Сөж тақырыбы: Қатты денелердің жылулық кеңеюі Орындаған: Абдурасулов Н. А тобы: еп-20-2К Қабылдаған: Ортаева К. А шымкент 2023 жоспар кіріспе Негізгі бөлім
жүктеу/скачать 0,51 Mb.
|
- Бұл бет үшін навигация:
- Қорытынды Пайдаланылған әдебиеттер Шымкент – 2023
|
Қазақстан Республикасының ғылым және жоғарғы білім министрлігі «М. Әуезов атындағы Оңтүстік Қазақстан университеті» «Жаратылыстану ғылымдары және педагогикасы» ЖМ Физика кафедрасы Физиканың заманауи әдістері пәнінен СӨЖ Тақырыбы: Қатты денелердің жылулық кеңеюі Орындаған: Абдурасулов Н.А Тобы: ЕП-20-2К Қабылдаған: Ортаева К.А Шымкент - 2023 ЖОСПАР Кіріспе Негізгі бөлім І. Қатты денелердің жылулық ұлғаюы. ІІ. Термиялық кеңею. ІІІ. Аморфты және кристалды денелер. Қорытынды Пайдаланылған әдебиеттер Шымкент – 2023 Қатты денелердің жылулық кеңеюі Қатты денелердегі бөлшектердің бір-бірімен әсерлесу энергиясының олардың бір-бірінен ара қашықтығына тәуелділігі қисығына көңіл аударайық (2.23.-сурет). (2.23.-сурет). Абсолют ноль температурада бөлшектер бір-бірінен r0 ара қашықтықта болып, минимальды U0 әсерлесу энергияға ие, яғни бөлшек авс потенциал сызығының түбінде жатады. Бұл ара қашықтықтар абсолют ноль температурадағы дененің өлшемін анықтайды. Температура өскен сайын «О» тепе-теңдік орнынан бөлшектер тербеле бастайды. Мәселені жеңілдету мақсатында 1 бөлшек қозғалмайды деп есептеп, тек 2 бөлшек тербеледі дейік. Тербелетін бөлшек кинетикалық энергияға ие, оның максимал мәні Wm бөлшектің «О» тепе-теңдік нүктесіне сәйкес келеді. Екінші бөлшектің тепе-теңдік орнынан, яғни «О» нүктесінен солға қарай қозғалғанда, кинетикалық энергия бірінші бөлшекпен тебу күшіне қарсы жұмсалып, бұл екі бөлшектің әсерлесу потенциалдық энергиясына айналады. Бөлшектің солға ығысу шамасы, оның Wm кинетикалық энергиясы толығымен потенциалдық энергияға айналуға дейін болады, яғни Wm= . Бұл нүктеде бөлшектің потенциалдық энергиясы -ға дейін өсіп, оның потенциалдық энергиясы - шамасына тең болады, ал екінші бөлшек солға аралыққа дейін ығыса алады. Ал «екінші» бөлшектің оңға қозғалғанында оның кинетикалық энергиясы бұл бөлшекті «бірінші» бөлшектің өзіне тарту күшіне қарсы жұмсалады. Сонымен олардың бір-біріне әсерлесу потенциалдық энергияға айналады. Тепе-теңдік «О» нүктеден ара қашықтықта, яғни «В» нүктеде барлық кинетикалық энергия Wm потенциалдық энергияға айналады, соның арқасында «екінші» бөлшектің потенциалдық энергиясы = Wm шамаға өседі, яғни оның энергиясы - болады. Егер «2» бөлшек таза гармониялық тербеліс жасаса, онда бөлшектің тепе-теңдік «О» нүктеден шамаға ауытқыған кездегі пайда болған Ғ күш осы ауытқу шамасына тең болар еді және бұл Ғ күштің бағыты тепе-теңдікке, яғни «О» нүктеге бағытталған болады, яғни мынадай қатынасты жазуға болады: Бөлшек потенциалдық энергияның шамасына өзгеруі а'вс' парабола сызығы бойынша өзгерген болар еді, яғни мынадай қатынасты жазған болар едік: Бұл парабола ординатаға параллель вd тура сызығына симметриялы орналасқан. Сондықтан және бірдей болады, яғни ОА'= ОВ' және А'В' сызықтың орталығы «О» тепе-теңдік нүктесімен сәйкес келер еді. Бұл жағдайда денені қыздырғанда дененің кеңеюі орын алмаған болар еді, себебі температураның өсуі бөлшектің тек гармониялық тербеліс амплитудасын ұлғайтады, ал олардың орташа ара қашықтығы өзгермейді, яғни «О» нүктесіне сәйкес келеді. Ал шындығында авс потенциалдық қисық (2.23.-сурет) вd сызығына симметриялы емес, авс қисығының ва сол жағы вс оң жағына қарағанда елеулі тіктеу, сондықтан қатты денедегі бөлшектердің тербелісі ангармоникалық болады. Потенциал қисығының (авс) асимметриялығын ескеру үшін (2.29) формулаға қосымша қосындыны енгізу қажет, мұндағы g-пропорционал коэффициенті. Олай болса, (2.29) формуланың түрі мынадай болады: бөлшектің оңға ығысқан кезінде, яғни >0 болғанда -тан алынады. Себебі вс потенциал сызығы вс' сызығына көлбеулеу, яғни <0 болғанда -қа қосылады, себебі ва қисығы ва'-тан тіктеу.Потенциалдық сызықтың симметриялық еместігінен «2» бөлшектің оңға және солға ығысуы бірдей шамада емес: бөлшектің оңға ығысуы солға ығысуынан көптеу (2.23.-сурет), соның арқасында бөлшектің орташа орны («О1») бөлшектің тепе-теңдіктегі нүктесіне («О» нүкте) сәйкес келмейді, ол оң жаққа шамаға ығысады. Бұл шама «1» және «2» бөлшектердің орташа ара қашықтығын шамасына ұлғайтады. Сонымен денені қыздырғанда, бөлшектердің бір-бірінен ара қашықтығы ұлғаяды және дене көлемін ұлғайтады. Температураның жоғарлауына байланысты қатты дене бөлшектерінің (молекулаларының) орташа қашықтығы артады, бұл олардың жылулық ұлғаюына әкеп соғады. Бұл денелердің температураға байланысты жылулық ұлғаюы сызықтық және көлемдік ұлғаю коэффициенттерімен сипатталады Сызықтық ұлғаю коэффициенті былай анықталады: (7.1) мұндағы дененің ұзындығы. Белгілі температуралар өзгерісінде нің орташа мәнін есептеп шығаруға болады: (7.2) Әдетте, айтарлықтай температура аралығында нің мәні темпера-тураға тәуелдіі сызықтық байланыста болады да, іс жүзінде сызықты ұлғаю коэффициентінің орташа мәнін оның жағдайында алынған бастапқы ұзындығына қатысты анықтайды: (7.3) Кристалдың анизотропиялық қасиетіне байланысты қатты денелердің сызықтық ұлғаю коэффициенті түрлі бағытта әр түрлі болуы мүмкін. Мысалы, кристаллографиялық остері бір-біріне перпендикуляр кристалдардың тік бұрышты параллелепипед пішінінде кесіп алынған бөлшегі үшін (үш бағытқа қатысты) деп жазуға болады, яғни параллелепипедтің температурадағы көлемі тең болады. Мұндағы Бұл өрнектегі мүшелерді көбейтіп, көбейтінділері бар қосылғыштарды және дәрежесі бірден жоғары қосылғыштарды, мәндері өте аз болғандықтан ескермей мынаны аламыз: (7.4) мұндағы изобаралық көлемдік ұлғаю коэффициенті. Кубті құрылымды кристалдар, сондай-ақ поликристалды және изотропты денелер үшін яғни (7.5) Жалпы қатты денелердің сызықтық ұлғаю коэффициентінің мәндері аз болады Қатты денелердің сызықтық ұлғаю коэффициенті жалпы жағдайда температураға байланысты, бұл әсіресе төменгі температурада жақсы білінеді де абсолютті нөл температураға жақындағанда Қатты денелерді қыздырған кезде олардың бойында фазалық, химиялқ өзгерістер өтетін болса, немесе болуы да мүмкін. Қатты денелер Термиялық кеңею («жылулық кеңею» термині де қолданылады) дененің температурасы өзгерген кезде оның сызықтық өлшемдері мен пішінінің өзгеруі. Тұрақты қысымда сұйықтар мен газдардың жылулық кеңеюі сандық жағынан изобарлық кеңею коэффициентімен (жылулық кеңеюдің көлемдік коэффициенті) сипатталады. Қатты заттардың термиялық кеңеюін сипаттау үшін қосымша сызықтық термиялық кеңею коэффициенті енгізіледі. Бұл қасиетті зерттейтін физика саласы дилатометрия деп аталады (дилатометрді қараңыз). Денелердің термиялық кеңеюі ауыспалы температура жағдайында жұмыс істейтін барлық қондырғыларды, аспаптарды және машиналарды жобалау кезінде ескеріледі. Жылулық кеңеюдің негізгі заңы сызықтық өлшемі бар денені айтады L сәйкес өлшемде оның температурасының артуымен ΔT және сыртқы механикалық күштердің болмауы мөлшерге кеңейеді ΔL мынаған тең: Қайда альфа – сызықтық термиялық кеңею коэффициенті деп аталатын коэффициент. Ұқсас формулалар дененің ауданы мен көлемінің өзгеруін есептеу үшін қол жетімді. Берілген қарапайым жағдайда, термиялық кеңею коэффициенті температураға да, кеңею бағытына да тәуелді болмаған кезде, зат жоғарыда келтірілген формулаға қатаң сәйкес барлық бағытта біркелкі кеңейеді. Егер қатты денеде кеңеюдің және басқа да термиялық әсерлердің негізгі механизмі кристалдық тордың тербеліс амплитудасының жоғарылауы болса, онда сұйықтық жағдайында ол жақын орналасқан Z көршілерінің санының азаюы болып табылады, ол қысқа мерзімді сипаттайды. диапазон тәртібі (кристалдың алыс және жақын аралығы бар, сұйықта тек қысқа диапазон бар, газ - жоқ; сондықтан кристалл көлемді де, пішінді де сақтайды, сұйықтық - тек көлемді, ал газ бар тұрақты көлем де емес, пішін де емес). Сондықтан сұйықтықтың ең жақын көршілерінің Z санымен сипатталатын қысқа диапазондағы топологиялық тәртіптің болуына негізделген сұйықтың қарапайым саңылау үлгісі жылулық кеңеюді және критикалық деңгейге дейінгі басқа температура әсерлерін жақсы сипаттайды. температура, кем дегенде, қарапайым сұйықтықтарда Аморфты және кристалды денелер Зат молекулаларының кинетикалық энергиясының олардың өзара әрекеттесуінің потенциал энергиясына қарағанда азаюы белгілі бір жағдайларда қатты күйдің пайда болуына әкеп соғады. Қатты денелер өздерінің физикалық қасиеттері, құрылымы жағынан бірінен-бірінің үлкен айырмашылықтары бар екі топқа, яғни кристалды және аморфты болып екіге бөлінеді. Аморфты денелер сұйықтар сияқты молекулааралық әрекеттесуле-рі бойынша тек бергі реттілікке ие болады. Аморфты дененің жақсы мысалы ретінде шынына айтуға болады. Мысалы, шыныны қатты суытылған, тұтқырлығы өте жоғары сұйық ретінде қарастыруға болады. Қатты аморфты денелер изотропты болады, яғни олардың қасиеттері барлық бағытта бірдей болады. Аморфты денелердің қасиеттерін сұйықтар сияқты теориялық тұрғыдан сипаттаудың бүгінге дейін қабылданған бірден-бір ілімі болмай отыр. Қорытынды Температураның жоғарлауына байланысты қатты дене бөлшектерінің (молекулаларының) орташа қашықтығы артады, бұл олардың жылулық ұлғаюына әкеп соғады. Термиялық кеңею («жылулық кеңею» термині де қолданылады) дененің температурасы өзгерген кезде оның сызықтық өлшемдері мен пішінінің өзгеруі. Тұрақты қысымда сұйықтар мен газдардың жылулық кеңеюі сандық жағынан изобарлық кеңею коэффициентімен (жылулық кеңеюдің көлемдік коэффициенті) сипатталады. Денелердің термиялық кеңеюі ауыспалы температура жағдайында жұмыс істейтін барлық қондырғыларды, аспаптарды және машиналарды жобалау кезінде ескеріледі. Зат молекулаларының кинетикалық энергиясының олардың өзара әрекеттесуінің потенциал энергиясына қарағанда азаюы белгілі бір жағдайларда қатты күйдің пайда болуына әкеп соғады. Қатты денелер өздерінің физикалық қасиеттері, құрылымы жағынан бірінен-бірінің үлкен айырмашылықтары бар екі топқа, яғни кристалды және аморфты болып екіге бөлінеді. Аморфты дененің жақсы мысалы ретінде шынына айтуға болады. Мысалы, шыныны қатты суытылған, тұтқырлығы өте жоғары сұйық ретінде қарастыруға болады. Қатты аморфты денелер изотропты болады, яғни олардың қасиеттері барлық бағытта бірдей болады. Пайдаланылған әдебиеттер: Cernuchi F., Eyring H. An Elementary Theory of the Liquid State // The Journal of Chemical Physics. — 1939. — Vol. 7, № 7. — P. 547—551. ↑ Липкин А. И. Дырочный механизм температурной зависимости объёма и скорости звука в жидкости // Акустический журнал. — 1992. — Т. 38, вып. 2. — С. 317-332. — УДК 538.951; 533.75(G). https://kzbydocs.com/docs/108/index-50481.html?page=5 https://stud.kz/prezentatsiya/id/25240 жүктеу/скачать 0,51 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|