Зачем кастрюлю закрывают крышкой?

Предмет: Физика
Тип работы: Реферат
Язык: Русский
Дата добавления: 27.09.2019

 

 

 

 

 

  • Данный тип работы не является научным трудом, не является готовой выпускной квалификационной работой!
  • Данный тип работы представляет собой готовый результат обработки, структурирования и форматирования собранной информации, предназначенной для использования в качестве источника материала для самостоятельной подготовки учебной работы.

Если вам тяжело разобраться в данной теме напишите мне в whatsapp разберём вашу тему, согласуем сроки и я вам помогу!

 

По этой ссылке вы сможете найти много готовых рефератов по физике:

 

Много готовых рефератов по физике

 

Посмотрите похожие темы возможно они вам могут быть полезны:

 

Как удержать равновесие при хождении по канату?
Почему снежинки имеют шестигранную форму?
Почему уходящие вдаль рельсы сходятся?
Почему на Солнце бывают пятна?


Введение:

Кипение это процесс сильного испарения не только с поверхности жидкости, но и по всему ее объему. Для этого жидкость должна быть нагрета до достаточно высокой температуры. При кипении пузырьки содержат воздух и водяной пар. Пузырьки появляются в тех местах стенок сосуда, где нет полного смачивания. В таких местах могут быть следы жира на стене или небольшие трещины на ней. 

При постоянной температуре пузырь сохраняет свой размер, что означает, что давление изнутри и снаружи на его поверхности взаимно уравновешено. По мере повышения температуры пузырь постепенно расширяется до такой степени, что сумма давления воздуха и пара в нем остается равной внешнему давлению. Когда пузырь становится достаточно большим, плавучесть воды заставит его оторваться. 

Кипящие жидкости. Перегретая жидкость 

Поднимаясь вверх, оторванные пузырьки снова уменьшаются. Когда пузырь достигает верхних слоев воды, которые еще не успели нагреться, значительная часть водяного пара конденсируется в воду, и пузырь уменьшается. Это чередование увеличения и уменьшения пузырьков сопровождается звуками «шума». Кипение происходит при температуре, когда давление паров жидкости равно внешнему давлению. 

Всем известно, что вода кипит при 100 ° С. Но не следует забывать, что это верно только при нормальном атмосферном давлении (около 101 кПа). С повышением давления температура кипения воды увеличивается. Например, в кастрюлях скороварки пища готовится под давлением около 200 кПа. В этом случае температура кипения воды достигает 120 ° С. В воде с этой температурой процесс «варки» происходит намного быстрее, чем в обычной кипящей воде. Это объясняет название «скороварка». 

И наоборот, при уменьшении давления температура кипения воды становится меньше 100 ° C. Например, в горных районах (на высоте 3 км, где атмосферное давление составляет 70 кПа) вода кипит при 90 ° C. Следовательно, Жители этих районов, использующие такую ​​кипящую воду, готовят еду значительно дольше, чем жители равнин. А кипячение куриного яйца в этой кипящей воде, например, обычно невозможно, так как белок не свернется при температуре ниже 100 ° C. 

Давление насыщенного пара внутри пузырька, расположенного на поверхности жидкости, равно сумме внешнего давления на жидкость и давления под изогнутой поверхностью.

Если пузырь имеет размеры порядка нескольких миллиметров или более, вторым членом можно пренебречь. Например, для воды при температуре 100 ° C значение? = 58,8 10-3 Н / м, а если r = 1 мм, то 2? / G = 2 58,8 10-3 / 10-3 = 118 Па. В то же время нормальное атмосферное давление составляет 1,01 105 Па, что примерно в 1000 раз больше.

Итак, вскипание жидкости возможно, если она содержит пузырьки достаточно больших размеров (для воды около миллиметра). Кипение начнется, когда давление насыщенного пара станет равным внешнему давлению над поверхностью жидкости. Как мы уже установили, давление насыщенного пара определяется только температурой жидкости. Из условия следует, что температура кипения зависит от внешнего давления при увеличении внешнего давления, равно как и температура кипения. 

Уменьшение точки кипения жидкости также может сыграть полезную роль. Так, например, при нормальном атмосферном давлении жидкий фреон кипит при температуре около 30 ° С. При снижении давления температура кипения фреона может быть ниже 0 ° С. Его используют в испарителе холодильника. , Благодаря работе компрессора в нем создается пониженное давление, и фреон начинает превращаться в пар, отводя тепло от стенок камеры. За счет этого температура внутри холодильника снижается. 

Точки кипения разных веществ при одном и том же атмосферном давлении разные. Например, жидкий кислород кипит при 183 ° С, а железо при 2750 ° С. 

Разница температур кипения различных веществ широко используется в технике, например, в процессе перегонки нефти. Когда масло нагревается до 360 ° C, та его часть (мазут), которая имеет высокую температуру кипения, остается в нем, а те части с температурой кипения ниже 360 ° C испаряются. Бензин и некоторые другие виды топлива получают из генерируемого пара. 

Если вы кипятите воду в стеклянном сосуде в течение длительного времени, то количество мест на стенках сосуда, от которых отделяются пузырьки с паром, со временем уменьшается. Наконец, остается только одно или два таких места, но пузыри будут отрываться от них все реже и реже. Если вы измеряете температуру жидкости, то она будет повышена на 1-2 ° C по сравнению с начальной температурой кипения. 

Наличие пузырьков воздуха в жидкости является необходимым условием для спокойного кипения без выброса жидкости. Равновесие возможно только в том случае, если давление внутри пузырька больше, чем давление жидкости. Пузырь, содержащий только пары, не может образовываться внутри жидкости, если температура не очень высокая. Но, поскольку давление пара растет очень быстро с ростом температуры, при достаточно высокой температуре может образоваться пузырь, содержащий только пар, несмотря на условия, неблагоприятные для его роста. 

Перегретая жидкость используется в пузырьковых камерах, изобретенных Д. Глезером в 1952 году, для визуализации следов релятивистских заряженных частиц, то есть частиц, движущихся со скоростями, близкими к скорости света. Такие частицы создают очень мало ионов в газах, и их след в камере Вильсона не виден. В жидкостях, где молекулы плотно упакованы, такие частицы будут создавать значительно больше ионов, чем в газах, и трек может быть записан. Принцип работы пузырьковой камеры аналогичен принципу камеры Вильсона. Релятивистская частица, проходящая через нагретую жидкость, создает на своем пути цепь ионов. Если давление над жидкостью резко снижается, то оно переходит в перегретое состояние. Ионы служат центрами кипения. Образующиеся пузырьки образуют дорожку вдоль пути частицы. Сжиженный водород, пропан или ксенон используются в качестве рабочего тела в пузырьковых камерах. 

Перенасыщенный пар 

При нормальных условиях каждая температура соответствует определенной плотности и давлению насыщенных паров. Если в определенном объеме есть пары какой-либо жидкости, например, воды, то при нормальных условиях снижение температуры приведет к тому, что пары приблизятся к состоянию насыщения, а затем начнут конденсироваться, оседая в виде жидкости на стенках и капель тумана образуются далеко от них ... тумана при охлаждении паров в некоторых случаях оказываются толстым, в другом это редко, и при определенных условиях оно может не появиться вообще. 

Если вы накачиваете воздух в толстостенный стеклянный сосуд, содержащий несколько капель воды (это нагреет воздух в сосуде), затем подождите несколько минут, пока воздух в сосуде не достигнет комнатной температуры, и откройте сосуд, вы можете увидеть, что в нем появится слабый туман. Причина этого заключается в следующем. Когда сосуд открыли, воздух в нем истончился и остыл. Это охлаждение приводило к тому, что водяной пар в сосуде достигал насыщения и конденсации. Если в сосуд брошена горящая спичка, он погаснет, оставив незаметный дым в сосуде. Если вы повторите эксперимент, вы увидите, что судно после распечатывания было заполнено более густым туманом, чем раньше. Частицы дыма служат центрами, вокруг которых начинается конденсация пара (ядра конденсации). Поэтому при наличии дыма (при тех же условиях) появляется больше капель тумана, чем при его отсутствии. 

Если воздух в контейнере тщательно очищен от пыли, тогда туман не будет появляться, когда контейнер со сжатым воздухом не закупорен, даже если его охлаждение значительно ниже температуры, при которой достигается насыщение. В этом случае получается пересыщенный пар, то есть пар, давление которого выше, чем давление насыщенного пара при данной температуре. 

Зачем кастрюлю закрывают крышкой?

Однако опыт показывает, что образование капель жидкости возможно только в том случае, если газ содержит центры конденсации пылевые зерна, ионы, точки на поверхности твердых тел и т. д. если нет центров конденсации, то капли жидкости не образуются, и метастабильное состояние пересыщенного (переохлажденного) пара. Пар называется перенасыщенным, если его плотность (давление) выше плотности (давления) насыщенного пара при той же температуре. Метастабильные состояния широко распространены в природе и используются в науке и технике. В атмосфере ядрами конденсации чаще всего пренебрежимо малы зерна морской соли, всегда плавающие в воздухе. Дым также играет значительную роль. Существование метастабильных состояний связано, например, с явлениями магнитного, электрического и упругого гистерезиса, образованием пересыщенных растворов, упрочнением стали, изготовлением стекла и т. д. 

Пересыщенный пар также может быть получен путем изотермического сжатия пара до давления, которое превышает давление насыщенного пара при данной температуре. Способность ионов действовать в качестве центров конденсации используется в камере Вильсона. Заряженная частица на пути в переохлажденном паре ионизирует молекулы пара. Ионы становятся центрами конденсации, вокруг которых образуются капли жидкости. Это создает туман вдоль пути частицы и делает путь видимым. Это позволяет исследовать заряженные частицы, их взаимодействия и т. д. такие устройства называются камерами Вильсона. Они сыграли большую роль в научных исследованиях элементарных частиц. 

Почему ионы становятся ядрами конденсации? Это связано с балансом энергии конденсации, поверхностной энергии и кулоновской энергии. Молекулы воды имеют большой дипольный момент. Они окружают заряженный ион, ориентируясь к нему противоположным зарядом своего диполя. Агрегат, образовавшийся в результате такой конструкции, действует вне себя как ионный заряд, в результате чего присоединяется следующий слой молекул и образуется растущая капля воды. 

Камера Вильсона представляет собой цилиндрический стеклянный сосуд, покрытый стеклом сверху. Дно сосуда покрыто слоем черного влажного бархата или ткани, на поверхности которого образуется насыщенный пар. При быстром опускании поршня происходит адиабатическое расширение газа, которое сопровождается снижением его температуры. Из-за охлаждения пар переохлаждается (пересыщается). 

Заряженные частицы, образующиеся во время радиоактивного распада, например, αили β-частицы, летящие в газе, создают на своем пути цепочку ионов. На этих ионах образуются капли жидкости, как и в центрах конденсации. Таким образом, во время полета частица покидает след (след), который хорошо виден и может быть сфотографирован. Следы? Частицы короткие и жирные, треки? -Частицы прерывистые и длинные. 

Изучение кинетики

Основное научное направление в исследовании физики жидкостей было определено по инициативе В.П. Скрипова в 1961 году. Он спроектировал и изготовил небольшую пузырьковую камеру. После этого вместе с аспирантами В.И. Кукушкиным и В.Н. Черепановым были проведены опыты по перегреву мелких капель в серной кислоте. В 1962 г. аспирант Г. В. Ермаков, а через год П. А. Павлов, В. Н. Чуканов и аспирант Е. Н. Синицын. Учитывая дальнейшее развитие работы, в которой приняли участие многие студенты, аспиранты, преподаватели кафедры, это направление можно сформулировать следующим образом: метастабильные состояния жидкостей (перегрев, переохлаждение), устойчивость и кинетика неравновесных фазовых переходов. сопровождается метастабильностью. 

В течение 5-7 лет для изучения кинетики кипения перегретых жидкостей были разработаны квазистатические (плавающие капли, чистая пузырьковая камера, непрерывный изобарический нагрев) и импульсные методы, которые позволили изучать кипение жидкостей в широкий диапазон частот нуклеации. Было обнаружено, что перегрев углеводородов, перфторуглеродов, фреонов в пределах погрешности измерения и расчета согласуется между теорией гомогенного зародышеобразования и экспериментом. В этот же период начались исследования теплофизических свойств перегретых жидкостей. Разработан метод и проведено экспериментальное исследование уравнения состояния перегретой жидкости, разработаны методы определения положения спинодали, расчета изобарной и изохорной теплоемкостей. В то же время активно работал небольшой, но плодотворный семинар Владимира Павловича, на котором впервые были поставлены многие проблемы физики метастабильных состояний жидкостей, сформулированы отдельные задачи и целые исследовательские программы в этой области, многие из которых были впоследствии осуществляется с участием многочисленных выпускников кафедры. В декабре 1967 г. В.П. Скрипов защитил докторскую диссертацию «Метастабильные и сверхкритические состояния в парожидкостной системе». Это была первая защита докторской диссертации по физике в УПИ. 

В 1972 году исследование перегретых жидкостей было в основном передано в Отдел физико-технических проблем энергетики Уральского научного центра Академии наук СССР, который в 1988 году был преобразован в Институт теплофизики Уральского отделения им. Российская Академия Наук. Разработанная исследовательская программа реализуется здесь в классе криогенных жидкостей.

Изучена кинетика зародышеобразования в перегретом аргоне, ксеноне, криптоне, кислороде, азоте, метане, водороде, неоне, пропане, бутане и жидком гелии. Полученные результаты подтвердили ранее сделанные выводы. Новое исследование началось. Изучена кинетика зарождения в бинарных растворах и диссоциирующих жидкостях вблизи критической точки парожидкостной системы, влияние на нее различных инициирующих факторов: ионизирующего излучения, ультразвука, электрического поля, контакта с поверхностью. Проведена серия работ по гидродинамике потоков кипящей перегретой жидкости.

Разработаны и созданы комплексы экспериментальных установок для изучения уравнения состояния перегретых жидкостей, скорости и поглощения ультразвука, изохорной и изобарной теплоемкости, вязкости и теплопроводности, поверхностного натяжения; эти свойства большого количества жидкостей были измерены в широком диапазоне параметров состояния.

Заключение

На основе полученных данных были разработаны методы расчета этих свойств, найдены методы определения границы устойчивости жидкой фазы спинодали, а существующие таблицы данных по теплофизическим свойствам технически важных жидкостей были расширены до области. метастабильных состояний.

Многие выпускники кафедры молекулярной физики физико-технического факультета приняли активное участие в этой работе. 

В 1971 году В. Г. Байдаков и С. П. Проценко начали работу по компьютерному моделированию метастабильных состояний и фазового перехода жидкость-пар. Программа создана с использованием метода Монте-Карло и исследована стабильность метастабильных фаз при фазовых переходах жидкость-газ и жидкокристаллический. С 1973 года ведутся работы по методу молекулярной динамики применительно к двумерным системам.