skanuj0059

iii jiN! ill I jiLhiiiiiiiiiiM ...................mj-i.....w............^.. ;l;i;|:i, i| il: :N Uh;! ■ -ii..........

|U

I V w 1 u* podobieństwa cieczy i gazów nasunęły myśl, aby do opisu ruchu t i'il’iii ( /,c k w stanie ciekłym zastosować znane z teorii gazów równanie van der WhuInii

i. a/da cząsteczka cieczy podlega ciągle działaniu sił przyciągających podli nl,u|i-ydi od otaczających ją sąsiednich cząsteczek. Obok sił przyciągania, mi iiiiim iszych odległościach, zaczynają występować siły wzajemnego odpy-1 liiiiim Na podstawie mechaniki kwantowej można określić pochodzenie tych nil, okicślanych mianem sił van der Waalsa. Siły elektrostatyczne działająpo-inn;il.'.y elektronami i jądrami obu cząsteczek, albo ich dipolami. Mogą też polu w u sit; siły elektromagnetyczne związane z istnieniem momentów magne-l\i, nych cząsteczek oraz siły dyspersyjne, za które odpowiedzialne jest zjawi-iImi i u i wstawania i zanikania chwilowych dipoli, wskutek ruchów ładunków w "liięlnc cząsteczek. W wyniku tych oddziaływań występują pomiędzy czą-Nici /kami jednocześnie siły wzajemnego przyciągania i odpychania, a wartość mIv wypadkowej wyraża się wzorem:

gdzie: Cj i C2 są stałymi, r jest odległością pomiędzy cząsteczkami. W powyższym równaniu pierwszy wyraz odpowiedzialny jest za siły przyciągania, drugi za siły odpychania. Przy większych odległościach przewagę mają siły przyciągania, przy bardzo małych - odpychania (« < m).

Siłom van der Waalsa odpowiada energia potencjalna U, której zależność ud odległości r przedstawiono na rys.9. W punkcie ro występuje minimum energii potencjalnej, odpowiadające stanowi równowagi (r₀ = lCT^I0m). Dla odległości mniejszych od 10~⁹ m, siły te, zwane również siłami spójności, wywołujądostrzegalne zjawiska obserwowane w skali makroskopowej. Odległość tą nazywa się promieniem sfery działania.

I ateratura

11.1. Massalski, M.Massalska: Fizyka dla inżynierów, cz. 1. Wydawnictwo Naukowo-Techniczne, Warszawa 1980.

¹1 11.,Szydłowski: Pracownia fizyczna. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 1997.

11 I (.Kamieński (red.): Chemia fizyczna. PWN, Warszawa 1966.

Ćwiczenie 9

Wyznaczanie ciepła właściwego

1. Wprowadzenie

Przeprowadzenie doświadczenia mającego na celu wyznaczania ciepła właściwego ciał stałych i cieczy metodą opisaną w tym ćwiczeniu, a więc poprzez użycie kalorymetru, zasadniczo ogranicza się do wykonania odpowiednich pomiarów wagowych oraz pomiaru temperatury. Pełne zrozumienie tego ćwiczenia, a następnie poprawne opracowanie, wymaga znajomości nie tylko samej definicji ciepła właściwego, ale także ściśle związanych z nim pojęć takich jak temperatura oraz ciepło. Pełniejsze ujęcie tych zagadnień znajdzie czytelnik w literaturze cytowanej na końcu rozdziału.

1.1. Temperatura i jej pomiar

Pojęcia ciepła i temperatury prawie zawsze występują nierozłącznie. Dlatego też bardzo ważne jest zrozumienie jaką treść fizyczną zawiera każde z nich. Pojęcie temperatury bezwzględnej T jest możliwe do zdefiniowania tylko w ramach fizyki statystycznej. Jednakże stosunkowo łatwo można określić, co należy rozumieć pod pojęciem temperatury i (ale nie temperatury bezwzględnej!) jako wielkości mierzonej przy użyciu określonego termometru. Chodzi mianowicie o to, że czasami łatwiej jest powiedzieć jak się coś mierzy, niż do końca poprawnie zdefiniować mierzoną wielkość (tak rzecz się ma np. z czasem). Gdyby ktoś naiwnie powiedział, że temperatura to jest to „co odczytuje się z termometru”, to zasadniczo miałby rację. Ujmując to nieco bardziej ogólnie, wrażenie ciepła lub zimna jakie odczuwamy „odczuwa” również i materia, i w zależności od jej rodzaju obserwujemy takie a nie inne jej zachowanie. Mówimy zatem o konkretnym zachowaniu materii w miarę zmiany temperatury. Dla przykładu: metale (np. rtęć) rozszerzają się (czyli zwiększają swoją objętość) wraz ze wzrostem temperatury, gaz zamknięty w stałej objętości wraz ze wzrostem temperatury będzie zwiększał swoje ciśnienie, itp. Bardzo ciekawy przykład stanowi ogniwo termoelektryczne (czyli tzw. termoogniwo). Jeżeli zetkniemy ze sobą dwa przewody wykonane z dwóch różnych metali, a na-

Onrarrmrflł P YnrH^I