლიანი წნევის ძირითად ნაწილს და არ მონაწილეობს სხეულისა და მიმდებარე ჰაერის გაზის გაცვლაში.

ჩვეულებრივი სითხეები იზოტროპულია, სტრუქტურულად ისინი ამორფული სხეულებია. სითხეების შიდა სტრუქტურას ახასიათებს მოლეკულების განლაგების მოკლე დიაპაზონის წესრიგი (უახლოესი ნაწილაკების მოწესრიგებული განლაგება). მოლეკულებს შორის მანძილი მცირეა, ურთიერთქმედების ძალები მნიშვნელოვანი, რაც იწვევს სითხეების დაბალ შეკუმშვას: მოლეკულებს შორის მანძილის მცირე შემცირება იწვევს დიდი ინტერმოლეკულური მოგერიების ძალების გამოჩენას.

მყარი ნივთიერებების მსგავსად, სითხეები ოდნავ შეკუმშვადია და აქვთ მაღალი სიმკვრივე; გაზების მსგავსად, ისინი იღებენ ჭურჭლის ფორმას, რომელშიც ისინი მდებარეობს. სითხეების თვისებების ეს ბუნება დაკავშირებულია მათი მოლეკულების თერმული მოძრაობის მახასიათებლებთან. აირებში მოლეკულები მოძრაობენ შემთხვევით, მოკლე დისტანციებზე ისინი წინ მიიწევენ და ნაწილაკების განლაგებაში არ არის წესრიგი. კრისტალურ სხეულებში ნაწილაკები ირხევიან გარკვეული წონასწორული პოზიციების ირგვლივ - კრისტალური მედის კვანძები. Ya.I. Frenkel-ის თეორიის თანახმად, სითხის მოლეკულები, მყარი სხეულის ნაწილაკების მსგავსად, რხევა ...
წონასწორობის პოზიციებთან ახლოს, თუმცა, ეს წონასწორული პოზიციები არ არის მუდმივი. გარკვეული დროის გასვლის შემდეგ, რომელსაც ეწოდება "დამკვიდრებული სიცოცხლის დრო", მოლეკულა ხტება ახალ წონასწორულ პოზიციაზე მეზობელ მოლეკულებს შორის საშუალო მანძილის ტოლი მანძილით.

მოდით გამოვთვალოთ საშუალო მანძილი თხევადი მოლეკულებს შორის. თქვენ შეგიძლიათ გონებრივად წარმოიდგინოთ სითხის მთელი მოცულობა დაყოფილი პატარა იდენტურ კუბებად 8-ის კიდეებით. მოდით, თითოეულ კუბში იყოს საშუალოდ ერთი მოლეკულა. ამ შემთხვევაში 5 შეიძლება ჩაითვალოს თხევადი მოლეკულებს შორის საშუალო მანძილად. სითხის მოცულობა არის V = δ 3 N, სადაც N არის სითხის მოლეკულების საერთო რაოდენობა. თუ n არის მოლეკულების კონცენტრაცია (მოლეკულების რაოდენობა 1 მ 3-ში), მაშინ N \u003d nV. ამ განტოლებიდან ვიღებთ

იმისათვის, რომ თხევადი მოლეკულა გადახტეს ერთი წონასწორული პოზიციიდან მეორეზე, უნდა დაირღვეს ბმები მიმდებარე მოლეკულებთან და შეიქმნას ბმები ახალ მეზობლებთან. ობლიგაციების გაწყვეტის პროცესი მოითხოვს ენერგიის E a (აქტივაციის ენერგია) ხარჯვას, რომელიც გამოიყოფა ახალი ობლიგაციების წარმოქმნის დროს. მოლეკულის ასეთი გადასვლა ერთი წონასწორული პოზიციიდან მეორეზე არის გადასვლა E a სიმაღლის პოტენციურ ბარიერზე. მოლეკულა იღებს ენერგიას პოტენციური ბარიერის დასაძლევად მეზობელი მოლეკულების თერმული მოძრაობის ენერგიის გამო. რელაქსაციის დროის დამოკიდებულება სითხის ტემპერატურაზე და აქტივაციის ენერგიაზე გამოიხატება ბოლცმანის განაწილების ფორმულით (იხ. § 2.4).

სადაც τ 0 არის მოლეკულის საშუალო რხევის პერიოდი წონასწორული პოზიციის გარშემო.

მოლეკულის საშუალო გადაადგილების ცოდნა, რომელიც უდრის δ მოლეკულებს შორის მანძილს და საშუალო დროს τ, შეგვიძლია განვსაზღვროთ მოლეკულების მოძრაობის საშუალო სიჩქარე სითხეში:

ეს სიჩქარე მცირეა გაზში მოლეკულების საშუალო სიჩქარესთან შედარებით. მაგალითად, წყლის მოლეკულებისთვის ის 20-ჯერ ნაკლებია, ვიდრე იმავე ტემპერატურაზე ორთქლის მოლეკულებისთვის.

მოლეკულების განაწილება პოტენციალურ ველში

გრავიტაციული ძალები (ბოლცმანის განაწილება)

აირების MKT-ისა და მაქსველის განაწილების ძირითადი განტოლების გამოყვანისას ჩავთვალეთ, რომ გარეგანი ძალები არ მოქმედებს გაზის მოლეკულებზე, რაც ნიშნავს, რომ მოლეკულები ერთნაირად ნაწილდება მოცულობაზე. თუმცა, ნებისმიერი გაზის მოლეკულები ყოველთვის დედამიწის გრავიტაციის პოტენციურ ველშია. გრავიტაცია, ერთი მხრივ, და მოლეკულების თერმული მოძრაობა, მეორე მხრივ, იწვევს გარკვეულ სტაციონარულ მდგომარეობას, რომელშიც გაზის წნევა მცირდება სიმაღლის მატებასთან ერთად.

მივიღოთ წნევის ცვლილების კანონი სიმაღლესთან, თუ ვივარაუდებთ, რომ მთელ სიმაღლეზე: გრავიტაციული ველი ერთგვაროვანია (g = const); ტემპერატურა იგივეა (T = const); ყველა მოლეკულის მასა ერთნაირია.

დაე, წნევა p იყოს h სიმაღლეზე. შემდეგ h + dh სიმაღლეზე წნევა არის p + dp. უფრო მეტიც, თუ dh >0, მაშინ dp< 0. (р + dp) – р = – r·g·dh. Из уравнения состояния Менделеева-Клапейрона, имеем:

ახლა ან .

მოდით გავაერთიანოთ მარჯვენა და მარცხენა მხარეები:

; .

სად, . (26)

ეს არის ე.წ. ბარომეტრული ფორმულა. ეს საშუალებას გაძლევთ განსაზღვროთ ატმოსფეროს წნევა ზღვის დონიდან სიმაღლის ფუნქციის მიხედვით:

. (27)

რადგან წნევა პირდაპირპროპორციულია მოლეკულების კონცენტრაციის, მაშინ შეგიძლიათ მიიღოთ მოლეკულების კონცენტრაციის ცვლილების კანონი სიმაღლით, იმ პირობით, რომ ტემპერატურა არ იცვლება სიმაღლეზე (T = const):

. (28)

იმის გათვალისწინებით, რომ M = m∙N A , და R = k∙N A (27)-დან მივიღებთ:

რადგან mgh = U(h) არის ერთი მოლეკულის პოტენციური ენერგია h სიმაღლეზე, მაშინ

(30)

არის ბოლცმანის განაწილება.

შეჯახების რაოდენობა და იდეალური გაზის მოლეკულების საშუალო თავისუფალი გზა.

ქაოტური მოძრაობის შედეგად გაზის მოლეკულები განუწყვეტლივ ეჯახება ერთმანეთს. ორ თანმიმდევრულ შეჯახებას შორის მოლეკულა გადის გარკვეულ გზას λ, რომელსაც ეწოდება საშუალო თავისუფალი გზა . ზოგადად, ამ ბილიკის სიგრძე განსხვავებულია, მაგრამ მას შემდეგ შეჯახების რაოდენობა ძალიან დიდია, მოძრაობა კი შემთხვევითი, შემდეგ მუდმივ გარე პირობებში შეგვიძლია ვისაუბროთ საშუალო თავისუფალ გზაზე - . თუ მოცემული აირის მოლეკულები საშუალოდ 1 წამს განიცდიან შეჯახებას, მაშინ

სად არის მოლეკულების საშუალო არითმეტიკული სიჩქარე.

ჩვენ განვიხილავთ იდეალური გაზის მოლეკულებს სფეროებად. ცხადია, შეჯახება მოხდება, თუ ორი მოლეკულა მიუახლოვდება მანძილს, რომელიც უდრის ორ რადიუსს, ანუ მოლეკულების დიამეტრს d. მინიმალურ მანძილს, რომელსაც ორი მოლეკულის ცენტრი უახლოვდება შეჯახების დროს, ეწოდება მოლეკულების ეფექტური დიამეტრი. ეს პარამეტრი დამოკიდებულია და, შესაბამისად, გაზის ტემპერატურაზე.

რომ განვსაზღვროთ, წარმოიდგინეთ მოლეკულა ეფექტური დიამეტრით d, რომელიც მოძრაობს სიჩქარით სხვა მოლეკულებს შორის, რომლებიც ამავე დროს რჩებიან უმოძრაო. ეს მოლეკულა შეეჯახება ყველა მოლეკულას, რომლის ცენტრები მდებარეობს d რადიუსის "გატეხილი" ცილინდრის შიგნით. ეს ნიშნავს, რომ უდრის მოლეკულების რაოდენობას ამ ცილინდრის მოცულობაში

სადაც n არის მოლეკულების კონცენტრაცია და V არის ცილინდრის მოცულობა: . Ამის გათვალისწინებით -

. (32)

სხვა მოლეკულების მოძრაობის გათვალისწინება ზრდის შეჯახების რაოდენობას ფაქტორით. საბოლოოდ, z-სთვის მივიღებთ:

. (33)

მერე (34)

რადგან p ~ n, მაშინ სხვადასხვა გარე პირობებისთვის გვაქვს:

ჰაერისთვის n.o. (p \u003d 760 მმ Hg; t 0 \u003d 0 0 С): z \u003d 10 9 s -1, a \u003d 5 ∙ 10 -8 მ.

ტრანსფერის ფენომენები

თერმოდინამიკურად არაბალანსირებულ სისტემებში, ე.ი. სისტემებში, რომლებისთვისაც მაკროპარამეტრების მნიშვნელობები (T, p, ) განსხვავებულია მის სხვადასხვა წერტილში, ხდება შეუქცევადი პროცესები, რომლებიც ე.წ. სატრანსპორტო ფენომენები . ასეთი პროცესების შედეგად, ენერგია გადადის სისტემის ერთი ლოკალური უბნიდან მეორეზე (თერმული გამტარობის ფენომენი), მასა (დიფუზიის ფენომენი), იმპულსი (შიდა ხახუნი), მუხტი და ა.შ. ეს იწვევს მაკროპარამეტრების მნიშვნელობების გასწორებას სისტემის მოცულობის მიხედვით. ცხადია, რომ ნებისმიერი მნიშვნელობის გადატანა აიხსნება ადგილიდან ადგილზე გადასვლით გარკვეული რაოდენობის ნაწილაკების (მოლეკულები და ატომები) მათი ქაოტური მოძრაობის შედეგად.

ჩვენ ვიღებთ ზოგად სატრანსპორტო განტოლებას თვითნებური მიმართულებით. მივმართოთ O ღერძი მის გასწვრივ X(სურათი 3). გონებრივად გამოვყოთ სიბრტყის ელემენტი ∆S ფართობით, O-ზე პერპენდიკულარული X. მოძრაობის შემთხვევითობის გამო ∆t–დან ∆S–მდე დროის განმავლობაში O–ს მიმართულებით Xგადაადგილება N ნაწილაკები:

(1)

აქ n არის მოლეკულების (ატომების) კონცენტრაცია და არის მათი საშუალო არითმეტიკული სიჩქარე. ΔS-ში გავლისას, თითოეული მოლეკულა გადასცემს თავის თანდაყოლილ მასას, მუხტს, იმპულსს, ენერგიას ან მის სხვა მახასიათებლებს. ერთი მოლეკულის მიერ გადატანილი სიდიდის მნიშვნელობა ფ ასოთი ავღნიშნოთ. შემდეგ დროში ∆t გადის ∆S ფართობი O ღერძის მიმართულებით Xგადაეცემა ფიზიკური რაოდენობის რაოდენობა

(2).

ცხადია, თუ კონცენტრაცია მარჯვნივ არის ასევე n, მაშინ იგივე რაოდენობის ნაწილაკები გადაადგილდებიან მარჯვნიდან მარცხნივ. იმათ. შედეგად მიღებული გადაცემა ამ შემთხვევაში არის ნული: ΔN = 0 და ΔNφ = 0.

თუ გარემო არაერთგვაროვანია, ე.ი. ან ნაწილაკების კონცენტრაცია ან φ მნიშვნელობები ნაწილაკებისთვის მარცხნივ და მარჯვნივ არ არის იგივე, მაშინ უფრო სავარაუდო იქნება გადასვლები რეგიონებიდან, სადაც (nφ) მნიშვნელობა უფრო დიდია იმ რეგიონში, სადაც ის უფრო მცირეა. თუ დავუშვებთ, რომ (nφ) 1 > (nφ) 2, მაშინ φ-ს მნიშვნელობის შედეგად მიღებული გადაცემა განისაზღვრება მიმართებით: . (3)

მინუს ნიშანი (3) ასახავს იმ ფაქტს, რომ მნიშვნელობა (nφ) მცირდება გადაცემის მიმართულებით.

მოდით გავარკვიოთ, თუ რა მანძილზე უნდა იქნას მიღებული ∆S მარცხნივ და მარჯვნივ მნიშვნელობები (nφ). რადგან მოლეკულების ფიზიკური მახასიათებლების ცვლილება ხდება მხოლოდ შეჯახების დროს, ხოლო შეჯახებამდე თითოეულმა მოლეკულამ გაიარა თავისუფალი გზის ტოლი მანძილი, მაშინ შეგვიძლია ვივარაუდოთ, რომ (nφ) მოლეკულები უცვლელი რჩება თავისუფალი გზის ტოლ მანძილზე. ∆S-ის მარცხნივ და მარჯვნივ. გავყოთ და გავამრავლოთ (3)-ის მარჯვენა მხარე 2-ზე:

რაოდენობების განაწილება ნებისმიერი მიმართულებით განისაზღვრება მახასიათებლით, რომელსაც გრადიენტი ეწოდება. გრადიენტი არის სიდიდის ცვლილება ერთეულის სიგრძის ტოლ მანძილზე.

ამ შემთხვევაში, კოორდინატთან არსებულ წერტილში X 2 გადასაცემი მნიშვნელობის მნიშვნელობა არის (nφ) 2 და წერტილში X 1 – (nφ) 1, შემდეგ nφ მნიშვნელობის გრადიენტის ქვეშ, გადატანილი O ღერძის გასწვრივ Xადამიანმა უნდა გაიგოს ურთიერთობა:

მერე nφ-ის გრადიენტი ∆S რეგიონში.

. (5)

(5) არის გადაცემის ზოგადი განტოლება.

დიფუზია არის მატერიის მასის გადაცემა . იმ პირობით, რომ მოლეკულების მასები ერთნაირია (m 0 = const), გაზის ტემპერატურა იგივეა მოცულობით (T = const) და სიჩქარის განაწილება ერთგვაროვანია მოცულობაზე ( = const), ჩაანაცვლებს მასის მასას. მოლეკულა (5) φ-ის ნაცვლად, ვიღებთ:

ან . (6)

ეს ფიკის კანონია. D = არის დიფუზიის კოეფიციენტი. [D] \u003d მ 2/წმ.

თბოგამტარობა არის ენერგიის გადაცემა . იმ პირობით, რომ მოლეკულების კონცენტრაცია გაზის მთელ მოცულობაზე (n \u003d const), მოლეკულების მასები იგივეა (m 0 \u003d const), სიჩქარის განაწილება მოცულობაზე ერთგვაროვანია (\u003d const), და ერთი მოლეკულის მთარგმნელობითი მოძრაობის საშუალო კინეტიკური ენერგია მივიღებთ ფურიეს კანონს:

, ან . (7)

- თბოგამტარობის კოეფიციენტი. [χ] \u003d W / (m K) \u003d kg m / (s 3 K).

სიბლანტე არის იმპულსის გადაცემა პარალელურ ფენებს შორის, რომლებიც მოწესრიგებულად მოძრაობენ სიჩქარით. u 1 და u 2. იმ პირობით, რომ გაზის მთელ მოცულობაზე მოლეკულების კონცენტრაცია არის n = const, მოლეკულების მასები იგივეა (m 0 = const), სიჩქარის განაწილება მოცულობაზე ერთგვაროვანია ( = const) და იმპულსი. ერთი მოლეკულის მოდული, რომელიც დაკავშირებულია ფენების მოწესრიგებული მოძრაობის სიჩქარესთან φ = p = m 0 u, ფენების ურთიერთქმედების ძალის იმპულსისთვის გვაქვს:

ან . ()

ეს არის ნიუტონის განტოლება, რომელიც განსაზღვრავს შიდა ხახუნის ძალის (სიბლანტის) სიდიდეს. არის განივი სიჩქარის გრადიენტი, რომელიც ახასიათებს მიმართულებით სიჩქარის ცვლილების სიჩქარეს Xპერპენდიკულარული ფენების მოძრაობის მიმართ. η – სიბლანტის დინამიური კოეფიციენტი . [η] = Pa s.

მოლეკულური ძალები

მოლეკულებს შორის ურთიერთქმედების ძალები, ან, როგორც მათ ასევე უწოდებენ, ვან დერ ვაალის ძალებს, ელექტრული ხასიათისაა. ეს არის დამუხტული ნაწილაკების ურთიერთქმედების კულონის ძალები, რომლებიც ქმნიან ატომებსა და მოლეკულებს. ისინი ჩნდებიან დისტანციებზე, რომლებიც შეესაბამება თავად მოლეკულების ზომას და ძალიან სწრაფად მცირდება მანძილის ზრდასთან ერთად. ამავდროულად, მიმზიდველი ძალები (საპირისპირო მუხტების ურთიერთქმედება) და საგრებელი ძალები (მსგავსი მუხტების ურთიერთქმედება) ერთდროულად მოქმედებენ. რადგან რეალური ნაწილაკები არ არის წერტილი, მაშინ ამ ძალების სიდიდე დამოკიდებულია მათ შორის მანძილზე სხვადასხვა გზით.

ვან დერ ვაალის ძალების სამი ტიპი არსებობს:

ა) ორიენტაცია - მოქმედებს პოლარულ მოლეკულებს შორის:

სადაც р არის ნაწილაკების ელექტრული დიპოლური მომენტი, r არის მათ შორის მანძილი, k არის ბოლცმანის მუდმივი, Т არის თერმოდინამიკური ტემპერატურა.

ბ) ინდუქცია – აღწერეთ მოლეკულების ურთიერთქმედება, პოლარიზაცია

მუხტები, რომლებიც წარმოიქმნება მეზობელი ნაწილაკების ელექტრული ველების გავლენის ქვეშ:

აქ: р ind = ε 0 αЕ – ნაწილაკების შეძენილი ელექტრული დიპოლური მომენტი; α არის მოლეკულების პოლარიზებადობა.

in) დისპერსიას - განსაზღვრეთ მოლეკულების ურთიერთქმედება, რომელშიც ასიმეტრიული მუხტის განაწილება ხდება შემთხვევით, ორბიტების გასწვრივ ელექტრონების გადაადგილების პროცესში, რაც იწვევს მყისიერი დიპოლების წარმოქმნას:

ზოგადად, სამივე ტიპის ძალებს შეუძლიათ ერთდროულად იმოქმედონ:

F m \u003d F o + F და + F d.

განვიხილოთ მოლეკულათაშორისი ურთიერთქმედების ძალების დამოკიდებულება მანძილზე. მიზიდულობის ძალები F pr ითვლება უარყოფითად, ხოლო მოგერიების ძალები F-დან დადებითად. ამ ძალების ჯამი იძლევა შედეგს - Fres = f(r). გარკვეულ მანძილზე r 0 მოლეკულებს შორის |F pr | = |F-დან | და შედეგად მიღებული ძალა F \u003d F pr + F დან \u003d 0. თუ r< r 0 , то преобладают силы отталкивания. Если r >r 0, მაშინ ჭარბობს მიზიდულობის ძალები. თუმცა, r> 10 -9 მ მანძილზე, ვან დერ ვაალის ძალები სწრაფად მიისწრაფვიან ნულისკენ.

ურთიერთქმედების მოლეკულების სისტემას ახასიათებს პოტენციური ენერგიის გარკვეული რეზერვი, რომელიც დამოკიდებულია r-ზე კომპლექსურად, E p = f(r):

r → ∞ – E p → 0 ;

r > r 0 და r → r 0 - E p → E p min, E p< 0 ;

r \u003d r 0 - E p \u003d E p min, E p< 0;

რ< r 0 и уменьшается – Е п → ∞, Е п > 0.

ურთიერთქმედების უმცირეს პოტენციურ ენერგიას ეწოდება მოლეკულების შებოჭვის ენერგია. ეს უდრის სამუშაოს, რომელიც უნდა გაკეთდეს მიზიდულობის ძალების წინააღმდეგ, რათა განცალკევდეს წონასწორობაში მყოფი მოლეკულები.

მინიმალური პოტენციური ენერგიის თანაფარდობა (E p min) და თერმული მოძრაობის გაორმაგებული საშუალო ენერგიის მნიშვნელობა თავისუფლების ერთ გრადუსზე არის ნივთიერების აგრეგაციის მდგომარეობის კრიტერიუმი. Თუ:

ა) E p min<< kT – газ;

ბ) E p min » kT – სითხე;

გ) E p min >> kT არის მყარი სხეული.

ამრიგად, ნებისმიერი ნივთიერება, ტემპერატურის მიხედვით, შეიძლება იყოს აგრეგაციის აირად, თხევად ან მყარ მდგომარეობაში.

აირების, სითხეების და მყარი სხეულების სტრუქტურული მახასიათებლები

რ.ნ.გრაბოვსკი. ფიზიკის კურსი. 1980, გვ 168-174.

უძრავი აირები

მოლეკულური კინეტიკური თეორიის განტოლებები საკმაოდ კარგად აღწერს რეალური აირების ქცევას საკმარისად მაღალ ტემპერატურაზე და დაბალ წნევაზე. ეს გასაგებია, რადგან რეალური გაზის ასეთი მდგომარეობა ყველაზე ახლოს არის იდეალური გაზის მოდელთან, რომლის საფუძველზეც მიღებულია MKT-ის ყველა დასკვნა. თუმცა, წნევის მატებასთან და ტემპერატურის კლებასთან ერთად, მოლეკულებს შორის საშუალო მანძილი მცირდება და მოლეკულური ურთიერთქმედების ძალები იზრდება. მაგალითად, ნ.ო. მოლეკულების მოცულობა არის გაზის მიერ დაკავებული მოცულობის 1/10000, ხოლო 500 ატმ (500 მპა) წნევის დროს ეს უკვე იქნება გაზის მთლიანი მოცულობის ნახევარი. აშკარაა, რომ ამ პირობებში MKT-ის კანონები წყვეტს მუშაობას, მაგალითად, PV ¹ const at T = const.

ამრიგად, ამოცანაა მივიღოთ რეალური გაზის მდგომარეობის ისეთი განტოლება, რომელიც ითვალისწინებს მოლეკულების მოცულობას და მათ ურთიერთქმედებას.

©2015-2019 საიტი
ყველა უფლება ეკუთვნის მათ ავტორებს. ეს საიტი არ აცხადებს ავტორობას, მაგრამ უზრუნველყოფს უფასო გამოყენებას.
გვერდის შექმნის თარიღი: 2016-02-13

მყარი ნივთიერებების მსგავსად, სითხეები ოდნავ შეკუმშვადია და აქვთ მაღალი სიმკვრივე; გაზების მსგავსად, ისინი იღებენ ჭურჭლის ფორმას, რომელშიც ისინი მდებარეობს. სითხეების თვისებების ეს ბუნება დაკავშირებულია მათი მოლეკულების თერმული მოძრაობის მახასიათებლებთან. აირებში მოლეკულები მოძრაობენ შემთხვევით, მოკლე დისტანციებზე ისინი წინ მიიწევენ და ნაწილაკების განლაგებაში არ არის წესრიგი. კრისტალურ სხეულებში ნაწილაკები ირხევიან გარკვეული წონასწორული პოზიციების ირგვლივ - კრისტალური მედის კვანძები. Ya.I. Frenkel-ის თეორიის მიხედვით, სითხის მოლეკულები, ისევე როგორც მყარი სხეულის ნაწილაკები, ირხევიან წონასწორობის პოზიციების გარშემო, მაგრამ ეს წონასწორული პოზიციები არ არის მუდმივი. გარკვეული დროის გასვლის შემდეგ, რომელსაც ეწოდება "დამკვიდრებული სიცოცხლის დრო", მოლეკულა გადახტება ახალ წონასწორულ პოზიციაზე მეზობელ მოლეკულებს შორის საშუალო მანძილის ტოლი მანძილით.

იმისათვის, რომ თხევადი მოლეკულა გადახტეს ერთი წონასწორული პოზიციიდან მეორეზე, უნდა დაირღვეს ბმები მიმდებარე მოლეკულებთან და შეიქმნას ბმები ახალ მეზობლებთან. ობლიგაციების გაწყვეტის პროცესი მოითხოვს ენერგიის E a (აქტივაციის ენერგია) ხარჯვას, რომელიც გამოიყოფა ახალი ობლიგაციების წარმოქმნის დროს. მოლეკულის ასეთი გადასვლა ერთი წონასწორული პოზიციიდან მეორეზე არის გადასვლა E a სიმაღლის პოტენციურ ბარიერზე. მოლეკულა იღებს ენერგიას პოტენციური ბარიერის დასაძლევად მეზობელი მოლეკულების თერმული მოძრაობის ენერგიის გამო. რელაქსაციის დროის დამოკიდებულება სითხის ტემპერატურასა და აქტივაციის ენერგიაზე გამოიხატება ბოლცმანის განაწილების ფორმულით (იხ. § 2.4).

ზედაპირული დაძაბულობა

სითხისა და მისი გაჯერებული ორთქლის ინტერფეისებზე ორი შეურევადი სითხე, თხევადი და მყარი, წარმოიქმნება ძალები მიმდებარე მედიის სხვადასხვა მოლეკულური ურთიერთქმედების გამო.

ზედაპირული დაძაბულობა (ზედაპირული დაძაბულობის კოეფიციენტი) განისაზღვრება მუდმივ ტემპერატურაზე სითხის გარკვეული ზედაპირის შექმნაზე დახარჯული სამუშაოს თანაფარდობით ამ ზედაპირის ფართობთან:

სითხეების სტაბილური წონასწორობის პირობა არის ზედაპირული ფენის მინიმალური ენერგია, შესაბამისად, გარე ძალების არარსებობის ან უწონადობის პირობებში, სითხეს აქვს მინიმალური ზედაპირის ფართობი მოცემული მოცულობისთვის და იღებს ფორმას. ბურთი.

ზედაპირის დაძაბულობა შეიძლება განისაზღვროს არა მხოლოდ ენერგიულად. სითხის ზედაპირული ფენის შეკუმშვის სურვილი ნიშნავს ამ ფენაში ტანგენციალური ძალების არსებობას - ზედაპირული დაძაბულობის ძალებს. თუ აირჩევთ l სიგრძის სეგმენტს სითხის ზედაპირზე (ნახ. 7.8), მაშინ შეგიძლიათ პირობითად გამოსახოთ ეს ძალები სეგმენტზე პერპენდიკულარული ისრებით.

პორტალი სტუდენტისთვის. თვითმმართველობის ტრენინგი

ᲓᲐᲙᲐᲕᲨᲘᲠᲔᲑᲣᲚᲘ ᲡᲢᲐᲢᲘᲔᲑᲘ