Kristal və amorf cisimlər. Deformasiya

Kristal cisimlərdə atomlar nizamlı düzülür və kristal qəfəs əmələ gətirir. Kristalların müəyyən ərimə temperaturu var, monokristallar isə anizotropdur: xassələri istiqamətdən asılıdır. Amorf cisimlərdə (şüşə, qətran, plastik) belə nizam yoxdur; onlar izotropdur və müəyyən ərimə temperaturu olmadan tədricən yumşalır.

Uzunluğu $l_0$ olan mil dartıldıqda mütləq uzanma $\Delta l = l - l_0$ , nisbi uzanma isə $\varepsilon = \frac{\Delta l}{l_0}$ olur. Mexaniki gərginlik en kəsiyinin vahid sahəsinə düşən elastiklik qüvvəsidir: $\sigma = \frac{F}{S}$ (Pa). Yük götürüldükdən sonra itən deformasiya elastik, qalan deformasiya isə plastik (qalıq) deformasiyadır. Kiçik deformasiyalarda Huk qanunu ödənir:

\sigma = E\varepsilon,

burada $E$ Yunq moduludur (Pa), o yalnız materialdan asılıdır.

Gərilmə diaqramı gərginliyin nisbi uzanmadan asılılıq qrafikidir. Əvvəl qrafik düz xəttdir (mütənasiblik həddinə qədər Huk qanunu ödənir), sonra elastiklik həddi gəlir, ondan yuxarıda qalıq deformasiya yaranır. Axıcılıq hissəsində nümunə gərginlik demək olar ki, artmadan uzanır. Nümunənin dağılmadan dözə bildiyi ən böyük gərginlik möhkəmlik həddidir.

Ərimə, kristallaşma və yanacağın yanması

Kristal cisim ərimə temperaturuna qədər qızdıqdan sonra əriməyə başlayır. Ərimə boyu temperatur dəyişmir: verilən istilik kristal qəfəsi dağıtmağa sərf olunur. Ərimə üçün lazım olan istilik miqdarı:

Q = \lambda m,

$\lambda$ xüsusi ərimə istiliyidir (C/kq). Kristallaşmada həmin temperaturda eyni miqdarda istilik ayrılır.

Yanacaq tam yandıqda ayrılan istilik $Q = qm$ , burada $q$ xüsusi yanma istiliyidir (C/kq).

Temperaturun verilən istilik miqdarından və ya zamandan asılılıq qrafikində maili hissələr qızmaya, üfüqi hissələr isə ərimə və qaynamaya uyğundur. Üfüqi hissənin uzunluğu $\lambda m$ və ya $rm$ ilə mütənasibdir.

Buxarlanma, doymuş buxar və qaynama

Buxarlanma mayenin səthindən istənilən temperaturda baş verir: ən sürətli molekullar mayeni tərk edir, ona görə maye soyuyur. Temperatur yüksək, səthin sahəsi böyük olduqda və külək buxarı apardıqda buxarlanma daha sürətli gedir; o, mayenin növündən də asılıdır. Buxarın mayeyə çevrilməsi kondensasiyadır.

Qaynama temperaturundakı mayeni buxara çevirmək üçün $Q = rm$ istiliyi lazımdır; $r$ xüsusi buxarlanma istiliyidir (bəzi dərsliklərdə $L$ ). Kondensasiyada bu istilik geri ayrılır.

Qapalı qabda mayeni tərk edən və geri qayıdan molekulların sayı bərabərləşəndə buxar doymuş (doyan) olur; bu bərabərlik yaranana qədər buxar doymayan buxardır. Doymuş buxarın təzyiqi yalnız temperaturdan asılıdır, həcmdən asılı deyil. Böhran temperaturundan yuxarı qazı heç bir təzyiqlə mayeyə çevirmək olmur.

Qaynama mayenin bütün həcmində buxar qabarcıqlarının yaranmasıdır. O, doymuş buxarın təzyiqi xarici təzyiqə bərabər olanda başlayır, qaynama boyu temperatur sabit qalır. Xarici təzyiq azaldıqca qaynama temperaturu düşür (dağda su $100\,^\circ\text{C}$ -dən aşağıda qaynayır), artdıqca yüksəlir (düdüklü qazan).

Səthi gərilmə, islatma və kapilyarlıq

Mayenin səthindəki molekulları qonşu molekullar içəri çəkir, ona görə səth gərilmiş pərdə kimi davranır. Səthin sərhədi boyunca təsir edən səthi gərilmə qüvvəsi $F = \sigma l$ , burada $l$ sərhədin uzunluğu, $\sigma$ səthi gərilmə əmsalıdır (N/m). Temperatur artdıqca və sabun kimi aşqar əlavə etdikdə $\sigma$ azalır.

Maye bərk səth üzərində yayılırsa, onu islatır (su təmiz şüşəni islatır), damcı şəklində yığılırsa, islatmır (civə şüşəni islatmır). Nazik borularda (kapilyarlarda) islatan maye qalxır, islatmayan maye enir. Qalxma hündürlüyü:

h = \frac{2\sigma}{\rho g r},

$r$ kapilyarın radiusudur: boru nə qədər nazikdirsə, maye o qədər yüksəyə qalxır.

Havanın rütubəti

Mütləq rütubət $\rho$ 1 m³ havadakı su buxarının kütləsidir (adətən q/m³). Nisbi rütubət:

\varphi = \frac{\rho}{\rho_0}\cdot 100\% = \frac{p}{p_0}\cdot 100\%,

burada $\rho_0$ və $p_0$ həmin temperaturda doymuş buxarın sıxlığı və təzyiqidir. Hava soyuduqca $p_0$ azalır, ona görə nisbi rütubət artır. Buxarın doymuş hala keçdiyi temperatur şeh nöqtəsidir: bu temperaturda $\varphi = 100\%$ olur və şeh düşür.

Rütubət hiqrometr və psixrometrlə ölçülür. Psixrometrdə quru və nəm termometr var, nəm termometr buxarlanma hesabına soyuyur. Göstərişlər fərqi nə qədər böyükdürsə, hava o qədər qurudur; $\varphi$ psixrometrik cədvəldən tapılır.

Yadda saxla

Ərimə və qaynama zamanı temperatur dəyişmir: $Q = \lambda m$ , $Q = rm$ ; yanacaq üçün $Q = qm$ .
$\sigma = \frac{F}{S}$ , $\varepsilon = \frac{\Delta l}{l_0}$ , Huk qanunu: $\sigma = E\varepsilon$ .
Doymuş buxarın təzyiqi yalnız temperaturdan asılıdır; maye bu təzyiq xarici təzyiqə bərabər olanda qaynayır.
$F = \sigma l$ ( $\sigma$ burada səthi gərilmə əmsalıdır); kapilyarda $h = \frac{2\sigma}{\rho g r}$ .
$\varphi = \frac{p}{p_0}\cdot 100\%$ ; şeh nöqtəsində $\varphi = 100\%$ .

Həll olunmuş misallar

Misal 1
Temperaturu $-10\,^\circ\text{C}$ olan $2$ kq buzu $0\,^\circ\text{C}$ temperaturlu suya çevirmək üçün nə qədər istilik lazımdır? Buzun xüsusi istilik tutumu $2100\ \frac{\text{C}}{\text{kq}\cdot{}^\circ\text{C}}$ , xüsusi ərimə istiliyi $3{,}4\cdot10^5$ C/kq-dır.
Həlli
Proses iki mərhələdən ibarətdir.
1. Buzun $0\,^\circ\text{C}$ -yə qədər qızması: $Q_1 = cm\Delta t = 2100 \cdot 2 \cdot 10 = 42\,000$ C.
2. Buzun ərimə temperaturunda əriməsi (temperatur dəyişmir): $Q_2 = \lambda m = 3{,}4\cdot10^5 \cdot 2 = 680\,000$ C.
3. $Q = Q_1 + Q_2 = 722\,000$ C $= 722$ kC.
Cavab: $722$ kC.
Misal 2
Uzunluğu $2$ m, en kəsiyinin sahəsi $1$ mm² olan polad məftilə $200$ N dartıcı qüvvə tətbiq olunur. Poladın Yunq modulu $2\cdot10^{11}$ Pa-dır. Mexaniki gərginliyi və məftilin mütləq uzanmasını tapın.
Həlli
1. $S = 1$ mm² $= 10^{-6}$ m², $\sigma = \frac{F}{S} = \frac{200}{10^{-6}} = 2\cdot10^8$ Pa.
2. Huk qanunundan: $\varepsilon = \frac{\sigma}{E} = \frac{2\cdot10^8}{2\cdot10^{11}} = 10^{-3}$ .
3. $\Delta l = \varepsilon l_0 = 10^{-3} \cdot 2 = 2\cdot10^{-3}$ m $= 2$ mm.
Cavab: $\sigma = 2\cdot10^8$ Pa, $\Delta l = 2$ mm.

Özünü yoxla

Əvvəl özün həll et, sonra cavaba bax.

Havadakı su buxarının parsial təzyiqi $1{,}4$ kPa, həmin temperaturda doymuş buxarın təzyiqi isə $2{,}0$ kPa-dır. Havanın nisbi rütubəti nədir?
1. 14%
2. 30%
3. 60%
4. 70%
5. 143%
Cavabı göstərCavabı gizlət
Düzgün cavab: D 70%
$\varphi = \frac{p}{p_0}\cdot 100\% = \frac{1{,}4}{2{,}0}\cdot 100\% = 70\%$ . E variantı nisbəti tərsinə yazmaqdan alınır; nisbi rütubət $100\%$ -dən böyük ola bilməz.
Dağlarda su $100\,^\circ\text{C}$ -dən aşağı temperaturda qaynayır. Bunun səbəbi nədir?
1. Havanın temperaturu aşağıdır
2. Atmosfer təzyiqi azdır
3. Suyun sıxlığı artır
4. Sərbəstdüşmə təcili kiçikdir
5. Havanın rütubəti böyükdür
Cavabı göstərCavabı gizlət
Düzgün cavab: B Atmosfer təzyiqi azdır
Qaynama doymuş buxarın təzyiqi xarici təzyiqə bərabər olanda başlayır. Dağda atmosfer təzyiqi azdır, ona görə bu bərabərlik daha aşağı temperaturda əldə olunur.
Qaynama temperaturunda götürülmüş $0{,}5$ kq suyu tamamilə buxara çevirmək üçün nə qədər istilik lazımdır? ( $r = 2{,}3\cdot10^6$ C/kq)
1. 0,115 MC
2. 0,46 MC
3. 1,15 MC
4. 2,3 MC
5. 4,6 MC
Cavabı göstərCavabı gizlət
Düzgün cavab: C 1,15 MC
$Q = rm = 2{,}3\cdot10^6 \cdot 0{,}5 = 1{,}15\cdot10^6$ C $= 1{,}15$ MC. Su artıq qaynama temperaturunda olduğundan qızdırmaya istilik lazım deyil.

Tipik səhvlər

Ərimə və ya qaynama zamanı temperaturun artmaqda davam etdiyini düşünmək. Qrafikdə bu mərhələlər üfüqi hissələrdir.
Mütləq və nisbi rütubəti qarışdırmaq. Hava soyuyanda buxarın miqdarı dəyişməsə də, nisbi rütubət artır.
Kapilyar düsturunda radius əvəzinə diametri yazmaq və ya millimetrləri metrə çevirməyi unutmaq.

Hələ də tam aydın deyil?

Mövzunu sənə səsli dərs kimi izah edir, lövhədə yazır və suallarla yoxlayır.

Bu mövzunu Canlı Müəllimlə öyrən Məsələni şəkillə həll et