E-učionica za učenje fizike

Arhiva za kategoriju ‘Fizika velikog broja molekula’

Osobine gasova

gas

Molekuli idealnog gasa u jediničnoj zapremini, kreću se u svim pravcima podjednako. slika: quantumfreak.com

Rastojanje između molekula gasa je veće od 10 exp(-10)m što odgovara radijusu međumolekularnog delovanja. Ako se delovanje između molekula zanemari – govorimo o modelu idealnog gasa a ako se delovanje između molekula uzima u obzir govorimo o realnom gasu.

U prirodi postoji 11 elemenata koji su gasovitom stanju pod normalnim uslovima. To su plemeniti gasovi (monoatomski) i dvoatomski.

periodni-1

Periodni sistem elemenata. Crvenom bojom je označeno 11 elemenata koji se u normalnim uslovima nalaze u gasovitom stanju. slika:http://www.readbag.com/helix-chem-bg-ac-rs-mmilcic-opsta-hemija-predavanje4

Fizičke veličine kojima se opisuje stanje gasa a mogu se meriti su: zapremina – V, temperatura – T i pritisak – P.

Zapremina gasa je jednaka zapremini suda. Gasovi nemaju stalnu zapreminu, već zauzimaju celokupnu  zapreminu suda u kome se nalaze. Molekuli gasa zauzimaju samo 0,1% od ukupne zapremine, ostalo je prazan prostor. Zato se gasovi mogu sabijati.

Temperatura je mera zagrejanosti tela. Kog gasova temperatura zavisi isključivo od kinetičke energije molekula gasa. Temperaturu merimo termometrom.

Pritisak nastaje zbog međusobnog sudaranja molekula kao i zbog sudara između molekula i suda u kome se gas nalazi. Gas vrši pritisak na sud u kome se nalazi i taj pritisak se može izmeriti. Pritisak je po definiciji brojno jednak sili koja deluje po jedinici površine (P=F/S). Pritisak gasa je isti u celom sudu.

Kako merimo pritisak gasa?

Manometar je uređaj za merenje pritiska gasa većeg od atmosferskog. Manometar može biti sa otvorenim i zatvorenim krajem. Princip rada je isti i zasnovan na principu spojenih sudova. Cev oblika slova U je ispunjena tečnošću (voda, živa ili alkohol). Jedan kraj cevi je otvoren ili zatvoren a drugi spojen sa sudom u kome se nalazi gas čiji pritisak merimo. Tečnost u cevi se pomera u zavisnosti od razlike pritisaka na krajevima cevi. Merenje pritiska gasa ili atmosferskog pritiska prikazano je na slici:

Barometar je uređaj za merenje atmosferskog pritiska. Vakumometar je uređaj za merenje pritiska manjeg od atmosferskog.

Advertisements

Površinski napon

Površinski napon nastaje na graničnoj površini između tečnosti i gasova kao posledica međumolekularnih sila i teži da smanji površinu tečnosti.

Na slici se vidi kako je rezultujuća sila između molekula u unutrašnjosti tečnosti jednaka nuli, što nije slučaj na površini tečnosti. Upravo je to razlog zbog kojeg nastaje sila površinskog napona koja vuče molekule sa površine vode ka unutrašnjosti i čini da se tečnost ponaša kao elastična membrana.

povrsinski napon

Molekuli tečnosti na površini i u unutrašnjosti nisu izloženi delovanju iste rezultujuće sile, slika: sr.wikipedia.org

Koeficjent površinskog napona je mera površinskog napona tečnosti.

Definiše se na dva načina:

  1. Koeficjent površinskog napona brojno je jednak sili površinskog napona po jedinici dužine granične linije tečnosti; γ=F/Δl; jedinica N/m
  2. Koeficjent površinskog napona brojno je jednak radu izvršenom pri promeni površine tečnosti za jediničnu vrednost; γ=A/ΔS; jedinica J/m2

Koeficjent površinskog napona zavisi od prirode (hemijskog sastava) tečnosti i temperature. Površinski napon opada sa povećanjem temperature.

tabela-1

Sa porastom temperature tečna tela povećavaju svoju zapreminu zbog povećanja međumolekulskih rastojanja.

Primeri površinskog napona (neke od ovih primera možete probati i sami kod kuće):

1. Na primer pokušajte da stavite novčić na površinu vode. Šta će se desiti? Novčić ostaje na površini vode baš zbog sila površinskog napona.

coin_on_water

novčić na površini vode, slika: sr.wikipedia.org

2.  Insekt male mase stoji na površini vode. Kako? Naravno, zahvaljujući sili površinskog napona

Paarung_crop

insekt na površini vode, slika: sr.wikipedia.org

3. Metalna spajalica na površini vode stoji zbog delovanja sile površinskog napona

120px-Surface_Tension_01

Metalna spajalica na površini vode, slika: sr.wikipedia.org

4. Mehurić od sapunice

soap_bubble_1

Mehurić od sapunice, savršen sferni oblik, slika: sr.wikipedia.org

5. Jutarnja rosa

92px-Dew_on_a_Equisetum_fluviatile_Luc_Viatour

Savršene sfere jutarnje rose, slika: sr.wikipedia.org

U poslednja dva primera primećujemo da tečnost formira savršene sfere. Zašto se to događa?

Zato što je za formiranje sfere potrebna najmanja moguća energija (manja nego za formiranje bilo kog drugog oblika upravo zbog najmanje površine). Na taj način „priroda štedi energiju“.

Hukov zakon

Normalan napon je srazmeran relativnom istezanju.

Normalan napon: σ=F/S

Relativno istezanje: ε=ΔL/L

Grafik zavisnosti relativnog istezanja od normalnog napona

hukov-grafik novo

Eksperimentalni grafik Hukovog zakona

OA –oblast u kojoj  važi Hukov zakon (oblast proporcionalnosti)

AB – oblast u kojoj ne važi Hukov zakon

OB – oblast elastičnih deformacija

Normalni napon u tački A naziva se granica proporcionalnosti, a u tački B- granica elastičnosti

BC-plastične deformacije

CD- telo se ponaša kao fluid (ne pruža otpor promeni dužine)

Iznad tačke D raste otpor istezanju

E-granica čvrstine tela (pri tom naponu dolazi do kidanja tela)

Elastičnost čvrstih tela je posledica svojstava međumolekulskih sila i strukture tela.

Uzajamno delovanje molekula

Molekuli su složeni sistemi sastavljeni od elektrona i atomskih jezgara. Na malim rastojanjima dolazi do uzajamnog električnog delovanja molekula – elektrona i jezgara jednog sa elektronima drugog molekula. To su sile kratkog dometa: molekuli deluju samo na svoje najbliže susede.


Grafik zavisnosti rezultantne sile od sila privlačenje (ispod x ose) i odbijanja (iznad x ose)

grafik-zavisnosti-novo

Grafik zavisnosti rezultantne sile od sila privlačenja i odbijanja dva molekula A i B od rastojanja x između njihovih centara

Molekuli su obeleženi sa A i B

X0 – položaj stabilne ravnoteže molekula

Xm- radijus molekulskog delovanja je reda veličine 10exp(-10)m

Agregatnja stanja

Čvrsto agregatno stanje: molekuli se nalaze u položajima koji prave kristalnu rešetku. Molekuli mogu da osciluju oko položaja ravnoteže. Zagrevanjem tela povećava se njegova unutrašnja energija, amplitude oscilovanja rastu što utiče na porast udaljenosti između molekula.

Tečno agregatno stanje: rastojanja između molekula su velika i kristlna rešetka je razrušena. Molekuli imaju veću slobodu kretanja (mogu da razmene mesta ili klize jedni uz druge) ali ne mogu da se udalje na rastojanja veća od radijusa molekularnog delovanja.

Gasovito agregatno stanje: molekuli se kreću slobodno i na rastojanjima većim od radijusa molekularnog delovanja. Sile uzajamnog delovanja molekula mogu da se zanemare.

Ponovite gradivo i zabavite se uz naučnu simulaciju:

Međumolekulsko delovanje i agregatna stanja na Engleskom jeziku pogledajte na:

Oblak oznaka

%d bloggers like this: