Sơ đồ trạng thái

37

THỰC HÀNH VÀ TÂM

MỘT BIT URI ENTA

Cơm. 2. Hệ số tán xạ bức xạ điện từ lên giọt nước; vùng giọt nhỏ – tán xạ Rayleigh

Cơm. 1. Minh họa sự tán xạ bức xạ điện từ bởi một giọt nước đối với hai giá trị của thông số nhiễu xạ; k – số sóng

theo mọi hướng đến năng lượng tới trên tiết diện đường kính của quả bóng. Giá trị này là hàm của tham số nhiễu xạ được trình bày trên Hình 2. Có thể thấy rằng trong giới hạn của các hạt lớn (a? O), hệ số tán xạ có xu hướng bằng hai. Nhưng điều thú vị nhất ở đây là sự hiện diện của cực đại “cộng hưởng” đối với các bước sóng “đã chọn”. Cực tiểu lân cận chỉ ra rằng hạt ít sẵn sàng tán xạ bức xạ tới có bước sóng tương ứng. Bây giờ, rõ ràng là trong những dòng thơ trên, kích thước của những giọt sương mù do cơn bão tạo ra đến mức người quan sát chủ yếu tiếp cận tông màu đỏ từ ánh sáng trắng liên tục của sét. Đương nhiên, khoảng cách ánh sáng truyền đi trong quả cầu tán xạ càng lớn thì hiệu ứng càng mạnh. Hãy nhớ rằng: khi Mặt trời ở trên cao, bầu trời có màu xanh và lúc hoàng hôn có màu đỏ - độ dài đường đi trong khí quyển là khác nhau. Vì vậy, bài thơ của Pushkin nhắc nhở chúng ta về điều mà một Học sinh Xuất sắc Tò mò nên nghĩ đến khi quan sát một thiếu nữ trên một tảng đá trong làn sương mù của nước biển. Anh ta phải nghĩ về Vật lý dao động và sóng!

PR A C T I C U M A B T U R I N T A

Sơ đồ trạng thái

V. BELONUCHKIN

Như đã biết, bất kỳ chất nào, tùy thuộc vào điều kiện bên ngoài, đều có thể ở trạng thái rắn, lỏng hoặc khí. Nếu áp suất thấp và nhiệt độ

Xuất bản năm «Kvant» số 12, 1981.

lớn thì chất đó thường tồn tại ở dạng khí. Ở nhiệt độ thấp và áp suất cao, mọi chất đều chuyển thành chất rắn. Tại một số giá trị trung gian của các tham số, chất lỏng tồn tại. Điều này được thể hiện dưới dạng sơ đồ trong Hình 1. Vẫn còn phải vẽ ranh giới giữa các vùng của các trạng thái khác nhau - và chúng ta sẽ thu được cái gọi là sơ đồ trạng thái của vật chất theo tọa độ p-T. Chúng ta hãy nhớ lại một vài sự thật nổi tiếng sẽ giúp chúng ta trong vấn đề này. 1) Áp suất hơi bão hòa tăng khi nhiệt độ tăng; Theo đó, nhiệt độ sôi tăng khi áp suất tăng

38

KVAN T 2023/№7

Cơm. 1

nia. Điều này có nghĩa là ranh giới khí-lỏng (L-G) đi từ bên trái - từ dưới lên phải - lên trên. 2) Điểm nóng chảy phụ thuộc yếu vào áp suất nên ranh giới rắn-lỏng (S-L) chạy gần như thẳng đứng. 3) Có một điểm đặc biệt - quan trọng $T_{кр}, p_{кр}$. Khi bạn tiếp cận nó dọc theo ranh giới chất lỏng-g, các tính chất của chất lỏng và chất khí (chủ yếu là mật độ) ngày càng khác nhau; tại điểm tới hạn sự khác biệt biến mất. Ranh giới G–G kết thúc tại thời điểm này. 4) Đối với tất cả các chất (ngoại trừ helium) đều có một điểm ba - một tập hợp các tham số $T_{тр}, p_{тр}$ tại đó cả ba pha (lỏng, rắn và khí) cùng tồn tại. Nếu $T T_{тр}, p p_{тр}$ thì không thể ở trạng thái lỏng, chỉ có thể ở trạng thái rắn và khí. Do đó, tồn tại ranh giới khí rắn (T-G). Và vì ở nhiệt độ thấp, cách xa mức tới hạn $( T^{=} T_{кр} ),$, sự khác biệt giữa trạng thái lỏng và rắn nhỏ hơn nhiều so với giữa chúng và chất khí, nên hành vi của ranh giới T–G tương tự như hành vi của ranh giới L–G. Vì vậy, hình thức của sơ đồ pha phải gần giống như trong Hình 2. Xin lưu ý: ranh giới T–L được vẽ theo ba tùy chọn. Tùy chọn thông thường là 1 – nhiệt độ nóng chảy tăng khi áp suất tăng. Nhưng đối với một số chất, ví dụ như bismuth hoặc một số loại gang nhất định, $T_{пл}$ giảm khi áp suất tăng - phương án 2. Đối với nước $T_{пл}$ giảm xuống áp suất cỡ 2 $10^{8}$ Pa

Cơm. 2

(2000 atm), và sau đó bắt đầu tăng - phương án 3. Về mặt chất lượng, sự phụ thuộc của nhiệt độ chuyển pha (là sự chuyển đổi của một chất từ ​​trạng thái này - chất lỏng rắn hoặc khí - sang trạng thái khác) vào áp suất có thể được hiểu dựa trên một trong những định luật tổng quát nhất của tự nhiên - nguyên lý Le Chatelier-Brown. Đơn giản hóa một chút, nó có thể được phát biểu như sau: Bất kỳ ảnh hưởng bên ngoài nào cũng gây ra những thay đổi trong hệ thống làm giảm tác động của ảnh hưởng này. Vì vậy, nếu hơi bão hòa ở trạng thái cân bằng với chất lỏng, thì khi thể tích chiếm giữ của hệ thống giảm, áp suất hơi sẽ bắt đầu tăng. Mật độ của chất lỏng lớn hơn mật độ của hơi. Nếu một phần hơi ngưng tụ, mật độ và do đó áp suất của hơi còn lại sẽ giảm. Ảnh hưởng của tác động bên ngoài được bù đắp một phần (và nếu nhiệt độ được duy trì không đổi thì hoàn toàn). Do đó, quá trình bù này - ngưng tụ hơi - sẽ bắt đầu ngay lập tức. Để ngăn chặn sự ngưng tụ, tức là để vẫn tăng áp suất hơi, rõ ràng cần phải tăng nhiệt độ của hệ thống. Do đó, chỉ dựa vào (ngoại trừ nguyên lý Le Chatelier-Brown) dựa trên thực tế là mật độ của chất lỏng lớn hơn mật độ của hơi, chúng tôi đã đi đến kết luận rằng nhiệt độ cao hơn tương ứng với áp suất hơi bão hòa cao hơn.

43

CV IMPI ADA

đào, bình bên trái được đổ đầy đến mức 6a bằng chất lỏng có mật độ không xác định $U_{1}$, và bình bên phải được đổ đầy đến mức tương tự bằng chất lỏng có mật độ không xác định $U_{2}$. Các hình lập phương giống hệt nhau có chiều dài $ребра^{a,}$ được gắn vào đáy mỗi bình bằng các sợi nhẹ dài 0,5a, lực căng của sợi bên trái là 3T, còn sợi bên phải là $–^{T.}$ Vòi mở ra và hệ thống ở trạng thái cân bằng. Trong trường hợp này, chất lỏng không trộn lẫn và không chảy ra khỏi bình. Ở trạng thái cân bằng, lực căng trên sợi dây bên phải là 2T. Xác định mật độ của chất lỏng $U_{1}, U_{2}$, cũng như khối lượng $кубика^{m,}$, biểu thị chúng thông qua các đại lượng đã biết $g,^{T} и^{a.}$ A. Evseev

Bài toán 4. Bọ trên một thanh Hình 4 thể hiện một hệ gồm hai dầm đồng chất có khối lượng 4m và 6m, được chia thành các đoạn bằng nhau, một thanh nhẹ dài 7l, treo lơ lửng

Cơm. 4

gắn vào dầm bằng sợi chỉ nhẹ và có một con bọ nhỏ nằm ở mép trái của thanh. Hệ thống được đặt trên một giá đỡ nằm ngang cố định dài 2l. Các sợi chỉ thẳng đứng, dầm và thanh nằm ngang. 1) Ở giá trị nào của khối lượng M của bọ có thể đạt được trạng thái cân bằng như vậy? 2) Bọ cánh cứng $массой^{M} M_{1}$ bắt đầu bò từ từ về phía mép phải của thanh. Con bọ sẽ di chuyển ra xa mép trái của thanh một khoảng bao nhiêu L vào thời điểm hệ rời khỏi vị trí cân bằng? Xác định giá trị lớn nhất có thể có của $расстояния_{max}^{L}$ này. Nó đạt được tỷ lệ khối lượng $D_{1}^{M} m$ bao nhiêu? A.Kireev

lớp 8

Bài toán 1. Tiết diện thay đổi Gần đáy bình đựng nước có tiết diện hình chữ nhật có một “kệ” ngang phẳng, cố định cố định, bên trái,

Cơm. 5

ở bên phải và bên dưới có không gian trống cho nước chảy (Hình 5). Trên “kệ” có một piston hình chữ nhật nặng được gắn vào bức tường bên phải bằng một lò xo nhẹ nằm ngang. Ở vị trí ban đầu, pít-tông nằm cách hai vách một khoảng L, lò xo không bị giãn. Khi dầu hỏa $массой^{m,}$ được đổ vào khoảng trống giữa thành bên phải và pít-tông, pít-tông di chuyển $на^{L} 3$ sang trái. 1) Phải đổ khối lượng $m_{1}$ dầu hỏa nào để pít-tông chuyển động $на^{L} 2$ so với vị trí ban đầu của nó? 2) Piston sẽ chuyển động bao xa so với vị trí ban đầu nếu khối lượng dầu hỏa được đổ bằng 3 m? Không có chất lỏng nào chảy giữa pít-tông và “kệ”, cũng như giữa pít-tông và thành trước và sau của bình. Dầu hỏa không chảy dưới “kệ” và trên mép trên của pít-tông, và chất lỏng không chảy ra khỏi bình. Các bức tường của tàu thẳng đứng. Không có ma sát trong hệ, bỏ qua thể tích của lò xo. A.Thỏ rừng

Bài toán 2. Cân bằng hình thoi Bốn thanh mỏng đồng nhất có tiết diện không đổi, có kích thước khác nhau $массы^{m,}$ 2m, 3m và 4m, nhưng có chiều dài bằng nhau, được nối bản lề và có kết cấu như Hình 6. Một tải trọng có khối lượng 5m được treo từ đáy của kết cấu. Phần giữa của thanh bên trái được nối bằng hai sợi chỉ Hình 6

44

KVANT 2023/№7

giữa chúng, cũng như góc bên phải của cấu trúc với trần nhà. Kết cấu cân đối, các đường ren thẳng đứng. 1) Xác định lực căng $T_{1}$ và $T_{2}$ của ren phải và ren trái tương ứng. 2) Trần nhà tác dụng lực F lên kết cấu tại điểm gắn của bản lề trên là bao nhiêu? Không có ma sát trong hệ thống. Khối lượng bản lề và ren có thể bỏ qua. A. Evseev

Bài toán 3. Nhiệt độ tối ưu Người thí nghiệm Gluck đã xây dựng một bể cá có dòng chảy cho cá của mình trong ngôi nhà ở nông thôn của mình. Để lấp đầy bể cá, anh ta có thể sử dụng tám vòi, được đánh số từ 1 đến 8, và ở một mức độ nhất định trên thành bể cá có một lỗ thoát nước thừa (Hình 7). Mỗi vòi mở tạo ra cùng một lượng nước trong một đơn vị thời gian,

môi trường. Giả sử nước trong bể được hòa trộn nhanh chóng và lỗ thoát nước đủ rộng. A.Kireev

Bài toán 4. Đo điện trở nhỏ Người thí nghiệm Gluck đã kiểm tra một dây dẫn có hình dạng khác thường - một miếng băng nichrome có độ dày không đổi d, từ đó cắt ra hình trong Hình 8. Để làm điều này, anh ấy đã kết nối

Cơm. 8

nối tiếp một ampe kế và một cục pin lý tưởng có điện áp $U_{0} 1,5$ V. Anh ta nối một tiếp điểm của hệ thống thu được với cạnh trái của hình, tiếp điểm thứ hai cách điểm đầu tiên một khoảng x x và bắt đầu tính sự phụ thuộc số chỉ của ampe kế I vào x, nhập kết quả đo vào bảng:

Cơm. 7

Hơn nữa, nước từ vòi thứ k có nhiệt độ $T_{k} k$ 5 q C. Hóa ra nếu bạn chỉ mở vòi số 2 thì nhiệt độ trong bể cá sẽ là $t_{2} 15 q C$. Nếu bạn chỉ mở vòi số 8, nhiệt độ sẽ được đặt thành $t_{8} 35 q C$. 1) Xác định nhiệt độ $t_{0}$ trong nhà ở nông thôn. 2) Nhiệt độ t sẽ được thiết lập trong bể nếu tất cả các vòi được mở cùng một lúc? 3) Ba vòi nào cần được mở và đóng các vòi còn lại để đạt được nhiệt độ nước ở trạng thái ổn định gần nhất với mức tối ưu $t_{оп} 29 q C$? Hãy xem xét tất cả các lựa chọn có thể. Đáp số biện minh. 4) đáp số ở điểm 3 sẽ thay đổi như thế nào nếu nhiệt độ không khí trong nhà giảm ’ t 6 q C? Sức truyền nhiệt từ nước trong bể cá ra môi trường tỷ lệ thuận với chênh lệch nhiệt độ giữa nước và môi trường.

Theo thời gian, Gluck quên hết các kích thước của hình ngoại trừ $h_{3} 8$ mm. Xác định các giá trị của $l_{1}, l_{2}, l_{3}, h_{1}, h_{2}$ và d nếu biết rằng phép đo cuối cùng được người thực nghiệm thực hiện bằng cách nối tiếp điểm thứ hai với cạnh phải của hình $x_{max} l_{1} l_{2} l_{3}$. Điện trở suất của nichrom là U 1,1 $10^{6}$ Ohm m. Tại lời giải bài toán chúng ta có thể giả sử rằng $d_{=} l_{j}, h_{i} = l_{j}$ (với mọi i và j). Không cần phải ước tính sai số về giá trị của đại lượng cần tìm. D.Rubtsov

Ấn phẩm được biên soạn bởi V. Slobodyanin