14042012

Эффекты охлаждения

Добавил: Luckyman в раздел Познавательное | Комментариев: 1 | Просмотров: 5388
Теги: Сжатие
Эффекты охлаждения

Все эффекты охлаждения, в том числе конденсация и замерзание, становятся объяснимыми, если знать, как при понижении температуры меняется расположение атомов и молекул в веществе.

ДЫМЯЩИЕСЯ БАШНИ
Над охлаждающими башнями тепловой электростанции поднимаются облака пара. Иногда этот пар называют водяным. Однако настоящий водяной пар невидим, а эти облака состоят из мельчайших капелек воды, подобно дождевым тучам.

Нагревание заставляет атомы или молекулы любого вещества двигаться быстрее. У охлаждения обратный эффект - оно замедляет движение атомов и молекул.
Когда газ охлаждается, его молекулы движутся медленнее и не способны далеко перемещаться. Из-за этого снижается давление газа. Если газ охладить ещё сильнее, его молекулы начинают вести себя как молекулы жидкости. Иными словами, газ (или пар) конденсируется в жидкость. Именно это происходит с паром, выходящим из носика закипевшего чайника. В прохладном воздухе пар конденсируется, образуя крошечные капельки воды. Это и есть тот белый «пар», который мы видим. Так же как облака в небе, он состоит из капель воды. Когда в морозный день мы делаем выдох, водяной пар дыхания конденсируется в белое облачко из капель воды. А вот настоящий водяной пар невидим. Более того, он очень опасен, так как его температура может быть выше 100 °С.

Сжатие
При охлаждении газа его объём уменьшается. Начиная с нуля градусов, при постоянном давлении все газы «сжимаются» на 1/273 своего объёма при каждом понижении температуры на один градус Цельсия. Например, если газ охладить с 0 °С до -137 °С, его объём уменьшится вдвое. Такое соотношение между объёмом газа и температурой называется законом Шарля, по имени открывшего его французского учёного Жака Шарля.

Сжиженные газы
При достаточном увеличении давления газ, как правило, превращается в жидкость. Однако есть газы, которым для превращения в жидкость необходимо не только давление, но и охлаждение. Температура, при которой они сжижаются, называется критической температурой. Например, углекислый газ невозможно превратить в жидкость лишь под давлением, не охладив его ниже 31.3 °С - его критической температуры.

Некоторым газам для сжижения требуется охлаждение до очень низких показателей. При обычном давлении кислород сжижается при -183 "С. а азот становится жидким при -195,8 °С. Температура жидкого воздуха -196 °С. Сжиженные газы используются в научных экспериментах и в технике. Например, гребной винт судна должен быть очень плотно насажен на вал. Поэтому вал сначала охлаждают, обрабатывая его жидким воздухом.

Благодаря этому вал немного сжимается, и на него легко можно посадить винт. Когда вал снова нагреется, он расширится и плотно «схватит» винт.
Прочие сжиженные газы, например жидкий гелий (который охлаждается до самой низкой температуры), используются для изоляции и охлаждения блоков памяти больших компьютеров, а также сверхпроводящих магнитов медицинских сканирующих установок. Жидкий воздух может служить источником других газов, которые содержатся в нём при обычных условиях. Это, например, неон, создающий яркие огни рекламы. Жидкий водород — ракетное топливо, а жидкий азот — хладагент, который используется также для сжижения природного газа.

Охлаждение жидкости
Если охлаждение газа превращает его в жидкость, то охлаждение жидкости превращает её в твёрдое тело. Температура, при которой это происходит, называется точкой замерзания жидкости. На молекулярном уровне молекулы жидкости по мере остывания двигаются всё меньше и меньше, пока не примут упорядоченное расположение, характерное для твёрдого вещества. К примеру, капли воды в облаке, замерзая, превращаются в кристаллические снежинки. Большие объёмы воды превращаются в лёд.

Иногда можно охладить жидкость до температуры ниже точки замерзания, не заморозив её. Это называется переохлаждением. Если температура переохлаждённой жидкости незначительно возрастает, твёрдая и жидкая формы вещества некоторое время существуют вместе, пока не затвердевает всё вещество. Переохлаждённая жидкость неустойчива. Перемешивание, добавление грязи или кристалла твёрдого вещества превращают её в твёрдое тело.
Со стеклом происходит переохлаждение другого типа. Стекло — аморфное твёрдое вещество, то есть не имеющее кристаллической структуры. При сплавлении песка, извести и соды (карбоната натрия) получается обычное стекло. Это прозрачное вещество, хотя его можно слегка подкрашивать примесями. Когда жидкое стекло охлаждается, оно затвердевает и может использоваться для изготовления множества самых разных предметов — хотя бы бутылок и окон. Но есть доказательства того, что стекло никогда не «забывает», что когда-то оно было жидким. В окнах старинных европейских соборов стекло в нижней части бывает значительно толще, чем на самом верху. Некоторые учёные считают, что на протяжении веков это стекло перетекало вниз, как густая жидкость, и в конечном итоге внизу стало толще.

ОБРАЗОВАНИЕ ОБЛАКОВ


Облака образуются, когда водяной пар испаряется и поднимается в область более холодного воздуха, где конденсируется в мелкие капельки воды.


Охлаждение твёрдых тел
Когда жидкость охлаждается, она медленно кристаллизуется, образуя твёрдое вещество, Характер кристаллов зависит от скорости охлаждения. Если это происходит быстро, то успевают сформироваться лишь небольшие кристаллы, А если очень медленно, то вырастают большие кристаллы. Эти эффекты нагляднее всего видны на примере минералов — крупных кристаллов, которые образуются только при медленном охлаждении.
Но даже тогда, когда твёрдое тело уже сформировалось, при дальнейшем охлаждении его свойства могут меняться. Очень необычное твёрдое вещество — обыкновенный лёд. Охлаждаясь, большинство твёрдых тел уменьшаются в размерах. А лёд, наоборот, расширяется, причём на целых 10%. Это может быть губительным для водопроводных труб, которые могут взорваться, если вода в них замёрзнет. Но это также означает, что у льда меньшая плотность, чем у воды, и именно поэтому он плавает на её поверхности.

Это свойство льда важно для рыб и других обитателей рек и озёр зимой. На поверхности водоёма образуется ледяной слой, а вода под ним сохраняет относительное тепло.
У металлов при низких температурах тоже могут проявляться необычные свойства. Кристаллическая структура некоторых металлов меняется. Кристаллы увеличиваются в размерах, и металл теряет прочность, становится хрупким и легко ломается. При очень низких температурах, близких к абсолютному нулю, некоторые металлы теряют своё электрическое сопротивление. Кажется, что ничто не может остановить движущийся по ним поток электричества, и они становятся так называемыми сверхпроводниками. Исследователи продолжают искать материалы, которые могут становиться сверхпроводниками при более высоких температурах.

Комментарии пользователей

jenifer
jenifer
Группа: Посетители
#1 09-06-2012 16:10
Кто глуп и понял это, тот уже не глуп. Публий
Информация Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии к данной публикации.

Вход/Регистрация

Наш опрос

Вы хорошо учились в школе?
Да
Нет
Иногда :)
Я еще учусь