Версия для копирования в MS Word
PDF-версии: горизонтальная · вертикальная · крупный шрифт · с большим полем
РЕШУ ВПР — физика–11
Задания для подготовки
1.  
i

Про­чи­тай­те текст и вы­пол­ни­те за­да­ния 16—18.

Сол­неч­ная си­сте­ма

Цен­траль­ным объ­ек­том Сол­неч­ной си­сте­мы яв­ля­ет­ся звез­да Солн­це. В Солн­це со­сре­до­то­че­на по­дав­ля­ю­щая часть всей массы си­сте­мы (около 99,866%); оно удер­жи­ва­ет своим тя­го­те­ни­ем пла­не­ты и про­чие тела, при­над­ле­жа­щие к Сол­неч­ной си­сте­ме и вра­ща­ю­щи­е­ся во­круг Солн­ца. В таб­ли­це при­ве­де­ны ос­нов­ные ха­рак­те­ри­сти­ки пла­нет Сол­неч­ной си­сте­мы.

Срав­ни­тель­ная таб­ли­ца не­ко­то­рых па­ра­мет­ров пла­нет

Пла­не­таМасса*Рас­сто­я­ние до Солн­ца*Время об­ра­ще­ния
во­круг Солн­ца*
Время об­ра­ще­ния
во­круг своей оси*
Сред­няя плот­ность,
кг/м3
Мер­ку­рий0,060,380,24158,65427
Ве­не­ра0,820,720,6152435243
Земля1,01,01,01,05515
Марс0,111,521,881,033933
Юпи­тер3185,2011,860,4141326
Са­турн959,5429,460,426687
Уран14,619,2284,010,7181270
Неп­тун17,230,06164,790,6711638
*Па­ра­мет­ры в таб­ли­це ука­за­ны в от­но­ше­нии к ана­ло­гич­ным дан­ным Земли

 

Между ор­би­та­ми Марса и Юпи­те­ра на­хо­дит­ся глав­ный пояс асте­ро­и­дов  — малых пла­нет. Асте­ро­и­дов много; они стал­ки­ва­ют­ся, дро­бят­ся, из­ме­ня­ют ор­би­ты друг друга, так что не­ко­то­рые оскол­ки при своём дви­же­нии пе­ре­се­ка­ют ор­би­ту Земли.

Про­хож­де­ние оскол­ков (ме­теор­ных тел) через зем­ную ат­мо­сфе­ру вы­гля­дит с по­верх­но­сти Земли как «па­да­ю­щие звез­ды». В ред­ких слу­ча­ях про­хож­де­ния более круп­ных оскол­ков можно на­блю­дать ле­тя­щий по небу ог­нен­ный шар. Это яв­ле­ние на­зы­ва­ют бо­ли­дом.

Дви­га­ясь в ат­мо­сфе­ре, твёрдое тело на­гре­ва­ет­ся вслед­ствие тор­мо­же­ния, и во­круг него об­ра­зу­ет­ся об­шир­ная све­тя­ща­я­ся обо­лоч­ка, со­сто­я­щая из го­ря­чих газов. От силь­но­го со­про­тив­ле­ния воз­ду­ха ме­теор­ное тело не­ред­ко рас­ка­лы­ва­ет­ся, и его оскол­ки  — ме­тео­ри­ты с гро­хо­том па­да­ют на Землю.

Можно ли на­блю­дать такое яв­ле­ние, как болид, на­хо­дясь на Луне? Ответ по­яс­ни­те.

2.  
i

Про­чи­тай­те текст и вы­пол­ни­те за­да­ния 16—18.

В 1831 г.  — М. Фа­ра­дей об­на­ру­жил, что в за­мкну­том про­во­дя­щем кон­ту­ре при из­ме­не­нии маг­нит­но­го поля воз­ни­ка­ет так на­зы­ва­е­мый ин­дук­ци­он­ный ток. При вся­ком из­ме­не­нии маг­нит­но­го по­то­ка через про­во­дя­щий за­мкну­тый кон­тур в этом кон­ту­ре воз­ни­ка­ет элек­три­че­ский ток. По­яв­ле­ние тока в за­мкну­том кон­ту­ре при из­ме­не­нии маг­нит­но­го поля, про­ни­зы­ва­ю­ще­го кон­тур, сви­де­тель­ству­ет о дей­ствии в кон­ту­ре сто­рон­них сил (или о воз­ник­но­ве­нии ЭДС (элек­тро­дви­жу­щая сила) ин­дук­ции). ЭДС опи­сы­ва­ет свой­ства и ха­рак­те­ри­сти­ку ра­бо­ты сто­рон­них сил, то есть аб­со­лют­но любых сил не­элек­три­че­ской при­ро­ды, дей­ству­ю­щих в цепях по­сто­ян­но­го или пе­ре­мен­но­го тока.

Яв­ле­ние воз­ник­но­ве­ния ЭДС в за­мкну­том про­во­дя­щем кон­ту­ре при из­ме­не­нии маг­нит­но­го поля (по­то­ка), про­ни­зы­ва­ю­ще­го кон­тур, на­зы­ва­ет­ся элек­тро­маг­нит­ной ин­дук­ци­ей ε.

Воз­ни­ка­ю­щий элек­три­че­ский ток за­ви­сит от свойств кон­ту­ра (со­про­тив­ле­ние): Ii = ε/R, также он за­ви­сит от ко­ли­че­ства за­ря­да, про­шед­ше­го через не­ко­то­рую по­верх­ность за время и от этого про­ме­жут­ка вре­ме­ни: I= Δq/Δt.

Элек­тро­маг­нит­ная ин­дук­ция ε не за­ви­сит от свойств кон­ту­ра: ε = |ΔФ/Δt|. ЭДС ин­дук­ции в за­мкну­том кон­ту­ре прямо про­пор­ци­о­наль­на ско­ро­сти из­ме­не­ния маг­нит­но­го по­то­ка через пло­щадь, огра­ни­чен­ную этим кон­ту­ром.

При про­ве­де­нии опы­тов по изу­че­нию элек­тро­маг­нит­ной ин­дук­ции из­ме­ря­ют из­ме­не­ние маг­нит­но­го по­то­ка ΔФ, про­ни­зы­ва­ю­ще­го за­мкну­тый про­во­лоч­ный кон­тур, и заряд Δq, про­тек­ший в ре­зуль­та­те этого по кон­ту­ру. В таб­ли­це по­лу­чен­ные дан­ные в этом экс­пе­ри­мен­те.

 

\Delta\Phi, Вб0,010,020,030,04
\Delta q, мКл5101520

Воз­мож­но ли по­яв­ле­ния ин­дук­ции в не­по­движ­ных про­вод­ни­ках? Ответ по­яс­ни­те.

3.  
i

Про­чи­тай­те текст и вы­пол­ни­те за­да­ния 16—18.

Сол­неч­ная си­сте­ма

Цен­траль­ным объ­ек­том Сол­неч­ной си­сте­мы яв­ля­ет­ся звез­да Солн­це. В Солн­це со­сре­до­то­че­на по­дав­ля­ю­щая часть всей массы си­сте­мы (около 99,866%); оно удер­жи­ва­ет своим тя­го­те­ни­ем пла­не­ты и про­чие тела, при­над­ле­жа­щие к Сол­неч­ной си­сте­ме и вра­ща­ю­щи­е­ся во­круг Солн­ца. В таб­ли­це при­ве­де­ны ос­нов­ные ха­рак­те­ри­сти­ки пла­нет Сол­неч­ной си­сте­мы.

Срав­ни­тель­ная таб­ли­ца не­ко­то­рых па­ра­мет­ров пла­нет

Пла­не­таМасса*Рас­сто­я­ние до Солн­ца*Время об­ра­ще­ния
во­круг Солн­ца*
Время об­ра­ще­ния
во­круг своей оси*
Сред­няя плот­ность,
кг/м3
Мер­ку­рий0,060,380,24158,65427
Ве­не­ра0,820,720,6152435243
Земля1,01,01,01,05515
Марс0,111,521,881,033933
Юпи­тер3185,2011,860,4141326
Са­турн959,5429,460,426687
Уран14,619,2284,010,7181270
Неп­тун17,230,06164,790,6711638
*Па­ра­мет­ры в таб­ли­це ука­за­ны в от­но­ше­нии к ана­ло­гич­ным дан­ным Земли

 

Между ор­би­та­ми Марса и Юпи­те­ра на­хо­дит­ся глав­ный пояс асте­ро­и­дов  — малых пла­нет. Асте­ро­и­дов много; они стал­ки­ва­ют­ся, дро­бят­ся, из­ме­ня­ют ор­би­ты друг друга, так что не­ко­то­рые оскол­ки при своём дви­же­нии пе­ре­се­ка­ют ор­би­ту Земли.

Про­хож­де­ние оскол­ков (ме­теор­ных тел) через зем­ную ат­мо­сфе­ру вы­гля­дит с по­верх­но­сти Земли как «па­да­ю­щие звез­ды». В ред­ких слу­ча­ях про­хож­де­ния более круп­ных оскол­ков можно на­блю­дать ле­тя­щий по небу ог­нен­ный шар. Это яв­ле­ние на­зы­ва­ют бо­ли­дом.

Дви­га­ясь в ат­мо­сфе­ре, твёрдое тело на­гре­ва­ет­ся вслед­ствие тор­мо­же­ния, и во­круг него об­ра­зу­ет­ся об­шир­ная све­тя­ща­я­ся обо­лоч­ка, со­сто­я­щая из го­ря­чих газов. От силь­но­го со­про­тив­ле­ния воз­ду­ха ме­теор­ное тело не­ред­ко рас­ка­лы­ва­ет­ся, и его оскол­ки  — ме­тео­ри­ты с гро­хо­том па­да­ют на Землю.

Можно ли на­блю­дать такое яв­ле­ние, как болид, на­хо­дясь на Марсе? Ответ по­яс­ни­те.

4.  
i

Про­чи­тай­те текст и вы­пол­ни­те за­да­ния 16—18.

Маша и Денис ин­те­ре­су­ют­ся, какое сред­ство за­щи­ты от солн­ца лучше всего за­щи­тит их кожу. Сред­ства за­щи­ты от солн­ца ха­рак­те­ри­зу­ют­ся по­ка­за­те­лем SPF-фак­то­ра  — фак­то­ра за­щи­ты от солн­ца, ко­то­рый по­ка­зы­ва­ет, на­сколь­ко хо­ро­шо то или иное сред­ство по­гло­ща­ет уль­тра­фи­о­ле­то­вое из­лу­че­ние, ко­то­рое яв­ля­ет­ся со­став­ля­ю­щей сол­неч­но­го света. Сред­ство за­щи­ты от солн­ца с вы­со­ким по­ка­за­те­лем SPF за­щи­ща­ет кожу доль­ше, чем сред­ства с низ­ким по­ка­за­те­лем SPF.

Маша стала ис­кать спо­соб, как срав­нить раз­ные сред­ства за­щи­ты от солн­ца. Они с Де­ни­сом ре­ши­ли ис­поль­зо­вать для этого:

— две пла­сти­ны про­зрач­но­го пла­сти­ка, ко­то­рый не по­гло­ща­ет сол­неч­ный свет;

— один лист све­то­чув­стви­тель­ной бу­ма­ги;

— ми­не­раль­ное масло (M) и крем, со­дер­жа­щий оксид цинка (ZnO);

— че­ты­ре раз­ных сред­ства за­щи­ты от солн­ца, ко­то­рые они обо­зна­чи­ли как С1, С2, С3 и С4.

Маша и Денис взяли ми­не­раль­ное масло, по­то­му что через него почти пол­но­стью про­хо­дит сол­неч­ный свет, и оксид цинка, по­то­му что он почти пол­но­стью пре­пят­ству­ет про­хож­де­нию сол­неч­но­го света. Денис кап­нул внутрь кру­жоч­ков, обо­зна­чен­ных на одной пла­сти­не из пла­сти­ка, по одной капле каж­до­го ве­ще­ства. Затем он по­ло­жил вто­рую пла­сти­ну из пла­сти­ка по­верх пер­вой и при­жал их, по­ме­стив свер­ху боль­шую книгу.

После этого Маша по­ло­жи­ла пла­сти­ны из пла­сти­ка на лист све­то­чув­стви­тель­ной бу­ма­ги. В за­ви­си­мо­сти от того, как долго све­то­чув­стви­тель­ная бу­ма­га на­хо­дит­ся на солн­це, она ме­ня­ет свой цвет с тёмно-се­ро­го на свет­ло-серый. После всех при­го­тов­ле­ний Денис вы­ста­вил пла­сти­ны на солн­це.

Све­то­чув­стви­тель­ная бу­ма­га имеет тёмно-серый цвет; она ста­но­вит­ся свет­ло-серой, когда на­хо­дит­ся под сла­бым воз­дей­стви­ем сол­неч­но­го света, и белой при силь­ном воз­дей­ствии сол­неч­но­го света. На каком из сле­ду­ю­щих ри­сун­ков по­ка­за­но то, что может по­лу­чить­ся? Объ­яс­ни­те свой выбор.

 

5.  
i

Про­чи­тай­те текст и вы­пол­ни­те за­да­ния 16—18.

ПАР­НИ­КО­ВЫЙ ЭФ­ФЕКТ: ДЕЙ­СТВИ­ТЕЛЬ­НОСТЬ ИЛИ ВЫ­МЫ­СЕЛ?

Живым ор­га­низ­мам не­об­хо­ди­ма энер­гия для жизни. Энер­гия, под­дер­жи­ва­ю­щая жизнь на Земле, при­хо­дит от Солн­ца, ко­то­рое из­лу­ча­ет энер­гию в кос­мос. Кро­шеч­ная часть этой энер­гии до­сти­га­ет Земли.

Ат­мо­сфе­ра Земли дей­ству­ет как за­щит­ное оде­я­ло, по­кры­ва­ю­щее по­верх­ность пла­не­ты, и за­щи­ща­ет её от пе­ре­па­дов тем­пе­ра­ту­ры, ко­то­рые су­ще­ство­ва­ли бы в без­воз­душ­ном про­стран­стве.

Боль­шая часть из­лу­ча­е­мой Солн­цем энер­гии про­хо­дит через зем­ную ат­мо­сфе­ру. Земля по­гло­ща­ет не­ко­то­рую часть этой энер­гии, а дру­гая часть от­ра­жа­ет­ся об­рат­но от зем­ной по­верх­но­сти. Часть этой отражённой энер­гии по­гло­ща­ет­ся ат­мо­сфе­рой.

В ре­зуль­та­те этого сред­няя тем­пе­ра­ту­ра над зем­ной по­верх­но­стью выше, чем она могла бы быть, если бы ат­мо­сфе­ры не су­ще­ство­ва­ло. Ат­мо­сфе­ра Земли дей­ству­ет как пар­ник, от­сю­да и про­изошёл тер­мин «пар­ни­ко­вый эф­фект».

Счи­та­ют, что пар­ни­ко­вый эф­фект в те­че­ние два­дца­то­го века стал более за­мет­ным.

То, что сред­няя тем­пе­ра­ту­ра ат­мо­сфе­ры Земли уве­ли­чи­лась, яв­ля­ет­ся фак­том. В га­зе­тах и дру­гой пе­ри­о­ди­че­ской пе­ча­ти ос­нов­ной при­чи­ной по­вы­ше­ния тем­пе­ра­ту­ры в два­дца­том веке часто на­зы­ва­ют уве­ли­че­ние вы­бро­са уг­ле­кис­ло­го газа в ат­мо­сфе­ру.

Школь­ник по имени Ан­дрей за­ин­те­ре­со­вал­ся воз­мож­ной свя­зью между сред­ней тем­пе­ра­ту­рой ат­мо­сфе­ры Земли и вы­бро­са­ми уг­ле­кис­ло­го газа в ат­мо­сфе­ру Земли.

В биб­лио­те­ке он нашёл сле­ду­ю­щие два гра­фи­ка.

На ос­но­ве этих двух гра­фи­ков Ан­дрей сде­лал вывод, что по­вы­ше­ние сред­ней тем­пе­ра­ту­ры ат­мо­сфе­ры Земли дей­стви­тель­но про­ис­хо­дит за счёт уве­ли­че­ния вы­бро­сов уг­ле­кис­ло­го газа.

Ан­дрей на­ста­и­ва­ет на своём вы­во­де о том, что по­вы­ше­ние сред­ней тем­пе­ра­ту­ры ат­мо­сфе­ры Земли вы­зы­ва­ет­ся уве­ли­че­ни­ем вы­бро­сов уг­ле­кис­ло­го газа. Но Вика ду­ма­ет, что его вывод че­ре­с­чур по­спеш­ный. Она го­во­рит: «Пре­жде, чем сде­лать окон­ча­тель­ный вывод, ты дол­жен убе­дить­ся в том, что дру­гие фак­то­ры, вли­я­ю­щие на пар­ни­ко­вый эф­фект, оста­ют­ся по­сто­ян­ны­ми». На­зо­ви­те один из фак­то­ров, ко­то­рые имела в виду Вика.

6.  
i

Про­чи­тай­те текст и вы­пол­ни­те за­да­ния 16—18.

Наи­бо­лее со­вре­мен­ные марки ав­то­мо­би­лей осна­ще­ны ка­та­ли­ти­че­ски­ми кон­вер­те­ра­ми, ко­то­рые де­ла­ют вы­хлоп­ные газы менее вред­ны­ми для людей и окру­жа­ю­щей среды. Около 90 % вред­ных вы­хлоп­ных газов пре­об­ра­зу­ет­ся в менее вред­ные. Ниже при­ве­де­ны не­ко­то­рые газы, ко­то­рые по­сту­па­ют в кон­вер­тер и вы­хо­дят из него.

Про­ана­ли­зи­руй­те газы, вы­де­ля­е­мые ка­та­ли­ти­че­ским кон­вер­те­ром. На­зо­ви­те одну про­бле­му, ре­ше­ние ко­то­рой долж­ны найти ин­же­не­ры и учёные, ра­бо­та­ю­щие с ка­та­ли­ти­че­ским кон­вер­те­ром, для того, чтобы по­лу­чать менее вред­ные вы­хлоп­ные газы.

7.  
i

Про­чи­тай­те текст и вы­пол­ни­те за­да­ния 16—18.

Про­из­вод­ство энер­гии за счёт ветра рас­смат­ри­ва­ет­ся как аль­тер­на­ти­ва, ко­то­рой можно за­ме­нить ге­не­ра­то­ры элек­тро­энер­гии, ра­бо­та­ю­щие за счёт сжи­га­ния нефти и угля. Со­ору­же­ния на ри­сун­ке  — это вет­ря­ные мель­ни­цы с ло­па­стя­ми, ко­то­рые вра­ща­ют­ся за счёт ветра. Бла­го­да­ря этим вра­ще­ни­ям ге­не­ра­то­ры про­из­во­дят элек­три­че­ский ток.

Опи­ши­те одно пре­иму­ще­ство и один не­до­ста­ток про­из­вод­ства энер­гии за счёт ветра по срав­не­нию с про­из­вод­ством элек­тро­энер­гии, при ко­то­ром ис­поль­зу­ет­ся ис­ко­па­е­мое топ­ли­во, такое как уголь или нефть.

8.  
i

Про­чи­тай­те текст и вы­пол­ни­те за­да­ния 16—18.

Во мно­гих стра­нах изоб­ра­же­ния плода (раз­ви­ва­ю­ще­го­ся ребёнка) можно по­лу­чить с по­мо­щью уль­тра­зву­ка (эхо­гра­фии). Уль­тра­звук счи­та­ет­ся без­опас­ным как для ма­те­ри, так и для плода.

Врач дер­жит дат­чик и водит им по жи­во­ту ма­те­ри. Уль­тра­зву­ко­вые волны про­хо­дят в брюш­ную по­лость. Внут­ри брюш­ной по­ло­сти волны от­ра­жа­ют­ся от по­верх­но­сти плода. Отражённые волны опять по­па­да­ют на дат­чик и пе­ре­да­ют­ся в ап­па­рат, ко­то­рый создаёт изоб­ра­же­ние плода.

Изоб­ра­же­ние плода может быть также по­лу­че­но с по­мо­щью ис­поль­зо­ва­ния рент­ге­нов­ских лучей. Од­на­ко жен­щи­нам во время бе­ре­мен­но­сти ре­ко­мен­ду­ет­ся из­бе­гать ис­сле­до­ва­ния брюш­ной по­ло­сти рент­ге­нов­ски­ми лу­ча­ми. По­че­му жен­щи­не во время бе­ре­мен­но­сти сле­ду­ет из­бе­гать ис­сле­до­ва­ния брюш­ной по­ло­сти рент­ге­нов­ски­ми лу­ча­ми?

9.  
i

Про­чи­тай­те текст и вы­пол­ни­те за­да­ния 16—18.

Хи­рур­ги­че­ские опе­ра­ции, ко­то­рые осу­ществ­ля­ют­ся в спе­ци­аль­но обо­ру­до­ван­ных опе­ра­ци­он­ных по­ме­ще­ни­ях, не­об­хо­ди­мы для ле­че­ния мно­гих за­бо­ле­ва­ний.

Пе­ре­сад­ка ор­га­нов осу­ществ­ля­ет­ся путём про­ве­де­ния хи­рур­ги­че­ской опе­ра­ции и ста­но­вит­ся всё более и более рас­про­странённым яв­ле­ни­ем. На диа­грам­ме пред­став­ле­но число ор­га­нов, пе­ре­са­жен­ных в одной из боль­ниц в те­че­ние 2013 года.

Объ­яс­ни­те, по­че­му хи­рур­ги­че­ские ин­стру­мен­ты, ис­поль­зу­е­мые при про­ве­де­нии опе­ра­ции, сте­ри­ли­зу­ют­ся.

10.  
i

Про­чи­тай­те текст и вы­пол­ни­те за­да­ния 16—18.

Вяз­кость (внут­рен­нее тре­ние)  — одно из яв­ле­ний пе­ре­но­са, свой­ство те­ку­чих тел (жид­ко­стей и газов) ока­зы­вать со­про­тив­ле­ние пе­ре­ме­ще­нию одной их части от­но­си­тель­но дру­гой. В ре­зуль­та­те ра­бо­та, за­тра­чи­ва­е­мая на это пе­ре­ме­ще­ние, рас­се­и­ва­ет­ся в виде тепла.

Ме­ха­низм внут­рен­не­го тре­ния в жид­ко­стях и газах за­клю­ча­ет­ся в том, что ха­о­ти­че­ски дви­жу­щи­е­ся мо­ле­ку­лы пе­ре­но­сят им­пульс из од­но­го слоя в дру­гой, что при­во­дит к вы­рав­ни­ва­нию ско­ро­стей  — это опи­сы­ва­ет­ся вве­де­ни­ем силы тре­ния. Вяз­кость твёрдых тел об­ла­да­ет рядом спе­ци­фи­че­ских осо­бен­но­стей и рас­смат­ри­ва­ет­ся обыч­но от­дель­но.

Раз­ли­ча­ют ди­на­ми­че­скую вяз­кость (еди­ни­ца из­ме­ре­ния в Меж­ду­на­род­ной си­сте­ме еди­ниц (СИ)  — Па · с, в си­сте­ме СГС  — пуаз; 1 Па · с = 10 пуаз) и ки­не­ма­ти­че­скую вяз­кость (еди­ни­ца из­ме­ре­ния в СИ  — м²/с, в СГС  — стокс, вне­си­стем­ная еди­ни­ца  — гра­дус Эн­гле­ра). Ки­не­ма­ти­че­ская вяз­кость может быть по­лу­че­на как от­но­ше­ние ди­на­ми­че­ской вяз­ко­сти к плот­но­сти ве­ще­ства и своим про­ис­хож­де­ни­ем обя­за­на клас­си­че­ским ме­то­дам из­ме­ре­ния вяз­ко­сти, таким как из­ме­ре­ние вре­ме­ни вы­те­ка­ния за­дан­но­го объёма через ка­либ­ро­ван­ное от­вер­стие под дей­стви­ем силы тя­же­сти. При­бор для из­ме­ре­ния вяз­ко­сти на­зы­ва­ет­ся вис­ко­зи­мет­ром.

Фор­му­ла для опре­де­ле­ния ки­не­ма­ти­че­ской вяз­ко­сти при за­дан­ной ди­на­ми­че­ской вяз­ко­сти вы­гля­дит так:

Ки­не­ма­ти­че­ская вяз­костьv= дробь: чис­ли­тель: Ди­на­ми­че­ская вяз­кость\mu, зна­ме­на­тель: Плот­сонсть жид­ко­сти\rho конец дроби

 

Вяз­кость и плот­ность жид­ко­стей при 20 гра­ду­сов C:


пп.
На­зва­ние жид­ко­стиДи­на­ми­че­ская вяз­кость \mu
10 в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка минус 3 пра­вая круг­лая скоб­ка левая квад­рат­ная скоб­ка Па умно­жить на с пра­вая квад­рат­ная скоб­ка ,
сП
Плот­ность \rho,
кг/м3
Ки­не­ма­ти­че­ская вяз­кость v,
10 в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка минус 6 пра­вая круг­лая скоб­ка м в квад­ра­те умно­жить на с в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка минус 1 пра­вая круг­лая скоб­ка ,
сСт
1Ани­лин4,4310224,33
2Аце­тон0,33789,90,42
3Бен­зил0,53700-7500,76-0,71
4Бен­зол0,658770,74
5Вода тяжёлая1,3411051,22
6Гли­це­рин без­вод­ный148012611170 (11,7 Ст)
7Ке­ро­син2,178002,7
8Кис­ло­та азот­ная0,9115270,60
9Кис­ло­та му­ра­вьи­ная1,7812201,46
10Кис­ло­та сер­ная25,4184013,8
11Масло ка­ст­ро­вое9879601030
12Масло олив­ко­вое8491092,31
13Масло транс­фор­ма­тор­ное31,686636,49
14Нефть лёгкая17,871225
15Нефть тяжёлая128914140
16Ртуть1,55135790,114
17Ски­пи­дар нефти1,498551,74
18Спирт ме­ти­ло­вый (ме­та­нол)0,58791,70,73
19Спирт эти­ло­вый (эта­нол)1,20789,31,52
20Тет­ра­хлор­ме­тан0,9715970,61
21То­лу­ол0,598670,68
22Хло­ро­форм0,5814830,39

 

Для пе­ре­кач­ки жид­ко­стей ис­поль­зу­ют на­со­сы, в за­ви­си­мо­сти от вяз­ко­сти жид­ко­сти ис­поль­зу­ют раз­ные виды на­со­сов.

Ло­паст­ные (а среди них  — цен­тро­беж­ные)  — ос­нов­ной тип на­со­сов как с точки зре­ния про­из­во­ди­тель­но­сти и уни­вер­саль­но­сти, так и их рас­про­стра­нен­но­сти (не менее 75% про­мыш­лен­ных на­со­сов). Самые ма­лень­кие можно взять в руку, а самые боль­шие до­сти­га­ют не­сколь­ких мет­ров в диа­мет­ре. Мощ­ность цен­тро­беж­ных на­со­сов может со­став­лять от долей ки­ло­ват­та до мно­гих тысяч ки­ло­ватт.

На ри­сун­ке по­ка­за­на схема ти­пич­но­го цен­тро­беж­но­го на­со­са. Жид­кость по­сту­па­ет к цен­траль­ной части ра­бо­че­го ко­ле­са (крыль­чат­ки). Крыль­чат­ка уста­нов­ле­на на валу в кор­пу­се и при­во­дит­ся во вра­ще­ние элек­три­че­ским или дру­гим дви­га­те­лем. Энер­гия вра­ще­ния пе­ре­да­ет­ся крыль­чат­кой жид­ко­сти; жид­кость пе­ре­ме­ща­ет­ся на пе­ри­фе­рию крыль­чат­ки, со­би­ра­ет­ся в коль­це­вом кол­лек­то­ре (улит­ке) и уда­ля­ет­ся через вы­ход­ной па­тру­бок. Па­тру­бок имеет рас­ши­ря­ю­щу­ю­ся форму; ско­рость по­то­ка в нем па­да­ет, и часть ки­не­ти­че­ской энер­гии жид­ко­сти, при­об­ре­тен­ной в ра­бо­чем ко­ле­се на­со­са, пре­об­ра­зу­ет­ся в по­тен­ци­аль­ную энер­гию дав­ле­ния. Уве­ли­че­ние дав­ле­ния на вы­хо­де из на­со­са может быть до­стиг­ну­то уве­ли­че­ни­ем либо ча­сто­ты вра­ще­ния, либо диа­мет­ра крыль­чат­ки. Ло­паст­ной насос ис­поль­зу­ет­ся для пе­ре­кач­ки жид­ко­стей не боль­шой вяз­ко­сти, до 500 сСт.

Можно ка­сто­ро­вое масло пе­ре­ка­чать ло­паст­ным на­со­сом? Ответ по­яс­ни­те.

11.  
i

Про­чи­тай­те текст и вы­пол­ни­те за­да­ния 16—18.

Вяз­кость (внут­рен­нее тре­ние)  — одно из яв­ле­ний пе­ре­но­са, свой­ство те­ку­чих тел (жид­ко­стей и газов) ока­зы­вать со­про­тив­ле­ние пе­ре­ме­ще­нию одной их части от­но­си­тель­но дру­гой. В ре­зуль­та­те ра­бо­та, за­тра­чи­ва­е­мая на это пе­ре­ме­ще­ние, рас­се­и­ва­ет­ся в виде тепла.

Ме­ха­низм внут­рен­не­го тре­ния в жид­ко­стях и газах за­клю­ча­ет­ся в том, что ха­о­ти­че­ски дви­жу­щи­е­ся мо­ле­ку­лы пе­ре­но­сят им­пульс из од­но­го слоя в дру­гой, что при­во­дит к вы­рав­ни­ва­нию ско­ро­стей  — это опи­сы­ва­ет­ся вве­де­ни­ем силы тре­ния. Вяз­кость твёрдых тел об­ла­да­ет рядом спе­ци­фи­че­ских осо­бен­но­стей и рас­смат­ри­ва­ет­ся обыч­но от­дель­но.

Раз­ли­ча­ют ди­на­ми­че­скую вяз­кость (еди­ни­ца из­ме­ре­ния в Меж­ду­на­род­ной си­сте­ме еди­ниц (СИ)  — Па · с, в си­сте­ме СГС  — пуаз; 1 Па · с = 10 пуаз) и ки­не­ма­ти­че­скую вяз­кость (еди­ни­ца из­ме­ре­ния в СИ  — м²/с, в СГС  — стокс, вне­си­стем­ная еди­ни­ца  — гра­дус Эн­гле­ра). Ки­не­ма­ти­че­ская вяз­кость может быть по­лу­че­на как от­но­ше­ние ди­на­ми­че­ской вяз­ко­сти к плот­но­сти ве­ще­ства и своим про­ис­хож­де­ни­ем обя­за­на клас­си­че­ским ме­то­дам из­ме­ре­ния вяз­ко­сти, таким как из­ме­ре­ние вре­ме­ни вы­те­ка­ния за­дан­но­го объёма через ка­либ­ро­ван­ное от­вер­стие под дей­стви­ем силы тя­же­сти. При­бор для из­ме­ре­ния вяз­ко­сти на­зы­ва­ет­ся вис­ко­зи­мет­ром.

Фор­му­ла для опре­де­ле­ния ки­не­ма­ти­че­ской вяз­ко­сти при за­дан­ной ди­на­ми­че­ской вяз­ко­сти вы­гля­дит так:

Ки­не­ма­ти­че­ская вяз­костьv= дробь: чис­ли­тель: Ди­на­ми­че­ская вяз­кость\mu, зна­ме­на­тель: Плот­сонсть жид­ко­сти\rho конец дроби

 

Вяз­кость и плот­ность жид­ко­стей при 20 гра­ду­сов C:


пп.
На­зва­ние жид­ко­стиДи­на­ми­че­ская вяз­кость \mu
10 в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка минус 3 пра­вая круг­лая скоб­ка левая квад­рат­ная скоб­ка Па умно­жить на с пра­вая квад­рат­ная скоб­ка ,
сП
Плот­ность \rho,
кг/м3
Ки­не­ма­ти­че­ская вяз­кость v,
10 в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка минус 6 пра­вая круг­лая скоб­ка м в квад­ра­те умно­жить на с в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка минус 1 пра­вая круг­лая скоб­ка ,
сСт
1Ани­лин4,4310224,33
2Аце­тон0,33789,90,42
3Бен­зил0,53700-7500,76-0,71
4Бен­зол0,658770,74
5Вода тяжёлая1,3411051,22
6Гли­це­рин без­вод­ный148012611170 (11,7 Ст)
7Ке­ро­син2,178002,7
8Кис­ло­та азот­ная0,9115270,60
9Кис­ло­та му­ра­вьи­ная1,7812201,46
10Кис­ло­та сер­ная25,4184013,8
11Масло ка­ст­ро­вое9879601030
12Масло олив­ко­вое8491092,31
13Масло транс­фор­ма­тор­ное31,686636,49
14Нефть лёгкая17,871225
15Нефть тяжёлая128914140
16Ртуть1,55135790,114
17Ски­пи­дар нефти1,498551,74
18Спирт ме­ти­ло­вый (ме­та­нол)0,58791,70,73
19Спирт эти­ло­вый (эта­нол)1,20789,31,52
20Тет­ра­хлор­ме­тан0,9715970,61
21То­лу­ол0,598670,68
22Хло­ро­форм0,5814830,39

 

Для пе­ре­кач­ки жид­ко­стей ис­поль­зу­ют на­со­сы, в за­ви­си­мо­сти от вяз­ко­сти жид­ко­сти ис­поль­зу­ют раз­ные виды на­со­сов.

Ло­паст­ные (а среди них  — цен­тро­беж­ные)  — ос­нов­ной тип на­со­сов как с точки зре­ния про­из­во­ди­тель­но­сти и уни­вер­саль­но­сти, так и их рас­про­стра­нен­но­сти (не менее 75% про­мыш­лен­ных на­со­сов). Самые ма­лень­кие можно взять в руку, а самые боль­шие до­сти­га­ют не­сколь­ких мет­ров в диа­мет­ре. Мощ­ность цен­тро­беж­ных на­со­сов может со­став­лять от долей ки­ло­ват­та до мно­гих тысяч ки­ло­ватт.

На ри­сун­ке по­ка­за­на схема ти­пич­но­го цен­тро­беж­но­го на­со­са. Жид­кость по­сту­па­ет к цен­траль­ной части ра­бо­че­го ко­ле­са (крыль­чат­ки). Крыль­чат­ка уста­нов­ле­на на валу в кор­пу­се и при­во­дит­ся во вра­ще­ние элек­три­че­ским или дру­гим дви­га­те­лем. Энер­гия вра­ще­ния пе­ре­да­ет­ся крыль­чат­кой жид­ко­сти; жид­кость пе­ре­ме­ща­ет­ся на пе­ри­фе­рию крыль­чат­ки, со­би­ра­ет­ся в коль­це­вом кол­лек­то­ре (улит­ке) и уда­ля­ет­ся через вы­ход­ной па­тру­бок. Па­тру­бок имеет рас­ши­ря­ю­щу­ю­ся форму; ско­рость по­то­ка в нем па­да­ет, и часть ки­не­ти­че­ской энер­гии жид­ко­сти, при­об­ре­тен­ной в ра­бо­чем ко­ле­се на­со­са, пре­об­ра­зу­ет­ся в по­тен­ци­аль­ную энер­гию дав­ле­ния. Уве­ли­че­ние дав­ле­ния на вы­хо­де из на­со­са может быть до­стиг­ну­то уве­ли­че­ни­ем либо ча­сто­ты вра­ще­ния, либо диа­мет­ра крыль­чат­ки. Ло­паст­ной насос ис­поль­зу­ет­ся для пе­ре­кач­ки жид­ко­стей не боль­шой вяз­ко­сти, до 500 сСт.

Можно тя­же­лую нефть пе­ре­ка­чать ло­паст­ным на­со­сом? Ответ по­яс­ни­те.

12.  
i

В двух за­кры­тых друг от друга ком­на­тах раз­ная тем­пе­ра­ту­ра на­сы­щен­но­го во­дя­но­го пара. В пер­вой ком­на­те тем­пе­ра­ту­ра 10 гра­ду­сов, во вто­рой 25 гра­ду­са. Из какой ком­на­ты в какую будет про­те­кать пар через щель в двер­ном про­еме? Ответ по­яс­ни­те.

 

На­сы­щен­ный пар  — это пар , на­хо­дя­щий­ся в тер­мо­ди­на­ми­че­ском рав­но­ве­сии с жид­ко­стью или твёрдым телом того же со­ста­ва .

Дав­ле­ние на­сы­щен­но­го пара свя­за­но опре­делённой для дан­но­го ве­ще­ства за­ви­си­мо­стью от тем­пе­ра­ту­ры . Когда внеш­нее дав­ле­ние па­да­ет ниже дав­ле­ния на­сы­щен­но­го пара, про­ис­хо­дит ки­пе­ние (жид­ко­сти) или воз­гон­ка (твёрдого тела); когда оно выше  — на­про­тив, кон­ден­са­ция или де­суб­ли­ма­ция . Для воды и мно­гих дру­гих ве­ществ, име­ю­щих твер­дую фазу, су­ще­ству­ет зна­чи­тель­ная раз­ни­ца в дав­ле­нии на­сы­щен­ных паров над по­верх­но­стью жид­ко­сти и твер­дой фазы.

Над по­верх­но­стью жид­ко­сти все­гда есть пары этой жид­ко­сти, ко­то­рые об­ра­зу­ют­ся из-за ее ис­па­ре­ния. За счет диф­фу­зии часть мо­ле­кул пара воз­вра­ща­ет­ся об­рат­но в жид­кость. Если число ча­стиц, по­ки­да­ю­щих жид­кость за еди­ни­цу вре­ме­ни, боль­ше числа ча­стиц, воз­вра­ща­ю­щих­ся в жид­кость за тот же про­ме­жу­ток вре­ме­ни, то пар на­зы­ва­ет­ся не­на­сы­щен­ным. Если число ча­стиц, по­ки­да­ю­щих жид­кость за еди­ни­цу вре­ме­ни, равно числу ча­стиц, воз­вра­ща­ю­щих­ся в жид­кость за тот же про­ме­жу­ток вре­ме­ни, то пар на­зы­ва­ет­ся на­сы­щен­ным. При этом го­во­рят, что пар на­хо­дит­ся в ди­на­ми­че­ском рав­но­ве­сии со своей жид­ко­стью. Такая си­ту­а­ция воз­мож­на, если, на­при­мер, огра­ни­чить объем над по­верх­но­стью воды. Тогда ис­па­ре­ние может про­ис­хо­дить толь­ко до опре­де­лен­но­го пре­де­ла.

Если пар жид­ко­сти стал на­сы­щен­ным, то боль­шей кон­цен­тра­ции мо­ле­кул (зна­чит, и дав­ле­ния) на­сы­щен­но­го пара при той же тем­пе­ра­ту­ре до­стичь нель­зя. Это озна­ча­ет, что дав­ле­ние на­сы­щен­но­го пара имеет един­ствен­ное зна­че­ние, за­ви­ся­щее толь­ко от его тем­пе­ра­ту­ры. Если объем, за­ни­ма­е­мый на­сы­щен­ным паром, на­чать умень­шать при по­сто­ян­ной тем­пе­ра­ту­ре, то пар нач­нет кон­ден­си­ро­вать­ся в жид­кость, так как кон­цен­тра­ция его ча­стиц и дав­ле­ние до­стиг­ли пре­дель­но­го зна­че­ния.

 

В таб­ли­це при­ве­де­ны сле­ду­ю­щие свой­ства на­сы­щен­но­го во­дя­но­го пара в за­ви­си­мо­сти от тем­пе­ра­ту­ры: дав­ле­ние, удель­ный объем, плот­ность, удель­ные эн­таль­пии жид­ко­сти и пара, теп­ло­та па­ро­об­ра­зо­ва­ния.

 

Пе­ре­счет в СИ: 1 кгс/см2 = 9.81·104 Па.

 

Тем­пе­ра­ту­ра,
 гра­ду­совC
Дав­ле­ние (аб­со­лют­ное),
кгс/см3
Удель­ный объём,
м3/кг
Плот­ность,
кг/м3
Удель­ная эн­та­пи­лия
жид­ко­сти i в сте­пе­ни ,
кДж/кг
Удель­ная эн­та­пи­лия
пара i в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка ,, пра­вая круг­лая скоб­ка
кДж/кг
Удель­ная теп­ло­та
па­ро­об­ра­зо­ва­ния r,
кДж/кг
00,0062206,50,0048402493,12493,1
50,0089147,10,006820,952502,72481,7
100,0125106,40,009441,92512,32470,4
150,017477,90,0128362,852522,42459,5
200,023857,80,0172983,825322448,2
250,032343,40,02304104,752541,72436,9
300,043332,930,03036125,72551,32425,6
350,057325,250,0396146,6525612414,3
400,075219,550,05114167,62570,62403
450,097715,280,06543188,552579,82391,3
500,125812,0540,083209,52589,52380
550,16059,5890,1043230,452598,72368,2
600,20317,6870,1301251,42608,32356,9
650,2556,2090,1611272,352617,52345,2
700,31775,0520,1979293,32626,32333
750,3934,1390,2416314,326362321
800,4833,4140,2929335,226442310
850,592,8320,3531356,226532297
900,7152,3650,4229377,126622285
950,8621,9850,5039398,126712273
13.  
i

Про­чи­тай­те текст и вы­пол­ни­те за­да­ния 16—18.

В за­ви­си­мо­сти от ча­сто­ты ко­ле­ба­ний элек­тро­маг­нит­ные волны ока­зы­ва­ют раз­лич­ное дей­ствие на ор­га­низм че­ло­ве­ка и ис­поль­зу­ют­ся для раз­лич­ных тех­ни­че­ских целей. Диа­па­зон этих ча­стот на­зы­ва­ют спек­тром элек­тро­маг­нит­но­го из­лу­че­ния, он огро­мен  — от не­сколь­ких де­сят­ков тысяч до 1020 Гц. Ча­сто­ту можно найти, зная длину волны, по фор­му­ле: ν(ча­сто­та в гер­цах) = с(ско­рость света)/λ (длина волны в мет­рах)

Со­от­вет­ствен­но, длина элек­тро­маг­нит­ной волны может со­став­лять от де­сят­ков ки­ло­мет­ров до ты­сяч­ных долей на­но­мет­ра. Че­ло­век без по­мо­щи при­бо­ров может вос­при­ни­мать лишь очень не­боль­шую часть элек­тро­маг­нит­но­го спек­тра, ко­то­рую на­зы­ва­ют ви­ди­мой ча­стью этого спек­тра или его све­то­вым диа­па­зо­ном. Све­то­чув­стви­тель­ные клет­ки глаза ре­а­ги­ру­ют на по­па­да­ю­щее в глаз из­лу­че­ние, на­хо­дя­ще­е­ся в све­то­вом диа­па­зо­не, и пре­вра­ща­ют его в ощу­ще­ние света.

 

На­зва­ние диа­па­зо­наДлины волнЧа­сто­ты
Сверх­длин­ные ра­дио­вол­ныБолее 10 кмМенее 30 кГц
Длин­ные ра­дио­вол­ны10 км  — 1 км30 кГц  — 300 кГц
Сред­ние ра­дио­вол­ны1 км  — 100 м300 кГц  — 3 МГц
Ко­рот­кие ра­дио­вол­ны100 м  — 10 м3 МГц  — 30 МГц
Уль­тра­ко­рот­кие ра­дио­вол­ны10 м  — 1 мм30 МГц  — 300 ГГц
Ин­фра­крас­ное из­лу­че­ние1 мм  — 780 нм300 ГГц  — 430 ТГц
Ви­ди­мое из­лу­че­ние780  — 380 нм430  — 750 ТГц
Уль­тра­фи­о­ле­то­вое из­лу­че­ние380  — 10 нм1014  — 1016 Гц
Рент­ге­нов­ское из­лу­че­ние10  — 0,005 нм1016  — 1019 Гц
Гамма-из­лу­че­ниеМенее 0,005 нмБолее 1019 Гц

 

ЦветДиа­па­зон длин волн, нмДиа­па­зон ча­стот, ТГц
Фи­о­ле­то­вый380—440790—680
Синий440—485680—620
Го­лу­бой485—500620—600
Зелёный500—565600—530
Жёлтый565—590530—510
Оран­же­вый590—625510—480
Крас­ный625—740480—400

 

Причём в за­ви­си­мо­сти от длины волны мы можем вос­при­ни­мать раз­лич­ные цвета. Самые ко­рот­кие волны вы­зы­ва­ют ощу­ще­ния фи­о­ле­то­во­го света, затем, по мере уве­ли­че­ния длины волны, воз­ни­ка­ют ощу­ще­ния го­лу­бо­го, си­не­го, зелёного, жёлтого, оран­же­во­го и крас­но­го цвета. В точ­но­сти с фра­зой для за­по­ми­на­ния ви­ди­мо­го спек­тра: «Каж­дый охот­ник же­ла­ет знать, где сидит фазан».

В дру­гих об­ла­стях спек­тра элек­тро­маг­нит­ное из­лу­че­ние не­ви­ди­мо для че­ло­ве­че­ско­го глаза. Из­лу­че­ние, длина волны ко­то­ро­го не­мно­го боль­ше, чем в ви­ди­мой об­ла­сти, на­зы­ва­ют ин­фра­крас­ным. Мы тоже можем вос­при­ни­мать его, но уже не как свет, а как тепло. Су­ще­ству­ют при­бо­ры, спо­соб­ные ре­а­ги­ро­вать на ин­фра­крас­ное из­лу­че­ние; на фо­то­гра­фи­ях, сде­лан­ных с их по­мо­щью, го­ря­чие пред­ме­ты будут вы­гля­деть тёмными, а хо­лод­ные – свет­лы­ми. Сфо­то­гра­фи­ро­вав ком­на­ту зимой, мы уви­дим чёрные ра­ди­а­то­ры отоп­ле­ния и белые окна. Мы также раз­ли­чим на фоне стен фи­гу­ры людей и жи­вот­ных, так как тем­пе­ра­ту­ра их тел выше, чем тем­пе­ра­ту­ра окру­жа­ю­щих пред­ме­тов. Не­ко­то­рые змеи спо­соб­ны ви­деть в ин­фра­крас­ной об­ла­сти и, бла­го­да­ря этому, на­хо­дить в тем­но­те мышей, на ко­то­рых они охо­тят­ся.

Опре­де­ли­те по таб­ли­це видит ли че­ло­ве­че­ский глаз элек­тро­маг­нит­ную волну с дли­ной волны 400 нм? Если да, то ка­ко­го цвета эта волна. Если нет, то какая это элек­тро­маг­нит­ная волна?

14.  
i

Про­чи­тай­те текст и вы­пол­ни­те за­да­ния 16—18.

В за­ви­си­мо­сти от ча­сто­ты ко­ле­ба­ний элек­тро­маг­нит­ные волны ока­зы­ва­ют раз­лич­ное дей­ствие на ор­га­низм че­ло­ве­ка и ис­поль­зу­ют­ся для раз­лич­ных тех­ни­че­ских целей. Диа­па­зон этих ча­стот на­зы­ва­ют спек­тром элек­тро­маг­нит­но­го из­лу­че­ния, он огро­мен  — от не­сколь­ких де­сят­ков тысяч до 1020 Гц. Ча­сто­ту можно найти, зная длину волны, по фор­му­ле: ν(ча­сто­та в гер­цах) = с(ско­рость света)/λ (длина волны в мет­рах)

Со­от­вет­ствен­но, длина элек­тро­маг­нит­ной волны может со­став­лять от де­сят­ков ки­ло­мет­ров до ты­сяч­ных долей на­но­мет­ра. Че­ло­век без по­мо­щи при­бо­ров может вос­при­ни­мать лишь очень не­боль­шую часть элек­тро­маг­нит­но­го спек­тра, ко­то­рую на­зы­ва­ют ви­ди­мой ча­стью этого спек­тра или его све­то­вым диа­па­зо­ном. Све­то­чув­стви­тель­ные клет­ки глаза ре­а­ги­ру­ют на по­па­да­ю­щее в глаз из­лу­че­ние, на­хо­дя­ще­е­ся в све­то­вом диа­па­зо­не, и пре­вра­ща­ют его в ощу­ще­ние света.

 

На­зва­ние диа­па­зо­наДлины волнЧа­сто­ты
Сверх­длин­ные ра­дио­вол­ныБолее 10 кмМенее 30 кГц
Длин­ные ра­дио­вол­ны10 км  — 1 км30 кГц  — 300 кГц
Сред­ние ра­дио­вол­ны1 км  — 100 м300 кГц  — 3 МГц
Ко­рот­кие ра­дио­вол­ны100 м  — 10 м3 МГц  — 30 МГц
Уль­тра­ко­рот­кие ра­дио­вол­ны10 м  — 1 мм30 МГц  — 300 ГГц
Ин­фра­крас­ное из­лу­че­ние1 мм  — 780 нм300 ГГц  — 430 ТГц
Ви­ди­мое из­лу­че­ние780  — 380 нм430  — 750 ТГц
Уль­тра­фи­о­ле­то­вое из­лу­че­ние380  — 10 нм1014  — 1016 Гц
Рент­ге­нов­ское из­лу­че­ние10  — 0,005 нм1016  — 1019 Гц
Гамма-из­лу­че­ниеМенее 0,005 нмБолее 1019 Гц

 

ЦветДиа­па­зон длин волн, нмДиа­па­зон ча­стот, ТГц
Фи­о­ле­то­вый380—440790—680
Синий440—485680—620
Го­лу­бой485—500620—600
Зелёный500—565600—530
Жёлтый565—590530—510
Оран­же­вый590—625510—480
Крас­ный625—740480—400

 

Причём в за­ви­си­мо­сти от длины волны мы можем вос­при­ни­мать раз­лич­ные цвета. Самые ко­рот­кие волны вы­зы­ва­ют ощу­ще­ния фи­о­ле­то­во­го света, затем, по мере уве­ли­че­ния длины волны, воз­ни­ка­ют ощу­ще­ния го­лу­бо­го, си­не­го, зелёного, жёлтого, оран­же­во­го и крас­но­го цвета. В точ­но­сти с фра­зой для за­по­ми­на­ния ви­ди­мо­го спек­тра: «Каж­дый охот­ник же­ла­ет знать, где сидит фазан».

В дру­гих об­ла­стях спек­тра элек­тро­маг­нит­ное из­лу­че­ние не­ви­ди­мо для че­ло­ве­че­ско­го глаза. Из­лу­че­ние, длина волны ко­то­ро­го не­мно­го боль­ше, чем в ви­ди­мой об­ла­сти, на­зы­ва­ют ин­фра­крас­ным. Мы тоже можем вос­при­ни­мать его, но уже не как свет, а как тепло. Су­ще­ству­ют при­бо­ры, спо­соб­ные ре­а­ги­ро­вать на ин­фра­крас­ное из­лу­че­ние; на фо­то­гра­фи­ях, сде­лан­ных с их по­мо­щью, го­ря­чие пред­ме­ты будут вы­гля­деть тёмными, а хо­лод­ные – свет­лы­ми. Сфо­то­гра­фи­ро­вав ком­на­ту зимой, мы уви­дим чёрные ра­ди­а­то­ры отоп­ле­ния и белые окна. Мы также раз­ли­чим на фоне стен фи­гу­ры людей и жи­вот­ных, так как тем­пе­ра­ту­ра их тел выше, чем тем­пе­ра­ту­ра окру­жа­ю­щих пред­ме­тов. Не­ко­то­рые змеи спо­соб­ны ви­деть в ин­фра­крас­ной об­ла­сти и, бла­го­да­ря этому, на­хо­дить в тем­но­те мышей, на ко­то­рых они охо­тят­ся.

Опре­де­ли­те по таб­ли­це видит ли че­ло­ве­че­ский глаз элек­тро­маг­нит­ную волну с дли­ной волны 2 нм? Если да, то ка­ко­го цвета эта волна. Если нет, то какая это элек­тро­маг­нит­ная волна?

15.  
i

Про­чи­тай­те текст и вы­пол­ни­те за­да­ния 16—18.

Ко­ли­че­ство во­дя­но­го пара, на­хо­дя­ще­го­ся в воз­ду­хе, на­зы­ва­ет­ся влаж­но­стью воз­ду­ха. Для ха­рак­те­ри­сти­ки влаж­но­сти упо­треб­ля­ют­ся сле­ду­ю­щие ве­ли­чи­ны:

1.  Аб­со­лют­ная влаж­ность.

2.  От­но­си­тель­ная влаж­ность.

Ко­ли­че­ство во­дя­но­го пара, со­дер­жа­ще­го­ся в 1 м3 воз­ду­ха на­зы­ва­ет­ся аб­со­лют­ной влаж­но­стью и из­ме­ря­ет­ся или в ве­со­вых еди­ни­цах (грам­мах), или вы­ра­жа­ет­ся упру­го­стью пара в мил­ли­мет­рах (или мил­ли­ба­рах) ртут­но­го стол­ба. От­но­си­тель­ная влаж­ность пред­став­ля­ет собой от­но­ше­ние упру­го­сти во­дя­но­го пара, на­сы­ща­ю­ще­го про­стран­ство, к мак­си­маль­но воз­мож­ной упру­го­сти во­дя­но­го пара при дан­ной тем­пе­ра­ту­ре. От­но­си­тель­ная влаж­ность вы­ра­жа­ет­ся в про­цен­тах. Для опре­де­ле­ния влаж­но­сти воз­ду­ха ме­тео­ро­ло­ги поль­зу­ют­ся пси­хро­мет­ром и во­ло­ся­ным гиг­ро­мет­ром. Пси­хро­метр слу­жит для из­ме­ре­ния тем­пе­ра­ту­ры и влаж­но­сти воз­ду­ха. Пси­хро­метр со­сто­ит из двух тер­мо­мет­ров. Ре­зер­ву­ар пра­во­го тер­мо­мет­ра обер­нут тка­нью. Левый тер­мо­метр (сухой) слу­жит для из­ме­ре­ния тем­пе­ра­ту­ры воз­ду­ха. От­счет по пра­во­му (смо­чен­но­му) тер­мо­мет­ру в со­еди­не­нии с от­сче­та­ми по су­хо­му тер­мо­мет­ру слу­жат для вы­чис­ле­ния аб­со­лют­ной и от­но­си­тель­ной влаж­но­сти воз­ду­ха. Лос­ку­ток ткани, охва­ты­ва­ю­щий шарик тер­мо­мет­ра, дол­жен быть все­гда чи­стым. Если он за­гряз­нил­ся, его не­об­хо­ди­мо за­ме­нить новым. Ме­нять его сле­ду­ет, воз­мож­но, чаще: при по­сто­ян­ной ра­бо­те не реже, чем раз в две не­де­ли. Вб­ли­зи при­бо­ра не долж­но быть ни­ка­ких по­сто­рон­них пред­ме­тов, ко­то­рые, имея тем­пе­ра­ту­ру, от­лич­ную от тем­пе­ра­ту­ры воз­ду­ха, могут по­вли­ять на по­ка­за­ния при­бо­ра. При­бор сле­ду­ет уста­нав­ли­вать в тени.

 

По­ря­док на­блю­де­ний по пси­хро­мет­ру:

1.  За 5 минут до сроч­но­го часа сма­чи­ва­ют ткань на тер­мо­мет­ре. Для этого берут ди­стил­ли­ро­ван­ную воду. За не­име­ни­ем та­ко­вой можно поль­зо­вать­ся чи­стой сне­го­вой водой или ис­поль­зо­вать дож­де­вую воду, пред­ва­ри­тель­но про­пу­щен­ную через филь­тро­валь­ную бу­ма­гу или вату.

2.  Через 4 ми­ну­ты про­из­во­дят от­счет су­хо­го и смо­чен­но­го тер­мо­мет­ров пси­хро­мет­ра.

 

На­блю­де­ния по пси­хро­мет­ру при тем­пе­ра­ту­ре воз­ду­ха около нуля имеют сле­ду­ю­щие осо­бен­но­сти:

1.  Ткань в этом слу­чае сма­чи­ва­ют за 30 минут до на­ступ­ле­ния срока на­блю­де­ния.

2.  После от­сче­та тер­мо­мет­ров опре­де­ля­ет­ся со­сто­я­ние ткани – «лед» или «вода». Для этой цели не­от­то­чен­ным кон­цом ка­ран­да­ша или тон­кой де­ре­вян­ной па­лоч­кой осто­рож­но ка­са­ют­ся лос­кут­ка ткани на смо­чен­ном тер­мо­мет­ре и в за­ви­си­мо­сти от того, мяг­кая или твер­дая ткань, от­ме­ча­ют «в» или «л».

 

Раз­ность по­ка­за­ний су­хо­го и влаж­но­го тер­мо­мет­ра (t сух–t вл)
t сух1234567891011121314151617181920
1918067533618
29081695641244
390797259452911
491816962493417
5928271595239235
69283736249432812
793847564523833181
893867767554228248
9948678695846331714
1094878071615037237
11948881736453412813
129589827566564533194
1395908376685949382510
14959084787062524230161
15969185797264554534228
169691868074675849392714
1796928782766961524332196
18969288837771635546362512
199793898479736658504030185
2097938985807468615344342311
21979490868176706356483828174
229794918782777266595142332210
2397949187837973686154463727164
24989592888480757064574941322110
259895928985817771665952453626164
2698959390868278736862554840312110
27989693908783797570645851443526164
289896939188848076726661544739312110
2998969491888582787368635750433526165
30989694928986837975706560534739302111
319897949290878480767267625650433526166
32989795939088858178746964595346393122121
33999795939188858279757166615649423526177
349997959391898683817773686458524639312213
359997969492908784817874706661554942352718
369997969492908885827976726863585246393123

Можно ли ис­поль­зо­вать рас­та­яв­ший чи­стый снег для сма­чи­ва­ния ткани влаж­но­го тер­мо­мет­ра? Ответ по­яс­ни­те.

16.  
i

Про­чи­тай­те текст и вы­пол­ни­те за­да­ния 16—18.

Ко­ли­че­ство во­дя­но­го пара, на­хо­дя­ще­го­ся в воз­ду­хе, на­зы­ва­ет­ся влаж­но­стью воз­ду­ха. Для ха­рак­те­ри­сти­ки влаж­но­сти упо­треб­ля­ют­ся сле­ду­ю­щие ве­ли­чи­ны:

1.  Аб­со­лют­ная влаж­ность.

2.  От­но­си­тель­ная влаж­ность.

Ко­ли­че­ство во­дя­но­го пара, со­дер­жа­ще­го­ся в 1 м3 воз­ду­ха на­зы­ва­ет­ся аб­со­лют­ной влаж­но­стью и из­ме­ря­ет­ся или в ве­со­вых еди­ни­цах (грам­мах), или вы­ра­жа­ет­ся упру­го­стью пара в мил­ли­мет­рах (или мил­ли­ба­рах) ртут­но­го стол­ба. От­но­си­тель­ная влаж­ность пред­став­ля­ет собой от­но­ше­ние упру­го­сти во­дя­но­го пара, на­сы­ща­ю­ще­го про­стран­ство, к мак­си­маль­но воз­мож­ной упру­го­сти во­дя­но­го пара при дан­ной тем­пе­ра­ту­ре. От­но­си­тель­ная влаж­ность вы­ра­жа­ет­ся в про­цен­тах. Для опре­де­ле­ния влаж­но­сти воз­ду­ха ме­тео­ро­ло­ги поль­зу­ют­ся пси­хро­мет­ром и во­ло­ся­ным гиг­ро­мет­ром. Пси­хро­метр слу­жит для из­ме­ре­ния тем­пе­ра­ту­ры и влаж­но­сти воз­ду­ха. Пси­хро­метр со­сто­ит из двух тер­мо­мет­ров. Ре­зер­ву­ар пра­во­го тер­мо­мет­ра обер­нут тка­нью. Левый тер­мо­метр (сухой) слу­жит для из­ме­ре­ния тем­пе­ра­ту­ры воз­ду­ха. От­счет по пра­во­му (смо­чен­но­му) тер­мо­мет­ру в со­еди­не­нии с от­сче­та­ми по су­хо­му тер­мо­мет­ру слу­жат для вы­чис­ле­ния аб­со­лют­ной и от­но­си­тель­ной влаж­но­сти воз­ду­ха. Лос­ку­ток ткани, охва­ты­ва­ю­щий шарик тер­мо­мет­ра, дол­жен быть все­гда чи­стым. Если он за­гряз­нил­ся, его не­об­хо­ди­мо за­ме­нить новым. Ме­нять его сле­ду­ет, воз­мож­но, чаще: при по­сто­ян­ной ра­бо­те не реже, чем раз в две не­де­ли. Вб­ли­зи при­бо­ра не долж­но быть ни­ка­ких по­сто­рон­них пред­ме­тов, ко­то­рые, имея тем­пе­ра­ту­ру, от­лич­ную от тем­пе­ра­ту­ры воз­ду­ха, могут по­вли­ять на по­ка­за­ния при­бо­ра. При­бор сле­ду­ет уста­нав­ли­вать в тени.

 

По­ря­док на­блю­де­ний по пси­хро­мет­ру:

1.  За 5 минут до сроч­но­го часа сма­чи­ва­ют ткань на тер­мо­мет­ре. Для этого берут ди­стил­ли­ро­ван­ную воду. За не­име­ни­ем та­ко­вой можно поль­зо­вать­ся чи­стой сне­го­вой водой или ис­поль­зо­вать дож­де­вую воду, пред­ва­ри­тель­но про­пу­щен­ную через филь­тро­валь­ную бу­ма­гу или вату.

2.  Через 4 ми­ну­ты про­из­во­дят от­счет су­хо­го и смо­чен­но­го тер­мо­мет­ров пси­хро­мет­ра.

 

На­блю­де­ния по пси­хро­мет­ру при тем­пе­ра­ту­ре воз­ду­ха около нуля имеют сле­ду­ю­щие осо­бен­но­сти:

1.  Ткань в этом слу­чае сма­чи­ва­ют за 30 минут до на­ступ­ле­ния срока на­блю­де­ния.

2.  После от­сче­та тер­мо­мет­ров опре­де­ля­ет­ся со­сто­я­ние ткани – «лед» или «вода». Для этой цели не­от­то­чен­ным кон­цом ка­ран­да­ша или тон­кой де­ре­вян­ной па­лоч­кой осто­рож­но ка­са­ют­ся лос­кут­ка ткани на смо­чен­ном тер­мо­мет­ре и в за­ви­си­мо­сти от того, мяг­кая или твер­дая ткань, от­ме­ча­ют «в» или «л».

 

Раз­ность по­ка­за­ний су­хо­го и влаж­но­го тер­мо­мет­ра (t сух–t вл)
t сух1234567891011121314151617181920
1918067533618
29081695641244
390797259452911
491816962493417
5928271595239235
69283736249432812
793847564523833181
893867767554228248
9948678695846331714
1094878071615037237
11948881736453412813
129589827566564533194
1395908376685949382510
14959084787062524230161
15969185797264554534228
169691868074675849392714
1796928782766961524332196
18969288837771635546362512
199793898479736658504030185
2097938985807468615344342311
21979490868176706356483828174
229794918782777266595142332210
2397949187837973686154463727164
24989592888480757064574941322110
259895928985817771665952453626164
2698959390868278736862554840312110
27989693908783797570645851443526164
289896939188848076726661544739312110
2998969491888582787368635750433526165
30989694928986837975706560534739302111
319897949290878480767267625650433526166
32989795939088858178746964595346393122121
33999795939188858279757166615649423526177
349997959391898683817773686458524639312213
359997969492908784817874706661554942352718
369997969492908885827976726863585246393123

Можно ли ис­поль­зо­вать со­ле­ную мор­скую воду для сма­чи­ва­ния ткани влаж­но­го тер­мо­мет­ра? Ответ по­яс­ни­те.

17.  
i

Про­чи­тай­те текст и вы­пол­ни­те за­да­ния 16—18.

Одним из самых рас­про­стра­нен­ных ма­те­ри­а­лов, с ко­то­рым все­гда пред­по­чи­та­ли ра­бо­тать люди, был ме­талл. Все ме­тал­лы имеют ряд свойств, ко­то­рые поз­во­ля­ют объ­еди­нять их в одну боль­шую груп­пу ве­ществ. В свою оче­редь, эти свой­ства объ­яс­ня­ет кри­стал­ли­че­ское стро­е­ние ме­тал­лов. К спе­ци­фи­че­ским свой­ствам рас­смат­ри­ва­е­мых ве­ществ от­но­сят сле­ду­ю­щие:

1.  Ме­тал­ли­че­ский блеск. Все пред­ста­ви­те­ли про­стых ве­ществ им об­ла­да­ют, при­чем боль­шин­ство оди­на­ко­вым се­реб­ри­сто-белым цве­том. Лишь не­ко­то­рые (зо­ло­то, медь, спла­вы) от­ли­ча­ют­ся.

2.  Ков­кость и пла­стич­ность - спо­соб­ность де­фор­ми­ро­вать­ся и вос­ста­нав­ли­вать­ся до­ста­точ­но легко. У раз­ных пред­ста­ви­те­лей вы­ра­же­на в не­оди­на­ко­вой мере.

3.  Элек­тро­про­вод­ность и теп­ло­про­вод­ность - одно из ос­нов­ных свойств, ко­то­рое опре­де­ля­ет об­ла­сти при­ме­не­ния ме­тал­ла и его спла­вов.

Кри­стал­ли­че­ское стро­е­ние ме­тал­лов и спла­вов объ­яс­ня­ет при­чи­ну каж­до­го из обо­зна­чен­ных свойств и го­во­рит о вы­ра­жен­но­сти их у каж­до­го кон­крет­но­го пред­ста­ви­те­ля. Если знать осо­бен­но­сти та­ко­го стро­е­ния, то можно вли­ять на свой­ства об­раз­ца и под­стра­и­вать его под нуж­ные па­ра­мет­ры, что и де­ла­ют люди уже мно­гие де­ся­ти­ле­тия.

Связь между ко­эф­фи­ци­ен­та­ми ли­ней­но­го рас­ши­ре­ния,

тем­пе­ра­ту­ра­ми плав­ле­ния ме­тал­лов и сим­мет­ри­ей

кри­стал­ли­че­ских ре­ше­ток

Тип ре­шет­киМе­таллTпл

*K

коэф.лин.

рас­ши­ре­ния

Объ­ем­но­цен­три­ро­ван­ная ку­би­че­скаяCs
Rb
K
Na
Li
Feδ
Tiβ
Mo
301
311
335
370
459
1808
2073
2839
2,90
2,98
2,86
2,75
2,80
2,15
1,89
1,50
Гра­не­цен­три­ро­ван­ная

ку­би­че­ская

Pb
Al
Ca
Ag
Au
Cu
Niβ
Coβ
Pd
Pt
Pr
600
933
1083
1233
1334
1356
1728
1753
1826
2046
2623
1,71
2,06
2,51
2,32
1,90
2,17
2,36
2,17
2,08
1,81
1,71
Гек­са­го­наль­ная Cd
Zn
Mg
Be
Os
594
693
924
1623
2973
1,87
2,10
2,18
2,16
1,87

Кри­сталл  — это услов­ное гра­фи­че­ское изоб­ра­же­ние, по­стро­ен­ное путем пе­ре­се­че­ния во­об­ра­жа­е­мых линий через атомы, ко­то­рые вы­стра­и­ва­ют тело. Дру­ги­ми сло­ва­ми, каж­дый ме­талл со­сто­ит из ато­мов. Они рас­по­ла­га­ют­ся в нем не ха­о­тич­но, а очень пра­виль­но и по­сле­до­ва­тель­но. Так вот, если мыс­лен­но со­еди­нить все эти ча­сти­цы в одну струк­ту­ру, то по­лу­чит­ся изоб­ра­же­ние в виде пра­виль­но­го гео­мет­ри­че­ско­го тела какой-либо формы. Это и при­ня­то на­зы­вать кри­стал­ли­че­ской ре­шет­кой ме­тал­ла. Она очень слож­ная и про­стран­ствен­но объ­ем­ная, по­это­му для упро­ще­ния по­ка­зы­ва­ют не всю ее, а лишь часть, эле­мен­тар­ную ячей­ку. Со­во­куп­ность таких ячеек, со­бран­ная вме­сте и от­ра­жен­ная в трех­мер­ном про­стран­стве, и об­ра­зу­ет кри­стал­ли­че­ские ре­шет­ки.

Сама эле­мен­тар­ная ячей­ка – это набор ато­мов, ко­то­рые рас­по­ла­га­ют­ся на опре­де­лен­ном рас­сто­я­нии друг от друга и ко­ор­ди­ни­ру­ют во­круг себя стро­го фик­си­ро­ван­ное число дру­гих ча­стиц. Она ха­рак­те­ри­зу­ет­ся плот­но­стью упа­ков­ки, рас­сто­я­ни­ем между со­став­ны­ми струк­ту­ра­ми, ко­ор­ди­на­ци­он­ным чис­лом. В целом все эти па­ра­мет­ры яв­ля­ют­ся ха­рак­те­ри­сти­кой и всего кри­стал­ла, а зна­чит, от­ра­жа­ют и про­яв­ля­е­мые ме­тал­лом свой­ства. Су­ще­ству­ет не­сколь­ко раз­но­вид­но­стей кри­стал­ли­че­ских ре­ше­ток. Объ­еди­ня­ет их все одна осо­бен­ность – в узлах на­хо­дят­ся атомы, а внут­ри рас­по­ла­га­ет­ся об­ла­ко элек­трон­но­го газа, ко­то­рое фор­ми­ру­ет­ся путем сво­бод­но­го пе­ре­дви­же­ния элек­тро­нов внут­ри кри­стал­ла.

Че­тыр­на­дцать ва­ри­ан­тов стро­е­ния ре­шет­ки при­ня­то объ­еди­нять в три ос­нов­ных типа. Они сле­ду­ю­щие:

1.  Объ­ем­но-цен­три­ро­ван­ная ку­би­че­ская.

2.  Гек­са­го­наль­ная плот­но­упа­ко­ван­ная.

3.  Гра­не­цен­три­ро­ван­ная ку­би­че­ская.


В за­ви­си­мо­сти от типа кри­стал­ли­че­ской ре­шет­ки ме­ня­ет­ся ко­эф­фи­ци­ент ли­ней­но­го рас­ши­ре­ния, а также тем­пе­ра­ту­ра плав­ле­ния ме­тал­лов. При уве­ли­че­нии тем­пе­ра­ту­ры про­ис­хо­дит рас­ши­ре­ние твер­до­го тела, ко­то­рое на­зы­ва­ют теп­ло­вым рас­ши­ре­ни­ем. Его делят на ли­ней­ное и объ­ем­ное теп­ло­вое рас­ши­ре­ние. Ко­эф­фи­ци­ен­том ли­ней­но­го рас­ши­ре­ния на­зы­ва­ют фи­зи­че­скую ве­ли­чи­ну ха­рак­те­ри­зу­ю­щую из­ме­не­ние ли­ней­ных раз­ме­ров твер­до­го тела при из­ме­не­нии его тем­пе­ра­ту­ры. Опе­ри­ру­ют, обыч­но сред­ним ко­эф­фи­ци­ен­том ли­ней­но­го рас­ши­ре­ния. Он при­ве­ден в чет­вер­том столб­це таб­ли­цы. Ко­эф­фи­ци­ент ли­ней­но­го рас­ши­ре­ния от­но­сят к ха­рак­те­ри­сти­кам теп­ло­во­го рас­ши­ре­ния ма­те­ри­а­ла.

В каком из типов упа­ков­ки самое боль­шое ко­ли­че­ство ча­стиц? Какое ко­ли­че­ство в этой упа­ков­ке?

18.  
i

Про­чи­тай­те текст и вы­пол­ни­те за­да­ния 16—18.

Одним из самых рас­про­стра­нен­ных ма­те­ри­а­лов, с ко­то­рым все­гда пред­по­чи­та­ли ра­бо­тать люди, был ме­талл. Все ме­тал­лы имеют ряд свойств, ко­то­рые поз­во­ля­ют объ­еди­нять их в одну боль­шую груп­пу ве­ществ. В свою оче­редь, эти свой­ства объ­яс­ня­ет кри­стал­ли­че­ское стро­е­ние ме­тал­лов. К спе­ци­фи­че­ским свой­ствам рас­смат­ри­ва­е­мых ве­ществ от­но­сят сле­ду­ю­щие:

1.  Ме­тал­ли­че­ский блеск. Все пред­ста­ви­те­ли про­стых ве­ществ им об­ла­да­ют, при­чем боль­шин­ство оди­на­ко­вым се­реб­ри­сто-белым цве­том. Лишь не­ко­то­рые (зо­ло­то, медь, спла­вы) от­ли­ча­ют­ся.

2.  Ков­кость и пла­стич­ность - спо­соб­ность де­фор­ми­ро­вать­ся и вос­ста­нав­ли­вать­ся до­ста­точ­но легко. У раз­ных пред­ста­ви­те­лей вы­ра­же­на в не­оди­на­ко­вой мере.

3.  Элек­тро­про­вод­ность и теп­ло­про­вод­ность - одно из ос­нов­ных свойств, ко­то­рое опре­де­ля­ет об­ла­сти при­ме­не­ния ме­тал­ла и его спла­вов.

Кри­стал­ли­че­ское стро­е­ние ме­тал­лов и спла­вов объ­яс­ня­ет при­чи­ну каж­до­го из обо­зна­чен­ных свойств и го­во­рит о вы­ра­жен­но­сти их у каж­до­го кон­крет­но­го пред­ста­ви­те­ля. Если знать осо­бен­но­сти та­ко­го стро­е­ния, то можно вли­ять на свой­ства об­раз­ца и под­стра­и­вать его под нуж­ные па­ра­мет­ры, что и де­ла­ют люди уже мно­гие де­ся­ти­ле­тия.

Связь между ко­эф­фи­ци­ен­та­ми ли­ней­но­го рас­ши­ре­ния,

тем­пе­ра­ту­ра­ми плав­ле­ния ме­тал­лов и сим­мет­ри­ей

кри­стал­ли­че­ских ре­ше­ток

Тип ре­шет­киМе­таллTпл

*K

коэф.лин.

рас­ши­ре­ния

Объ­ем­но­цен­три­ро­ван­ная ку­би­че­скаяCs
Rb
K
Na
Li
Feδ
Tiβ
Mo
301
311
335
370
459
1808
2073
2839
2,90
2,98
2,86
2,75
2,80
2,15
1,89
1,50
Гра­не­цен­три­ро­ван­ная

ку­би­че­ская

Pb
Al
Ca
Ag
Au
Cu
Niβ
Coβ
Pd
Pt
Pr
600
933
1083
1233
1334
1356
1728
1753
1826
2046
2623
1,71
2,06
2,51
2,32
1,90
2,17
2,36
2,17
2,08
1,81
1,71
Гек­са­го­наль­ная Cd
Zn
Mg
Be
Os
594
693
924
1623
2973
1,87
2,10
2,18
2,16
1,87

Кри­сталл  — это услов­ное гра­фи­че­ское изоб­ра­же­ние, по­стро­ен­ное путем пе­ре­се­че­ния во­об­ра­жа­е­мых линий через атомы, ко­то­рые вы­стра­и­ва­ют тело. Дру­ги­ми сло­ва­ми, каж­дый ме­талл со­сто­ит из ато­мов. Они рас­по­ла­га­ют­ся в нем не ха­о­тич­но, а очень пра­виль­но и по­сле­до­ва­тель­но. Так вот, если мыс­лен­но со­еди­нить все эти ча­сти­цы в одну струк­ту­ру, то по­лу­чит­ся изоб­ра­же­ние в виде пра­виль­но­го гео­мет­ри­че­ско­го тела какой-либо формы. Это и при­ня­то на­зы­вать кри­стал­ли­че­ской ре­шет­кой ме­тал­ла. Она очень слож­ная и про­стран­ствен­но объ­ем­ная, по­это­му для упро­ще­ния по­ка­зы­ва­ют не всю ее, а лишь часть, эле­мен­тар­ную ячей­ку. Со­во­куп­ность таких ячеек, со­бран­ная вме­сте и от­ра­жен­ная в трех­мер­ном про­стран­стве, и об­ра­зу­ет кри­стал­ли­че­ские ре­шет­ки.

Сама эле­мен­тар­ная ячей­ка – это набор ато­мов, ко­то­рые рас­по­ла­га­ют­ся на опре­де­лен­ном рас­сто­я­нии друг от друга и ко­ор­ди­ни­ру­ют во­круг себя стро­го фик­си­ро­ван­ное число дру­гих ча­стиц. Она ха­рак­те­ри­зу­ет­ся плот­но­стью упа­ков­ки, рас­сто­я­ни­ем между со­став­ны­ми струк­ту­ра­ми, ко­ор­ди­на­ци­он­ным чис­лом. В целом все эти па­ра­мет­ры яв­ля­ют­ся ха­рак­те­ри­сти­кой и всего кри­стал­ла, а зна­чит, от­ра­жа­ют и про­яв­ля­е­мые ме­тал­лом свой­ства. Су­ще­ству­ет не­сколь­ко раз­но­вид­но­стей кри­стал­ли­че­ских ре­ше­ток. Объ­еди­ня­ет их все одна осо­бен­ность – в узлах на­хо­дят­ся атомы, а внут­ри рас­по­ла­га­ет­ся об­ла­ко элек­трон­но­го газа, ко­то­рое фор­ми­ру­ет­ся путем сво­бод­но­го пе­ре­дви­же­ния элек­тро­нов внут­ри кри­стал­ла.

Че­тыр­на­дцать ва­ри­ан­тов стро­е­ния ре­шет­ки при­ня­то объ­еди­нять в три ос­нов­ных типа. Они сле­ду­ю­щие:

1.  Объ­ем­но-цен­три­ро­ван­ная ку­би­че­ская.

2.  Гек­са­го­наль­ная плот­но­упа­ко­ван­ная.

3.  Гра­не­цен­три­ро­ван­ная ку­би­че­ская.


В за­ви­си­мо­сти от типа кри­стал­ли­че­ской ре­шет­ки ме­ня­ет­ся ко­эф­фи­ци­ент ли­ней­но­го рас­ши­ре­ния, а также тем­пе­ра­ту­ра плав­ле­ния ме­тал­лов. При уве­ли­че­нии тем­пе­ра­ту­ры про­ис­хо­дит рас­ши­ре­ние твер­до­го тела, ко­то­рое на­зы­ва­ют теп­ло­вым рас­ши­ре­ни­ем. Его делят на ли­ней­ное и объ­ем­ное теп­ло­вое рас­ши­ре­ние. Ко­эф­фи­ци­ен­том ли­ней­но­го рас­ши­ре­ния на­зы­ва­ют фи­зи­че­скую ве­ли­чи­ну ха­рак­те­ри­зу­ю­щую из­ме­не­ние ли­ней­ных раз­ме­ров твер­до­го тела при из­ме­не­нии его тем­пе­ра­ту­ры. Опе­ри­ру­ют, обыч­но сред­ним ко­эф­фи­ци­ен­том ли­ней­но­го рас­ши­ре­ния. Он при­ве­ден в чет­вер­том столб­це таб­ли­цы. Ко­эф­фи­ци­ент ли­ней­но­го рас­ши­ре­ния от­но­сят к ха­рак­те­ри­сти­кам теп­ло­во­го рас­ши­ре­ния ма­те­ри­а­ла.

В каком из типов упа­ков­ки самое ма­лень­кое ко­ли­че­ство ча­стиц? Какое ко­ли­че­ство в этой упа­ков­ке?

19.  
i

Про­чи­тай­те текст и вы­пол­ни­те за­да­ния 16—18.

Ко­ва­лент­ная связь (от лат. co  — «сов­мест­но» и vales  — «име­ю­щий силу»)  — хи­ми­че­ская связь, об­ра­зо­ван­ная пе­ре­кры­ти­ем (обоб­ществ­ле­ни­ем) пары ва­лент­ных элек­трон­ных об­ла­ков. Обес­пе­чи­ва­ю­щие связь элек­трон­ные об­ла­ка (элек­тро­ны) на­зы­ва­ют­ся общей элек­трон­ной парой.

Тер­мин "ко­ва­лент­ная связь" был впер­вые введён ла­у­ре­а­том Но­бе­лев­ской пре­мии Ир­вин­гом Ленг­мю­ром в 1919 году. Этот тер­мин от­но­сил­ся к хи­ми­че­ской связи, обу­слов­лен­ной сов­мест­ным об­ла­да­ни­ем элек­тро­на­ми, в от­ли­чие от ме­тал­ли­че­ской связи, в ко­то­рой элек­тро­ны были сво­бод­ны­ми, или от ион­ной связи, в ко­то­рой один из ато­мов от­да­вал элек­трон и ста­но­вил­ся ка­ти­о­ном, а дру­гой атом при­ни­мал элек­трон и ста­но­вил­ся ани­о­ном.

Ха­рак­тер­ные свой­ства ко­ва­лент­ной связи  — на­прав­лен­ность, на­сы­ща­е­мость, по­ляр­ность, по­ля­ри­зу­е­мость  — опре­де­ля­ют хи­ми­че­ские и фи­зи­че­ские свой­ства со­еди­не­ний.

На­прав­лен­ность связи обу­слов­ле­на мо­ле­ку­ляр­ным стро­е­ни­ем ве­ще­ства и гео­мет­ри­че­ской формы их мо­ле­ку­лы. Углы между двумя свя­зя­ми на­зы­ва­ют ва­лент­ны­ми.

На­сы­ща­е­мость  — спо­соб­ность ато­мов об­ра­зо­вы­вать огра­ни­чен­ное число ко­ва­лент­ных свя­зей. Ко­ли­че­ство свя­зей, об­ра­зу­е­мых ато­мом, огра­ни­че­но чис­лом его внеш­них атом­ных ор­би­та­лей.

По­ляр­ность связи обу­слов­ле­на не­рав­но­мер­ным рас­пре­де­ле­ни­ем элек­трон­ной плот­но­сти вслед­ствие раз­ли­чий в элек­тро­от­ри­ца­тель­но­стях ато­мов. По этому при­зна­ку ко­ва­лент­ные связи под­раз­де­ля­ют­ся на не­по­ляр­ные и по­ляр­ные (не­по­ляр­ные  — двух­атом­ная мо­ле­ку­ла со­сто­ит из оди­на­ко­вых ато­мов (H2, Cl2, N2) и элек­трон­ные об­ла­ка каж­до­го атома рас­пре­де­ля­ют­ся сим­мет­рич­но от­но­си­тель­но этих ато­мов; по­ляр­ные  — двух­атом­ная мо­ле­ку­ла со­сто­ит из ато­мов раз­ных хи­ми­че­ских эле­мен­тов, и общее элек­трон­ное об­ла­ко сме­ща­ет­ся в сто­ро­ну од­но­го из ато­мов, об­ра­зуя тем самым асим­мет­рию рас­пре­де­ле­ния элек­три­че­ско­го за­ря­да в мо­ле­ку­ле, по­рож­дая ди­поль­ный мо­мент мо­ле­ку­лы).

По­ля­ри­зу­е­мость связи вы­ра­жа­ет­ся в сме­ще­нии элек­тро­нов связи под вли­я­ни­ем внеш­не­го элек­три­че­ско­го поля, в том числе и дру­гой ре­а­ги­ру­ю­щей ча­сти­цы. По­ля­ри­зу­е­мость опре­де­ля­ет­ся по­движ­но­стью элек­тро­нов. По­ляр­ность и по­ля­ри­зу­е­мость ко­ва­лент­ных свя­зей опре­де­ля­ет ре­ак­ци­он­ную спо­соб­ность мо­ле­кул по от­но­ше­нию к по­ляр­ным ре­а­ген­там.

Таб­ли­ца ил­лю­стри­ру­ет свой­ства ве­ществ с ко­ва­лент­ной не­по­ляр­ной свя­зью.

 

Ве­ще­ствоХи­ми­че­ская фор­му­лаОт­но­си­тель­ная мо­ле­ку­ляр­ная
масса
t_кин, гра­ду­совCt_пл, гра­ду­совC
Во­до­род (г)H_22−253−259
Азот (г)N_228−196−210
Кис­ло­род (г)O_232−183−219
Фтор (г)F_238−188−220
Озон (г)O_348−112−193
Хлор (г)Cl_271−34−101
Бром (ж)Br_2160+59−7

Яв­ля­ет­ся ли связь в мо­ле­ку­ле H2O не­по­ляр­ной? Объ­яс­ни­те ответ.

20.  
i

Яв­ля­ет­ся ли связь в мо­ле­ку­ле O3 не­по­ляр­ной? Объ­яс­ни­те ответ.

 

Ко­ва­лент­ная связь (от лат. co  — «сов­мест­но» и vales  — «име­ю­щий силу»)  — хи­ми­че­ская связь, об­ра­зо­ван­ная пе­ре­кры­ти­ем (обоб­ществ­ле­ни­ем) пары ва­лент­ных элек­трон­ных об­ла­ков. Обес­пе­чи­ва­ю­щие связь элек­трон­ные об­ла­ка (элек­тро­ны) на­зы­ва­ют­ся общей элек­трон­ной парой. Тер­мин "ко­ва­лент­ная связь" был впер­вые введён ла­у­ре­а­том Но­бе­лев­ской пре­мии Ир­вин­гом Ленг­мю­ром в 1919 году. Этот тер­мин от­но­сил­ся к хи­ми­че­ской связи, обу­слов­лен­ной сов­мест­ным об­ла­да­ни­ем элек­тро­на­ми, в от­ли­чие от ме­тал­ли­че­ской связи, в ко­то­рой элек­тро­ны были сво­бод­ны­ми, или от ион­ной связи, в ко­то­рой один из ато­мов от­да­вал элек­трон и ста­но­вил­ся ка­ти­о­ном, а дру­гой атом при­ни­мал элек­трон и ста­но­вил­ся ани­о­ном.

Ха­рак­тер­ные свой­ства ко­ва­лент­ной связи  — на­прав­лен­ность, на­сы­ща­е­мость, по­ляр­ность, по­ля­ри­зу­е­мость  — опре­де­ля­ют хи­ми­че­ские и фи­зи­че­ские свой­ства со­еди­не­ний.

На­прав­лен­ность связи обу­слов­ле­на мо­ле­ку­ляр­ным стро­е­ни­ем ве­ще­ства и гео­мет­ри­че­ской формы их мо­ле­ку­лы. Углы между двумя свя­зя­ми на­зы­ва­ют ва­лент­ны­ми.

На­сы­ща­е­мость  — спо­соб­ность ато­мов об­ра­зо­вы­вать огра­ни­чен­ное число ко­ва­лент­ных свя­зей. Ко­ли­че­ство свя­зей, об­ра­зу­е­мых ато­мом, огра­ни­че­но чис­лом его внеш­них атом­ных ор­би­та­лей.

По­ляр­ность связи обу­слов­ле­на не­рав­но­мер­ным рас­пре­де­ле­ни­ем элек­трон­ной плот­но­сти вслед­ствие раз­ли­чий в элек­тро­от­ри­ца­тель­но­стях ато­мов. По этому при­зна­ку ко­ва­лент­ные связи под­раз­де­ля­ют­ся на не­по­ляр­ные и по­ляр­ные (не­по­ляр­ные  — двух­атом­ная мо­ле­ку­ла со­сто­ит из оди­на­ко­вых ато­мов (H2, Cl2, N2) и элек­трон­ные об­ла­ка каж­до­го атома рас­пре­де­ля­ют­ся сим­мет­рич­но от­но­си­тель­но этих ато­мов; по­ляр­ные  — двух­атом­ная мо­ле­ку­ла со­сто­ит из ато­мов раз­ных хи­ми­че­ских эле­мен­тов, и общее элек­трон­ное об­ла­ко сме­ща­ет­ся в сто­ро­ну од­но­го из ато­мов, об­ра­зуя тем самым асим­мет­рию рас­пре­де­ле­ния элек­три­че­ско­го за­ря­да в мо­ле­ку­ле, по­рож­дая ди­поль­ный мо­мент мо­ле­ку­лы).

По­ля­ри­зу­е­мость связи вы­ра­жа­ет­ся в сме­ще­нии элек­тро­нов связи под вли­я­ни­ем внеш­не­го элек­три­че­ско­го поля, в том числе и дру­гой ре­а­ги­ру­ю­щей ча­сти­цы. По­ля­ри­зу­е­мость опре­де­ля­ет­ся по­движ­но­стью элек­тро­нов. По­ляр­ность и по­ля­ри­зу­е­мость ко­ва­лент­ных свя­зей опре­де­ля­ет ре­ак­ци­он­ную спо­соб­ность мо­ле­кул по от­но­ше­нию к по­ляр­ным ре­а­ген­там. Таб­ли­ца ил­лю­стри­ру­ет свой­ства ве­ществ с ко­ва­лент­ной не­по­ляр­ной свя­зью.

 

Ве­ще­ствоХи­ми­че­ская фор­му­лаОт­но­си­тель­ная мо­ле­ку­ляр­ная
масса
t_кин, гра­ду­совCt_пл, гра­ду­совC
Во­до­род (г)H_22−253−259
Азот (г)N_228−196−210
Кис­ло­род (г)O_232−183−219
Фтор (г)F_238−188−220
Озон (г)O_348−112−193
Хлор (г)Cl_271−34−101
Бром (ж)Br_2160+59−7
21.  
i

Можно ли ис­поль­зо­вать воду в ка­че­стве пус­ко­вой жид­ко­сти? Ответ по­яс­ни­те.

 

Жид­кое со­сто­я­ние обыч­но счи­та­ют про­ме­жу­точ­ным между твёрдым телом и газом: газ не со­хра­ня­ет ни объём, ни форму, а твёрдое тело со­хра­ня­ет и то, и дру­гое. Форма жид­ких тел может пол­но­стью или от­ча­сти опре­де­лять­ся тем, что их по­верх­ность ведёт себя как упру­гая мем­бра­на. Так, вода может со­би­рать­ся в капли. Но жид­кость спо­соб­на течь даже под своей не­по­движ­ной по­верх­но­стью, и это тоже озна­ча­ет не­со­хра­не­ние формы (внут­рен­них ча­стей жид­ко­го тела). Мо­ле­ку­лы жид­ко­сти не имеют опре­делённого по­ло­же­ния, но в то же время им не­до­ступ­на пол­ная сво­бо­да пе­ре­ме­ще­ний. Между ними су­ще­ству­ет при­тя­же­ние, до­ста­точ­но силь­ное, чтобы удер­жать их на близ­ком рас­сто­я­нии. Ве­ще­ство в жид­ком со­сто­я­нии су­ще­ству­ет в опре­делённом ин­тер­ва­ле тем­пе­ра­тур, ниже ко­то­ро­го пе­ре­хо­дит в твер­дое со­сто­я­ние (про­ис­хо­дит кри­стал­ли­за­ция либо пре­вра­ще­ние в твер­до­тель­ное аморф­ное со­сто­я­ние  — стек­ло), выше  — в га­зо­об­раз­ное (про­ис­хо­дит ис­па­ре­ние). Гра­ни­цы этого ин­тер­ва­ла за­ви­сят от дав­ле­ния. В таб­ли­це при­ве­де­ны тер­мо­ди­на­ми­че­ские по­ка­за­те­ли не­ко­то­рых жид­ко­стей. β - это ко­эф­фи­ци­ент объ­ем­но­го теп­ло­во­го рас­ши­ре­ния.

 

Ве­ще­ствоФор­му­ла\rho, кг/м3t_пл,в сте­пе­ни c ircCt_кин,в сте­пе­ни c ircCt_кр,в сте­пе­ни c ircCP_кр, атмс, Дж/(г ċ К) бета ,10 в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка минус 5 пра­вая круг­лая скоб­ка К в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка минус 1 пра­вая круг­лая скоб­ка
Ани­лин\ChemFormC_6H_7N102 (15)−618442652,42,15685
Аце­тон\ChemFormC_3H_6O792−9556,5235472,18143
Бен­зол\ChemFormC_6H_68975,580,1290,550,11,72122
Вода\ChemFormH_2O998,201003742184,1421
Гли­це­рин\ChemFormC_3H_8O_31260202902,4347
Ме­ти­ло­вый спирт\ChemFormCH_4O792,8−93,961,124078,72,39119
Нит­ро­бен­зол\ChemFormC_6H_5O_2N1173,2 (25)5,9210,91,419
Се­ро­угле­род\ChemFormCS_21293−11146,3275771
Спирт эти­ло­вый\ChemFormC_2H_6O789,3−11778,5243,563,12,51108
То­лу­ол\ChemFormC_7H_8867−95,0110,6320,641,61,616 (0)107
Уг­ле­род четырёххло­ри­стый\ChemFormCCl_41595−2376,7283,145122
Ук­сус­ная кис­ло­та\ChemFormC_2H_4O_2104916,7118321,657,2260 (1—8)107
Фенол\ChemFormC_6H_6O107340,1181,741960,5
Хло­ро­форм\ChemFormCHCl_31498,5 (15)−63,56126054,90,96
Эфир эти­ло­вый\ChemFormC_4H_10O714−11634,5193,835,52,34163

 

Твсп – важ­ный по­ка­за­тель по­жар­ной опас­но­сти жид­ко­сти. По ней все жид­ко­сти раз­де­ля­ют­ся на клас­сы:

 

1 класс  — тем­пе­ра­ту­ра вспыш­ки до 28оС в за­кры­том тигле (аце­таль­де­гид, бен­зол, гек­сан, ди­эти­ло­вый эфир, изо­про­пи­ло­вый спирт).

2 класс  — тем­пе­ра­ту­ра вспыш­ки от 29 до 61оС (бу­ти­ло­вый спирт, кумол, сти­рол).

Жид­ко­сти 1 и 2 клас­сов от­но­сят­ся к ЛВЖ (лег­ко­вос­пла­ме­ня­ю­щи­е­ся жид­ко­сти).

3 класс  — тем­пе­ра­ту­ра вспыш­ки от 62 до 120оС (ани­лин, эти­лен­гли­коль).

4 класс  — тем­пе­ра­ту­ра вспыш­ки выше 120оС (гли­це­рин, транс­фор­ма­тор­ное масло).

Жид­ко­сти 3 и 4 клас­сов от­но­сят­ся к ГЖ (го­рю­чая жид­кость).

Тем­пе­ра­ту­ра вос­пла­ме­не­ния  — наи­мень­шая тем­пе­ра­ту­ра ве­ще­ства, при ко­то­рой в усло­ви­ях спе­ци­аль­ных ис­пы­та­ний ве­ще­ство вы­де­ля­ет го­рю­чие пары и газы с такой ско­ро­стью, что после их за­жи­га­ния воз­ни­ка­ет устой­чи­вое пла­мен­ное го­ре­ние.

Пус­ко­вые жид­ко­сти  — это вспо­мо­га­тель­ные сред­ства, поз­во­ля­ю­щие улуч­шить вос­пла­ме­ня­е­мость топ­лив. Не­об­хо­ди­мость в них может воз­ник­нуть в хо­лод­ное время года при не­до­ста­точ­ной ис­па­ря­е­мо­сти бен­зи­на или не­удо­вле­тво­ри­тель­ных теп­ло­фи­зи­че­ских свой­ствах го­рю­чей смеси ди­зель­но­го топ­ли­ва с воз­ду­хом. Пус­ко­вые жид­ко­сти вво­дят­ся в топ­ли­во при по­мо­щи спе­ци­аль­ных устройств. Наи­бо­лее удоб­ны аэро­золь­ные бал­ло­ны, из ко­то­рых смесь рас­пы­ли­ва­ет­ся на воз­душ­ный фильтр. В дви­га­те­лях, ис­поль­зу­ю­щих бен­зин и ди­зель­ное топ­ли­во, прин­цип дей­ствия пус­ко­вых жид­ко­стей раз­ли­чен. Про­бле­ма воз­ни­ка­ю­щая при хо­лод­ном пуске бен­зи­но­во­го дви­га­те­ля, за­клю­ча­ет­ся в не­до­ста­точ­ной ис­па­ря­е­мо­сти бен­зи­на при низ­кой тем­пе­ра­ту­ре, в ре­зуль­та­те чего со­став об­ра­зу­ю­щей­ся го­рю­чей смеси далек от оп­ти­маль­но­го. Из-за этого про­дол­жи­тель­ность пуска воз­рас­та­ет. Это при­во­дит к по­вы­ше­нию пус­ко­вых из­но­сов, росту рас­хо­да топ­ли­ва и уве­ли­че­нию эмис­сии ток­сич­ных про­дук­тов не­пол­но­го сго­ра­ния, ха­рак­тер­ных для пус­ко­во­го пе­ри­о­да. Если кон­цен­тра­ция бен­зи­на в го­рю­чей смеси ниже ниж­не­го кон­цен­тра­ци­он­но­го пре­де­ла вос­пла­ме­не­ния (КПВ), то смесь во­об­ще не вос­пла­ме­нит­ся. По­это­му в ос­но­ву со­ста­вов для пуска хо­лод­ных кар­бю­ра­тор­ных дви­га­те­лей вхо­дят лег­ко­ле­ту­чие жид­ко­сти с ши­ро­ки­ми КПВ.

22.  
i

Можно ли ис­поль­зо­вать эти­ло­вый эфир в ка­че­стве пус­ко­вой жид­ко­сти? Ответ по­яс­ни­те.

 

Жид­кое со­сто­я­ние обыч­но счи­та­ют про­ме­жу­точ­ным между твёрдым телом и газом: газ не со­хра­ня­ет ни объём, ни форму, а твёрдое тело со­хра­ня­ет и то, и дру­гое. Форма жид­ких тел может пол­но­стью или от­ча­сти опре­де­лять­ся тем, что их по­верх­ность ведёт себя как упру­гая мем­бра­на. Так, вода может со­би­рать­ся в капли. Но жид­кость спо­соб­на течь даже под своей не­по­движ­ной по­верх­но­стью, и это тоже озна­ча­ет не­со­хра­не­ние формы (внут­рен­них ча­стей жид­ко­го тела). Мо­ле­ку­лы жид­ко­сти не имеют опре­делённого по­ло­же­ния, но в то же время им не­до­ступ­на пол­ная сво­бо­да пе­ре­ме­ще­ний. Между ними су­ще­ству­ет при­тя­же­ние, до­ста­точ­но силь­ное, чтобы удер­жать их на близ­ком рас­сто­я­нии. Ве­ще­ство в жид­ком со­сто­я­нии су­ще­ству­ет в опре­делённом ин­тер­ва­ле тем­пе­ра­тур, ниже ко­то­ро­го пе­ре­хо­дит в твер­дое со­сто­я­ние (про­ис­хо­дит кри­стал­ли­за­ция либо пре­вра­ще­ние в твер­до­тель­ное аморф­ное со­сто­я­ние  — стек­ло), выше  — в га­зо­об­раз­ное (про­ис­хо­дит ис­па­ре­ние). Гра­ни­цы этого ин­тер­ва­ла за­ви­сят от дав­ле­ния. В таб­ли­це при­ве­де­ны тер­мо­ди­на­ми­че­ские по­ка­за­те­ли не­ко­то­рых жид­ко­стей. β - это ко­эф­фи­ци­ент объ­ем­но­го теп­ло­во­го рас­ши­ре­ния.

 

Ве­ще­ствоФор­му­ла\rho, кг/м3t_пл,в сте­пе­ни c ircCt_кин,в сте­пе­ни c ircCt_кр,в сте­пе­ни c ircCP_кр, атмс, Дж/(г ċ К) бета ,10 в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка минус 5 пра­вая круг­лая скоб­ка К в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка минус 1 пра­вая круг­лая скоб­ка
Ани­лин\ChemFormC_6H_7N102 (15)−618442652,42,15685
Аце­тон\ChemFormC_3H_6O792−9556,5235472,18143
Бен­зол\ChemFormC_6H_68975,580,1290,550,11,72122
Вода\ChemFormH_2O998,201003742184,1421
Гли­це­рин\ChemFormC_3H_8O_31260202902,4347
Ме­ти­ло­вый спирт\ChemFormCH_4O792,8−93,961,124078,72,39119
Нит­ро­бен­зол\ChemFormC_6H_5O_2N1173,2 (25)5,9210,91,419
Се­ро­угле­род\ChemFormCS_21293−11146,3275771
Спирт эти­ло­вый\ChemFormC_2H_6O789,3−11778,5243,563,12,51108
То­лу­ол\ChemFormC_7H_8867−95,0110,6320,641,61,616 (0)107
Уг­ле­род четырёххло­ри­стый\ChemFormCCl_41595−2376,7283,145122
Ук­сус­ная кис­ло­та\ChemFormC_2H_4O_2104916,7118321,657,2260 (1—8)107
Фенол\ChemFormC_6H_6O107340,1181,741960,5
Хло­ро­форм\ChemFormCHCl_31498,5 (15)−63,56126054,90,96
Эфир эти­ло­вый\ChemFormC_4H_10O714−11634,5193,835,52,34163

 

Твсп – важ­ный по­ка­за­тель по­жар­ной опас­но­сти жид­ко­сти. По ней все жид­ко­сти раз­де­ля­ют­ся на клас­сы:

 

1 класс  — тем­пе­ра­ту­ра вспыш­ки до 28оС в за­кры­том тигле (аце­таль­де­гид, бен­зол, гек­сан, ди­эти­ло­вый эфир, изо­про­пи­ло­вый спирт).

2 класс  — тем­пе­ра­ту­ра вспыш­ки от 29 до 61оС (бу­ти­ло­вый спирт, кумол, сти­рол).

Жид­ко­сти 1 и 2 клас­сов от­но­сят­ся к ЛВЖ (лег­ко­вос­пла­ме­ня­ю­щи­е­ся жид­ко­сти).

3 класс  — тем­пе­ра­ту­ра вспыш­ки от 62 до 120оС (ани­лин, эти­лен­гли­коль).

4 класс  — тем­пе­ра­ту­ра вспыш­ки выше 120оС (гли­це­рин, транс­фор­ма­тор­ное масло).

Жид­ко­сти 3 и 4 клас­сов от­но­сят­ся к ГЖ (го­рю­чая жид­кость).

Тем­пе­ра­ту­ра вос­пла­ме­не­ния  — наи­мень­шая тем­пе­ра­ту­ра ве­ще­ства, при ко­то­рой в усло­ви­ях спе­ци­аль­ных ис­пы­та­ний ве­ще­ство вы­де­ля­ет го­рю­чие пары и газы с такой ско­ро­стью, что после их за­жи­га­ния воз­ни­ка­ет устой­чи­вое пла­мен­ное го­ре­ние.

Пус­ко­вые жид­ко­сти  — это вспо­мо­га­тель­ные сред­ства, поз­во­ля­ю­щие улуч­шить вос­пла­ме­ня­е­мость топ­лив. Не­об­хо­ди­мость в них может воз­ник­нуть в хо­лод­ное время года при не­до­ста­точ­ной ис­па­ря­е­мо­сти бен­зи­на или не­удо­вле­тво­ри­тель­ных теп­ло­фи­зи­че­ских свой­ствах го­рю­чей смеси ди­зель­но­го топ­ли­ва с воз­ду­хом. Пус­ко­вые жид­ко­сти вво­дят­ся в топ­ли­во при по­мо­щи спе­ци­аль­ных устройств. Наи­бо­лее удоб­ны аэро­золь­ные бал­ло­ны, из ко­то­рых смесь рас­пы­ли­ва­ет­ся на воз­душ­ный фильтр. В дви­га­те­лях, ис­поль­зу­ю­щих бен­зин и ди­зель­ное топ­ли­во, прин­цип дей­ствия пус­ко­вых жид­ко­стей раз­ли­чен. Про­бле­ма воз­ни­ка­ю­щая при хо­лод­ном пуске бен­зи­но­во­го дви­га­те­ля, за­клю­ча­ет­ся в не­до­ста­точ­ной ис­па­ря­е­мо­сти бен­зи­на при низ­кой тем­пе­ра­ту­ре, в ре­зуль­та­те чего со­став об­ра­зу­ю­щей­ся го­рю­чей смеси далек от оп­ти­маль­но­го. Из-за этого про­дол­жи­тель­ность пуска воз­рас­та­ет. Это при­во­дит к по­вы­ше­нию пус­ко­вых из­но­сов, росту рас­хо­да топ­ли­ва и уве­ли­че­нию эмис­сии ток­сич­ных про­дук­тов не­пол­но­го сго­ра­ния, ха­рак­тер­ных для пус­ко­во­го пе­ри­о­да. Если кон­цен­тра­ция бен­зи­на в го­рю­чей смеси ниже ниж­не­го кон­цен­тра­ци­он­но­го пре­де­ла вос­пла­ме­не­ния (КПВ), то смесь во­об­ще не вос­пла­ме­нит­ся. По­это­му в ос­но­ву со­ста­вов для пуска хо­лод­ных кар­бю­ра­тор­ных дви­га­те­лей вхо­дят лег­ко­ле­ту­чие жид­ко­сти с ши­ро­ки­ми КПВ.

23.  
i

Яв­ля­ет­ся ли шел­лак ди­элек­три­ком? Ответ по­яс­ни­те.

 

Элек­тро­изо­ля­ци­он­ны­ми на­зы­ва­ют­ся ве­ще­ства  — ди­элек­три­ки, об­ла­да­ю­щие ни­чтож­ной элек­три­че­ской про­во­ди­мо­стью, спо­соб­ные по­ля­ри­зо­вать­ся в элек­три­че­ском поле . В них воз­мож­но дли­тель­ное су­ще­ство­ва­ние элек­тро­ста­ти­че­ско­го поля и на­коп­ле­ние по­тен­ци­аль­ной элек­три­че­ской энер­гии. У элек­тро­изо­ля­ци­он­ных ма­те­ри­а­лов же­ла­тель­ны боль­шое удель­ное объёмное со­про­тив­ле­ние(чет­вер­тый стол­бец в таб­ли­це), вы­со­кое про­бив­ную на­пря­жен­ность(вто­рой стол­бец в таб­ли­це), малый тан­генс ди­элек­три­че­ских по­терь и малая ди­элек­три­че­ская про­ни­ца­е­мость(тре­тий стол­бец в таб­ли­це). Важно, чтобы вы­ше­пе­ре­чис­лен­ные па­ра­мет­ры были ста­биль­ны во вре­ме­ни и по тем­пе­ра­ту­ре, а ино­гда и по ча­сто­те элек­три­че­ско­го поля.

Элек­тро­изо­ля­ци­он­ные ма­те­ри­а­лы можно под­раз­де­лить:

1.  Га­зо­об­раз­ные

2.  Жид­кие

3.  Твёрдые

По про­ис­хож­де­нию:

1.  При­род­ные не­ор­га­ни­че­ские

2.  Ис­кус­ствен­ные не­ор­га­ни­че­ские

3.  Есте­ствен­ные ор­га­ни­че­ские

4.  Син­те­ти­че­ские ор­га­ни­че­ские

Га­зо­об­раз­ные. У всех га­зо­об­раз­ных элек­тро­изо­ля­ци­он­ных ма­те­ри­а­лов ди­элек­три­че­ская про­ни­ца­е­мость близ­ка к 1 и тан­генс ди­элек­три­че­ских по­терь так же мал, зато мало и на­пря­же­ние про­боя. Чаще всего в ка­че­стве га­зо­об­раз­но­го изо­ля­то­ра ис­поль­зу­ют воз­дух, од­на­ко в по­след­нее время всё боль­шее при­ме­не­ние на­хо­дит эле­газ (гек­сафто­рид серы, SF6), об­ла­да­ю­щий почти втрое бо́льшим на­пря­же­ни­ем про­боя и зна­чи­тель­но более вы­со­кой ду­го­га­си­тель­ной спо­соб­но­стью. Ино­гда для из­го­тов­ле­ния элек­тро­изо­ля­ци­он­ных ма­те­ри­а­лов при­ме­ня­ют со­че­та­ние га­зо­об­раз­ных и ор­га­ни­че­ских ма­те­ри­а­лов.

Жид­кие  — чаще всего ис­поль­зу­ют в транс­фор­ма­то­рах, вы­клю­ча­те­лях, ка­бе­лях, вво­дах для элек­три­че­ской изо­ля­ции и в кон­ден­са­то­рах. Причём в транс­фор­ма­то­рах эти ди­элек­три­ки яв­ля­ют­ся од­но­вре­мен­но и охла­жда­ю­щи­ми жид­ко­стя­ми, а в вы­клю­ча­те­лях − и как ду­го­га­ся­щая среда. В ка­че­стве жид­ких ди­элек­три­че­ских ма­те­ри­а­лов пре­жде всего ис­поль­зу­ет­ся транс­фор­ма­тор­ное масло, кон­ден­са­тор­ное масло, ка­сто­ро­вое масло, син­те­ти­че­ские жид­ко­сти ( со­втол ). При­род­ные не­ор­га­ни­че­ские  — наи­бо­лее рас­про­странённый ма­те­ри­ал слюда, она об­ла­да­ет гиб­ко­стью при со­хра­не­нии проч­но­сти, хо­ро­шо рас­щеп­ля­ет­ся, что поз­во­ля­ет по­лу­чить тон­кие пла­сти­ны. Хи­ми­че­ски стой­ка и на­гре­во­стой­ка. В ка­че­стве элек­тро­изо­ля­ци­он­ных ма­те­ри­а­лов ис­поль­зу­ют му­ско­вит и фло­го­пит, од­на­ко му­ско­вит всё же лучше.

Ис­кус­ствен­ные не­ор­га­ни­че­ские: хо­ро­шим со­про­тив­ле­ни­ем изо­ля­ции об­ла­да­ют ма­ло­ще­лоч­ные стёкла, стек­ло­во­лок­но, си­талл, но ос­нов­ным элек­тро­изо­ля­ци­он­ным ма­те­ри­а­лом всё же яв­ля­ет­ся фар­фор (по­ле­во­шпа­то­вая ке­ра­ми­ка). Эта ке­ра­ми­ка ши­ро­ко ис­поль­зу­ет­ся для изо­ля­то­ров то­ко­не­су­щих про­во­дов вы­со­ко­го на­пря­же­ния, про­ход­ных изо­ля­то­ров, бу­шин­гов и т. д. Од­на­ко из-за вы­со­ко­го тан­ген­са ди­элек­три­че­ских по­терь не го­дит­ся для вы­со­ко­ча­стот­ных изо­ля­то­ров. Для дру­гих более узких задач ис­поль­зу­ет­ся ке­ра­ми­ка  — фор­сте­ри­то­вая, гли­нозёми­стая, кор­ди­ери­то­вая и т. д.

Есте­ствен­ные ор­га­ни­че­ские: в по­след­нее время в связи с рас­ши­ре­ни­ем про­из­вод­ства син­те­ти­че­ских элек­тро­изо­ля­ци­он­ных ма­те­ри­а­лов их при­ме­не­ние со­кра­ща­ет­ся. Вы­де­лить можно сле­ду­ю­щие  — цел­лю­ло­за, па­ра­фин, пек, ка­у­чук, ян­тарь и дру­гие при­род­ные смолы, из жид­ких - ка­сто­ро­вое масло.

Син­те­ти­че­ские ор­га­ни­че­ские: боль­шая часть дан­но­го ма­те­ри­а­ла при­хо­дит­ся на долю вы­со­ко­мо­ле­ку­ляр­ных хи­ми­че­ских со­еди­не­ний  — пласт­масс, а так же эла­сто­ме­ров. Су­ще­ству­ют так же син­те­ти­че­ские ди­элек­три­че­ские жид­ко­сти ( см. Со­втол ).

 

Ди­элек­трикEпр,
104 В/см
ερ υ,
Ом · м
Бу­ма­га, про­пи­тан­ная мас­лом100—2503,6
Воз­дух301
Ге­ти­накс100—1504—7108—1010
Ми­ка­нит150—4005—6109—1011
По­ли­ви­нил­хло­рид3253,21012
Ре­зи­на150—2003—61011—1012
Стек­ло100—1506—101012
Слюда500—10005,45 · 1011
Совол1505,31011—1012
Транс­фор­ма­тор­ное масло50—1802—2,55 · 1012—5 · 1013
Фар­фор150—2005,51012—1013
Элек­тро­кар­тон80—1203—5106—108

 

Смолы при низ­ких тем­пе­ра­ту­рах  — это аморф­ные стек­ло­об­раз­ные массы. При на­гре­ве они раз­мяг­ча­ют­ся и ста­но­вят­ся пла­стич­ны­ми, а затем жид­ки­ми. Смолы не гиг­ро­ско­пич­ны и не рас­тво­ря­ют­ся в воде, но рас­тво­ря­ют­ся в спир­те и дру­гих рас­тво­ри­те­лях. Смолы яв­ля­ют­ся важ­ней­шей со­став­ной ча­стью мно­гих лаков, ком­паун­дов, пласт­масс, пле­нок. При­род­ные смолы  — это про­дукт жиз­не­де­я­тель­но­сти не­ко­то­рых на­се­ко­мых (на­при­мер, шел­лак) или рас­те­ний  — смо­ло­но­сов. Наи­боль­шее зна­че­ние имеют син­те­ти­че­ские смолы, на­при­мер по­ли­эти­лен, по­ли­ви­нил­хло­рид, ко­то­рые при­ме­ня­ют­ся для изо­ля­ции про­во­дов, ка­бе­лей, для за­щит­ных по­кры­тий, для из­го­тов­ле­ния лаков.

24.  
i

Яв­ля­ет­ся ли воз­дух ди­элек­три­ком?

 

Элек­тро­изо­ля­ци­он­ны­ми на­зы­ва­ют­ся ве­ще­ства  — ди­элек­три­ки, об­ла­да­ю­щие ни­чтож­ной элек­три­че­ской про­во­ди­мо­стью, спо­соб­ные по­ля­ри­зо­вать­ся в элек­три­че­ском поле . В них воз­мож­но дли­тель­ное су­ще­ство­ва­ние элек­тро­ста­ти­че­ско­го поля и на­коп­ле­ние по­тен­ци­аль­ной элек­три­че­ской энер­гии. У элек­тро­изо­ля­ци­он­ных ма­те­ри­а­лов же­ла­тель­ны боль­шое удель­ное объёмное со­про­тив­ле­ние(чет­вер­тый стол­бец в таб­ли­це), вы­со­кое про­бив­ную на­пря­жен­ность(вто­рой стол­бец в таб­ли­це), малый тан­генс ди­элек­три­че­ских по­терь и малая ди­элек­три­че­ская про­ни­ца­е­мость(тре­тий стол­бец в таб­ли­це). Важно, чтобы вы­ше­пе­ре­чис­лен­ные па­ра­мет­ры были ста­биль­ны во вре­ме­ни и по тем­пе­ра­ту­ре, а ино­гда и по ча­сто­те элек­три­че­ско­го поля.

Элек­тро­изо­ля­ци­он­ные ма­те­ри­а­лы можно под­раз­де­лить:

1.  Га­зо­об­раз­ные

2.  Жид­кие

3.  Твёрдые

По про­ис­хож­де­нию:

1.  При­род­ные не­ор­га­ни­че­ские

2.  Ис­кус­ствен­ные не­ор­га­ни­че­ские

3.  Есте­ствен­ные ор­га­ни­че­ские

4.  Син­те­ти­че­ские ор­га­ни­че­ские

Га­зо­об­раз­ные. У всех га­зо­об­раз­ных элек­тро­изо­ля­ци­он­ных ма­те­ри­а­лов ди­элек­три­че­ская про­ни­ца­е­мость близ­ка к 1 и тан­генс ди­элек­три­че­ских по­терь так же мал, зато мало и на­пря­же­ние про­боя. Чаще всего в ка­че­стве га­зо­об­раз­но­го изо­ля­то­ра ис­поль­зу­ют воз­дух, од­на­ко в по­след­нее время всё боль­шее при­ме­не­ние на­хо­дит эле­газ (гек­сафто­рид серы, SF6), об­ла­да­ю­щий почти втрое бо́льшим на­пря­же­ни­ем про­боя и зна­чи­тель­но более вы­со­кой ду­го­га­си­тель­ной спо­соб­но­стью. Ино­гда для из­го­тов­ле­ния элек­тро­изо­ля­ци­он­ных ма­те­ри­а­лов при­ме­ня­ют со­че­та­ние га­зо­об­раз­ных и ор­га­ни­че­ских ма­те­ри­а­лов.

Жид­кие  — чаще всего ис­поль­зу­ют в транс­фор­ма­то­рах, вы­клю­ча­те­лях, ка­бе­лях, вво­дах для элек­три­че­ской изо­ля­ции и в кон­ден­са­то­рах. Причём в транс­фор­ма­то­рах эти ди­элек­три­ки яв­ля­ют­ся од­но­вре­мен­но и охла­жда­ю­щи­ми жид­ко­стя­ми, а в вы­клю­ча­те­лях − и как ду­го­га­ся­щая среда. В ка­че­стве жид­ких ди­элек­три­че­ских ма­те­ри­а­лов пре­жде всего ис­поль­зу­ет­ся транс­фор­ма­тор­ное масло, кон­ден­са­тор­ное масло, ка­сто­ро­вое масло, син­те­ти­че­ские жид­ко­сти ( со­втол ). При­род­ные не­ор­га­ни­че­ские  — наи­бо­лее рас­про­странённый ма­те­ри­ал слюда, она об­ла­да­ет гиб­ко­стью при со­хра­не­нии проч­но­сти, хо­ро­шо рас­щеп­ля­ет­ся, что поз­во­ля­ет по­лу­чить тон­кие пла­сти­ны. Хи­ми­че­ски стой­ка и на­гре­во­стой­ка. В ка­че­стве элек­тро­изо­ля­ци­он­ных ма­те­ри­а­лов ис­поль­зу­ют му­ско­вит и фло­го­пит, од­на­ко му­ско­вит всё же лучше.

Ис­кус­ствен­ные не­ор­га­ни­че­ские: хо­ро­шим со­про­тив­ле­ни­ем изо­ля­ции об­ла­да­ют ма­ло­ще­лоч­ные стёкла, стек­ло­во­лок­но, си­талл, но ос­нов­ным элек­тро­изо­ля­ци­он­ным ма­те­ри­а­лом всё же яв­ля­ет­ся фар­фор (по­ле­во­шпа­то­вая ке­ра­ми­ка). Эта ке­ра­ми­ка ши­ро­ко ис­поль­зу­ет­ся для изо­ля­то­ров то­ко­не­су­щих про­во­дов вы­со­ко­го на­пря­же­ния, про­ход­ных изо­ля­то­ров, бу­шин­гов и т. д. Од­на­ко из-за вы­со­ко­го тан­ген­са ди­элек­три­че­ских по­терь не го­дит­ся для вы­со­ко­ча­стот­ных изо­ля­то­ров. Для дру­гих более узких задач ис­поль­зу­ет­ся ке­ра­ми­ка  — фор­сте­ри­то­вая, гли­нозёми­стая, кор­ди­ери­то­вая и т. д.

Есте­ствен­ные ор­га­ни­че­ские: в по­след­нее время в связи с рас­ши­ре­ни­ем про­из­вод­ства син­те­ти­че­ских элек­тро­изо­ля­ци­он­ных ма­те­ри­а­лов их при­ме­не­ние со­кра­ща­ет­ся. Вы­де­лить можно сле­ду­ю­щие  — цел­лю­ло­за, па­ра­фин, пек, ка­у­чук, ян­тарь и дру­гие при­род­ные смолы, из жид­ких - ка­сто­ро­вое масло.

Син­те­ти­че­ские ор­га­ни­че­ские: боль­шая часть дан­но­го ма­те­ри­а­ла при­хо­дит­ся на долю вы­со­ко­мо­ле­ку­ляр­ных хи­ми­че­ских со­еди­не­ний  — пласт­масс, а так же эла­сто­ме­ров. Су­ще­ству­ют так же син­те­ти­че­ские ди­элек­три­че­ские жид­ко­сти ( см. Со­втол ).

 

Ди­элек­трикEпр,
104 В/см
ερ υ,
Ом · м
Бу­ма­га, про­пи­тан­ная мас­лом100—2503,6
Воз­дух301
Ге­ти­накс100—1504—7108—1010
Ми­ка­нит150—4005—6109—1011
По­ли­ви­нил­хло­рид3253,21012
Ре­зи­на150—2003—61011—1012
Стек­ло100—1506—101012
Слюда500—10005,45 · 1011
Совол1505,31011—1012
Транс­фор­ма­тор­ное масло50—1802—2,55 · 1012—5 · 1013
Фар­фор150—2005,51012—1013
Элек­тро­кар­тон80—1203—5106—108

 

Смолы при низ­ких тем­пе­ра­ту­рах  — это аморф­ные стек­ло­об­раз­ные массы. При на­гре­ве они раз­мяг­ча­ют­ся и ста­но­вят­ся пла­стич­ны­ми, а затем жид­ки­ми. Смолы не гиг­ро­ско­пич­ны и не рас­тво­ря­ют­ся в воде, но рас­тво­ря­ют­ся в спир­те и дру­гих рас­тво­ри­те­лях. Смолы яв­ля­ют­ся важ­ней­шей со­став­ной ча­стью мно­гих лаков, ком­паун­дов, пласт­масс, пле­нок. При­род­ные смолы  — это про­дукт жиз­не­де­я­тель­но­сти не­ко­то­рых на­се­ко­мых (на­при­мер, шел­лак) или рас­те­ний  — смо­ло­но­сов. Наи­боль­шее зна­че­ние имеют син­те­ти­че­ские смолы, на­при­мер по­ли­эти­лен, по­ли­ви­нил­хло­рид, ко­то­рые при­ме­ня­ют­ся для изо­ля­ции про­во­дов, ка­бе­лей, для за­щит­ных по­кры­тий, для из­го­тов­ле­ния лаков.

25.  
i

В двух за­кры­тых друг от друга ком­на­тах раз­ная тем­пе­ра­ту­ра на­сы­щен­но­го во­дя­но­го пара. В пер­вой ком­на­те тем­пе­ра­ту­ра 40 гра­ду­сов, во вто­рой 0 гра­ду­сов. Из какой ком­на­ты в какую будет про­те­кать пар через щель в двер­ном про­еме? Ответ по­яс­ни­те.

 

На­сы­щен­ный пар  — это пар , на­хо­дя­щий­ся в тер­мо­ди­на­ми­че­ском рав­но­ве­сии с жид­ко­стью или твёрдым телом того же со­ста­ва .

Дав­ле­ние на­сы­щен­но­го пара свя­за­но опре­делённой для дан­но­го ве­ще­ства за­ви­си­мо­стью от тем­пе­ра­ту­ры . Когда внеш­нее дав­ле­ние па­да­ет ниже дав­ле­ния на­сы­щен­но­го пара, про­ис­хо­дит ки­пе­ние (жид­ко­сти) или воз­гон­ка (твёрдого тела); когда оно выше  — на­про­тив, кон­ден­са­ция или де­суб­ли­ма­ция . Для воды и мно­гих дру­гих ве­ществ, име­ю­щих твер­дую фазу, су­ще­ству­ет зна­чи­тель­ная раз­ни­ца в дав­ле­нии на­сы­щен­ных паров над по­верх­но­стью жид­ко­сти и твер­дой фазы.

Над по­верх­но­стью жид­ко­сти все­гда есть пары этой жид­ко­сти, ко­то­рые об­ра­зу­ют­ся из-за ее ис­па­ре­ния. За счет диф­фу­зии часть мо­ле­кул пара воз­вра­ща­ет­ся об­рат­но в жид­кость. Если число ча­стиц, по­ки­да­ю­щих жид­кость за еди­ни­цу вре­ме­ни, боль­ше числа ча­стиц, воз­вра­ща­ю­щих­ся в жид­кость за тот же про­ме­жу­ток вре­ме­ни, то пар на­зы­ва­ет­ся не­на­сы­щен­ным. Если число ча­стиц, по­ки­да­ю­щих жид­кость за еди­ни­цу вре­ме­ни, равно числу ча­стиц, воз­вра­ща­ю­щих­ся в жид­кость за тот же про­ме­жу­ток вре­ме­ни, то пар на­зы­ва­ет­ся на­сы­щен­ным. При этом го­во­рят, что пар на­хо­дит­ся в ди­на­ми­че­ском рав­но­ве­сии со своей жид­ко­стью. Такая си­ту­а­ция воз­мож­на, если, на­при­мер, огра­ни­чить объем над по­верх­но­стью воды. Тогда ис­па­ре­ние может про­ис­хо­дить толь­ко до опре­де­лен­но­го пре­де­ла.

Если пар жид­ко­сти стал на­сы­щен­ным, то боль­шей кон­цен­тра­ции мо­ле­кул (зна­чит, и дав­ле­ния) на­сы­щен­но­го пара при той же тем­пе­ра­ту­ре до­стичь нель­зя. Это озна­ча­ет, что дав­ле­ние на­сы­щен­но­го пара имеет един­ствен­ное зна­че­ние, за­ви­ся­щее толь­ко от его тем­пе­ра­ту­ры. Если объем, за­ни­ма­е­мый на­сы­щен­ным паром, на­чать умень­шать при по­сто­ян­ной тем­пе­ра­ту­ре, то пар нач­нет кон­ден­си­ро­вать­ся в жид­кость, так как кон­цен­тра­ция его ча­стиц и дав­ле­ние до­стиг­ли пре­дель­но­го зна­че­ния.

 

В таб­ли­це при­ве­де­ны сле­ду­ю­щие свой­ства на­сы­щен­но­го во­дя­но­го пара в за­ви­си­мо­сти от тем­пе­ра­ту­ры: дав­ле­ние, удель­ный объем, плот­ность, удель­ные эн­таль­пии жид­ко­сти и пара, теп­ло­та па­ро­об­ра­зо­ва­ния.

 

Пе­ре­счет в СИ: 1 кгс/см2 = 9.81·104 Па.

 

Тем­пе­ра­ту­ра,
 гра­ду­совC
Дав­ле­ние (аб­со­лют­ное),
кгс/см3
Удель­ный объём,
м3/кг
Плот­ность,
кг/м3
Удель­ная эн­та­пи­лия
жид­ко­сти i в сте­пе­ни ,
кДж/кг
Удель­ная эн­та­пи­лия
пара i в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка ,, пра­вая круг­лая скоб­ка
кДж/кг
Удель­ная теп­ло­та
па­ро­об­ра­зо­ва­ния r,
кДж/кг
00,0062206,50,0048402493,12493,1
50,0089147,10,006820,952502,72481,7
100,0125106,40,009441,92512,32470,4
150,017477,90,0128362,852522,42459,5
200,023857,80,0172983,825322448,2
250,032343,40,02304104,752541,72436,9
300,043332,930,03036125,72551,32425,6
350,057325,250,0396146,6525612414,3
400,075219,550,05114167,62570,62403
450,097715,280,06543188,552579,82391,3
500,125812,0540,083209,52589,52380
550,16059,5890,1043230,452598,72368,2
600,20317,6870,1301251,42608,32356,9
650,2556,2090,1611272,352617,52345,2
700,31775,0520,1979293,32626,32333
750,3934,1390,2416314,326362321
800,4833,4140,2929335,226442310
850,592,8320,3531356,226532297
900,7152,3650,4229377,126622285
950,8621,9850,5039398,126712273
26.  
i

Эхо­лот

Встре­ча­ет­ся не­сколь­ко на­зва­ний эхо­ло­та: сонар, гид­ро­ло­ка­тор. Сонар  — это со­кра­ще­ние от трёх ан­глий­ских слов «звук», «пе­ре­дви­же­ние», «рас­по­ло­же­ние». Эхо­лот со­сто­ит из пе­ре­дат­чи­ка, пре­об­ра­зо­ва­те­ля, приёмника и дис­плея. Пе­ре­дат­чик ис­пус­ка­ет зву­ко­вую волну уль­тра­зву­ко­во­го диа­па­зо­на (на­при­мер, 50 кГц, 192 кГц), ко­то­рая, рас­про­стра­ня­ясь в воде, от­ра­жа­ет­ся от пре­град на своём пути и, воз­вра­ща­ясь об­рат­но, улав­ли­ва­ет­ся приёмни­ком. Далее об­ра­бо­тан­ная ин­фор­ма­ция от отражённых объ­ек­тов по­сту­па­ет на экран. Так как этот про­цесс по­вто­ря­ет­ся много раз в се­кун­ду, то на экра­не по­лу­ча­ет­ся про­филь дна с отоб­ра­же­ни­ем объ­ек­тов на раз­лич­ных глу­би­нах.

Боль­шин­ство со­вре­мен­ных эхо­ло­тов ра­бо­та­ют на ча­сто­те 192 кГц, не­ко­то­рые ис­поль­зу­ют 50 кГц. Есть свои пре­иму­ще­ства у каж­дой ча­сто­ты, но для прес­ной и солёной воды 192 кГц  — луч­ший выбор. Эта ча­сто­та даёт боль­ше по­дроб­но­стей и мень­ше «шу­мо­вых» и не­же­ла­тель­ных от­ра­же­ний. Её ис­поль­зу­ют в не­глу­бо­кой воде и на ско­ро­сти. Опре­де­ле­ние близ­ле­жа­щих под­вод­ных объ­ек­тов также лучше на ча­сто­те 192 кГц. При этом две рыбы отоб­ра­жа­ют­ся как два от­дель­ных эха вме­сто одной «капли» на экра­не. Су­ще­ству­ют не­ко­то­рые усло­вия, при ко­то­рых ча­сто­та 50 кГц лучше. Как пра­ви­ло, эхо­ло­ты, ра­бо­та­ю­щие на ча­сто­те 50 кГц (при тех же самых усло­ви­ях и мощ­но­сти), могут про­ни­кать более глу­бо­ко через воду. Это про­ис­хо­дит из-за есте­ствен­ной спо­соб­но­сти воды по­гло­щать зву­ко­вые волны. Ско­рость по­гло­ще­ния боль­ше для более вы­со­ких ча­стот звука, чем для более низ­ких ча­стот. По­это­му эхо­ло­ты ча­сто­той 50 кГц на­хо­дят ис­поль­зо­ва­ние в более глу­бо­кой солёной воде. Также пре­об­ра­зо­ва­те­ли таких эхо­ло­тов имеют более ши­ро­кие углы об­зо­ра, чем пре­об­ра­зо­ва­те­ли эхо­ло­тов ча­сто­той 192 кГц.

Срав­ни­тель­ная таб­ли­ца эхо­ло­тов

 

50 кГц192 кГц
Боль­шие глу­би­ныМалые глу­би­ны
Ши­ро­кий ко­ни­че­ский уголУзкий ко­ни­че­ский угол
Худ­шее опре­де­ле­ние и раз­де­ле­ние целейЛуч­шее опре­де­ле­ние и раз­де­ле­ние целей
Боль­шая чув­стви­тель­ность к по­ме­хамМень­шая чув­стви­тель­ность к по­ме­хам

Срав­ни­тель­ная таб­ли­ца эхо­ло­тов

 

Ма­те­ри­алПлот­ность, кг/м3Ско­рость про­доль­ной волны, м/сСко­рость по­пе­реч­ной, м/с
Воз­дух0,1330
Алю­ми­ний270063203130
Стек­ло360042602560
Воль­фрам19 10054602620
По­ли­амид (ней­лон)110026201080
Акрил11802670
Медь890047002260
Вода прес­ная (20 °C)10001482
Вода солёная (20 °C)10301500*

Со­ставь­те крат­кое опи­са­ние ра­бо­ты эхо­ло­та для ловли рыбы в мор­ской воде (на ос­но­ве предо­став­лен­но­го ма­те­ри­а­ла).

27.  
i

Ко­ме­ты

Ко­ме­ты Сол­неч­ной си­сте­мы пред­став­ля­ют собой бес­фор­мен­ные глыбы раз­ме­ром не­сколь­ко ки­ло­мет­ров, со­сто­я­щие из льда впе­ре­меш­ку с пы­ле­вы­ми ча­сти­ца­ми. По­это­му их ино­гда на­зы­ва­ют «гряз­ным снеж­ком». Ко­ме­ты дви­жут­ся по очень вы­тя­ну­тым ор­би­там, на­хо­дясь ос­нов­ное время да­ле­ко от Солн­ца, где оста­ют­ся не­ви­ди­мы­ми. При при­бли­же­нии к Солн­цу лёд под дей­стви­ем сол­неч­но­го тепла на­чи­на­ет таять, ис­па­ря­ет­ся и уле­та­ет в меж­пла­нет­ное про­стран­ство вме­сте с дру­ги­ми га­за­ми. Вслед­ствие этого, чем ближе ко­ме­та при­бли­жа­ет­ся к Солн­цу, тем длин­нее её хвост. Ино­гда у комет на­блю­да­ет­ся раз­де­ле­ние хво­ста на две части: один  — ис­кривлённый, со­сто­я­щий из ча­стиц пыли; дру­гой  — пря­мой, га­зо­вый, вы­тя­ну­тый. Про­тяжённость ко­мет­ных хво­стов может до­сти­гать де­сят­ков и сотен мил­ли­о­нов ки­ло­мет­ров. Пред­по­ла­га­ет­ся, что пыль, те­ря­е­мая ко­ме­та­ми, по­па­дая на огром­ной ско­ро­сти в зем­ную ат­мо­сфе­ру, об­на­ру­жи­ва­ет­ся в виде ме­тео­ров. Не­ко­то­рые ко­ме­ты дви­жут­ся по ор­би­те во­круг Солн­ца, их на­зы­ва­ют пе­ри­о­ди­че­ски­ми. Пе­ри­о­ди­че­ская ко­ме­та те­ря­ет зна­чи­тель­ную часть сво­е­го ма­те­ри­а­ла каж­дый раз, когда про­хо­дит около Солн­ца.

В таб­ли­це при­ве­де­ны рус­ские на­зва­ния пе­ри­о­ди­че­ских комет, год от­кры­тия, пе­ри­од об­ра­ще­ния, сле­ду­ю­щее по­яв­ле­ние.

Пе­ри­о­ди­че­ские ко­ме­ты

Рус­ское на­зва­ниеПе­ри­од, зем­ной годГод от­кры­тияСле­ду­ю­щее по­яв­ле­ние
Гал­лея75,31240 до н.э.2061
Энке3,317862017
Понса-Брук­са70,8418122024
Оль­бер­са69,5218152024
Сте­фа­на-Отер­мы37,7218672018
Дю Туа14,719442018
Тем­пе­ля-Тутт­ля33,2418652031
Икея-Чжан­га367,1816612362
Шу­мей­ке­ров 317,0919862019
LINEAR76,4820002075

Объ­яс­ни­те об­ра­зо­ва­ние двух хво­стов у ко­ме­ты.

28.  
i

Рас­про­стра­не­ние звука в ат­мо­сфе­ре

Зву­ко­вые волны иг­ра­ют важ­ную роль в жизни че­ло­ве­ка и дру­гих живых су­ществ. Не­смот­ря на го­раз­до мень­шую ско­рость звука, чем ско­рость света, боль­шую спо­соб­ность за­ту­ха­ния при рас­про­стра­не­нии, звук имеет ряд пре­иму­ществ по срав­не­нию со све­том. Звук хо­ро­шо рас­про­стра­ня­ет­ся в тем­но­те, в горах, в лесу, в воде, в земле, спо­со­бен пре­одо­ле­вать пре­гра­ды, не­до­ступ­ные свету. Ис­сле­до­ва­ния по­ка­за­ли, что ско­рость рас­про­стра­не­ния звука на боль­ших вы­со­тах (в горах) и на рав­ни­нах оди­на­ко­ва при усло­вии ра­вен­ства тем­пе­ра­ту­ры воз­ду­ха. А вот от тем­пе­ра­ту­ры воз­ду­ха ско­рость за­ви­сит. В таб­ли­це при­ве­де­ны ре­зуль­та­ты из­ме­ре­ния ско­ро­сти рас­про­стра­не­ния звука в за­ви­си­мо­сти от тем­пе­ра­ту­ры воз­ду­ха.

 

Тем­пе­ра­ту­ра воз­ду­ха, °CСко­рость звука в воз­ду­хе
м/скм/ч
−150216,7780,1
−100263,7942,2
−50299,31077,6
−20318,81147,8
−10325,11170,3
0331,51193,4
10337,31214,1
20343,11235,2
30348,91226,2
50360,31296,9
100387,11393,7
200436,01569,5
300479,81727,4
400520,01872,1
500557,32006,4
1000715,22574,8

 

Ис­хо­дя из ин­фор­ма­ции, пред­став­лен­ной в таб­ли­це, можно уви­деть впол­не од­но­знач­ную за­ви­си­мость ско­ро­сти рас­про­стра­не­ния звука от тем­пе­ра­ту­ры окру­жа­ю­ще­го воз­ду­ха.

Слы­ши­мость звука также за­ви­сит от плот­но­сти воз­ду­ха, влаж­но­сти и ветра. Во влаж­ном воз­ду­хе слы­ши­мость звука резко воз­рас­та­ет, в сухом  — умень­ша­ет­ся. Во время вет­ре­ной по­го­ды звук слы­шит­ся не­ров­но. Если хо­ро­шая или пло­хая слы­ши­мость звука не обу­слов­ле­на по­пут­ным или встреч­ным вет­ром, то хо­ро­шая слы­ши­мость отдалённых (сла­бых) зву­ков объ­яс­ня­ет­ся по­вы­шен­ной влаж­но­стью воз­ду­ха и слу­жит при­зна­ком на­ступ­ле­ния не­наст­ной по­го­ды с осад­ка­ми.

Рас­смот­ри­те си­ту­а­цию про­гул­ки в лесу и опре­де­ли­те, при каких усло­ви­ях можно по­те­рять друг друга из вида, но остать­ся в пре­де­лах хо­ро­шей го­ло­со­вой связи.

29.  
i

Элек­три­че­ские свой­ства тела че­ло­ве­ка. По­ра­же­ние элек­три­че­ским током.

Тело че­ло­ве­ка пред­став­ля­ет собой по своим элек­тро­фи­зи­че­ским свой­ствам солёный рас­твор (рас­твор элек­тро­ли­та). Раз­ные ткани че­ло­ве­ка ха­рак­те­ри­зу­ют­ся раз­ной кон­цен­тра­ци­ей рас­тво­ра элек­тро­ли­та и раз­ным его со­ста­вом. По­сколь­ку внут­ри­кле­точ­ная жид­кость со­дер­жит ионы и хо­ро­шо про­во­дит элек­три­че­ский ток, внут­рен­ние ткани тела че­ло­ве­ка об­ла­да­ют до­воль­но низ­ким элек­три­че­ским со­про­тив­ле­ни­ем. А срав­ни­тель­но вы­со­кое со­про­тив­ле­ние элек­три­че­ско­му току ока­зы­ва­ют по­верх­ност­ные слои кожи (эпи­дер­мис). Общее со­про­тив­ле­ние тела че­ло­ве­ка по­сто­ян­но­му току (от конца одной руки до конца дру­гой руки) при не­по­вре­ждённой сухой коже рук может со­став­лять 104-106 Ом. Влаж­ная кожа может умень­шить со­про­тив­ле­ние тела до 103 Ом и ниже. На ри­сун­ке по­ка­за­ны воз­мож­ные пути по­ра­же­ния элек­три­че­ским током тела че­ло­ве­ка. В таб­ли­це по­ка­за­но про­цент­ное со­от­но­ше­ние по­ра­жа­ю­ще­го элек­три­че­ско­го тока через серд­це.

«рука — рука»Через серд­це про­хо­дит 3,3% об­ще­го тока
«левая рука — ноги»Через серд­це про­хо­дит 3,7% об­ще­го тока
«пра­вая рука — ноги»Через серд­це про­хо­дит 6,7% об­ще­го тока
«нога — нога»Через серд­це про­хо­дит 0,4% об­ще­го тока
«го­ло­ва — ноги»Через серд­це про­хо­дит 6,8% об­ще­го тока
«го­ло­ва — руки»Через серд­це про­хо­дит 7% об­ще­го тока

 

Наи­бо­лее тяжёлое по­ра­же­ние ве­ро­ят­но, если на пути тока ока­зы­ва­ет­ся серд­це, лёгкие, груд­ная клет­ка, го­лов­ной или спин­ной мозг, по­сколь­ку ток воз­дей­ству­ет не­по­сред­ствен­но на эти ор­га­ны. Если ток про­хо­дит иными пу­тя­ми, то воз­дей­ствие его на ор­га­ны может быть ре­флек­тор­ным, а не не­по­сред­ствен­ным.

Опре­де­ли­те наи­бо­лее опас­ные и на­и­ме­нее опас­ные пути про­хож­де­ния элек­три­че­ско­го тока через тело че­ло­ве­ка.

30.  
i

Рас­про­стра­не­ние звука в раз­лич­ных сре­дах

Звук может рас­про­стра­нять­ся толь­ко в упру­гой среде: газе, жид­ко­сти, твёрдых телах. В ва­ку­у­ме звук рас­про­стра­нять­ся не может.

Из­вест­но, что во время грозы мы сна­ча­ла видим вспыш­ку мол­нии и лишь через не­ко­то­рое время слы­шим рас­ка­ты грома. Ско­рость звука в воз­ду­хе впер­вые была из­ме­ре­на в 1636 г. фран­цуз­ским учёным М. Мер­сен­ном. При тем­пе­ра­ту­ре 20 °C она равна 343 м/с, т. е. 1235 км/ч.

Ско­рость звука в воде впер­вые была из­ме­ре­на в 1826 г. Ж. Кол­ла­до­ном и Я. Штур­мом. Свои опыты они про­во­ди­ли на Же­нев­ском озере в Швей­ца­рии. На одной лодке под­жи­га­ли порох и од­но­вре­мен­но уда­ря­ли в ко­ло­кол, опу­щен­ный в воду. Звук этого ко­ло­ко­ла с по­мо­щью спе­ци­аль­но­го ру­по­ра, также опу­щен­но­го в воду, улав­ли­вал­ся на дру­гой лодке, ко­то­рая на­хо­ди­лась на рас­сто­я­нии 14 км от пер­вой. По ин­тер­ва­лу вре­ме­ни между вспыш­кой света и при­хо­дом зву­ко­во­го сиг­на­ла опре­де­ли­ли ско­рость звука в воде. При тем­пе­ра­ту­ре 8 °C она ока­за­лась рав­ной при­мер­но 1440 м/с.

Если вы при­ло­жи­те ухо к рель­су, то после удара по дру­го­му концу рель­са вы услы­ши­те два звука: один  — по рель­су, дру­гой  — по воз­ду­ху. Хо­ро­шо про­во­дит звук земля. На­при­мер, в ста­рые вре­ме­на при осаде в кре­пост­ных сте­нах по­ме­ща­ли «слу­ха­чей», ко­то­рые по звуку, пе­ре­да­ва­е­мо­му землёй, могли опре­де­лить, ведёт ли враг под­коп к сте­нам или нет. При­кла­ды­вая ухо к земле, также сле­ди­ли за при­бли­же­ни­ем вра­же­ской кон­ни­цы.

СредаПлот­ность, г/см3, при 20 °ССко­рость, м/с
Твёрдые ма­те­ри­а­лы
Алю­ми­ний2,75100
Медь8,93600
Ре­зи­на0,9535–70
Проб­ка0,22–0,2650
Сталь7,85000
Жид­ко­сти
Вода1,01456
Аце­тон0,7921190
Бен­зин0,8991200–1900
Эти­ло­вый спирт0,7911150
Газы
Воз­дух1,29 · 10–3344
Азот1,251 · 10–3337
Во­до­род0,09 · 10–31269
Кис­ло­род1,43 · 10–3316

Может ли услы­шать звук, воз­ник­ший под водой, че­ло­век, сто­я­щий на бе­ре­гу водоёма?

31.  
i

Ат­мо­сфер­ное дав­ле­ние

Ат­мо­сфе­ра  — это весь воз­дух, ко­то­рый окру­жа­ет Землю. Воз­дух имеет массу, ко­то­рая в сред­нем равна 5,2 · 1021 г. Из­вест­но, что 1 м3 воз­ду­ха у зем­ной по­верх­но­сти имеет массу 1,033 кг. Своим весом воз­дух ока­зы­ва­ет дав­ле­ние на все объ­ек­ты, на­хо­дя­щи­е­ся на зем­ной по­верх­но­сти. Сила, с ко­то­рой воз­дух давит на зем­ную по­верх­ность, на­зы­ва­ет­ся ат­мо­сфер­ным дав­ле­ни­ем.

За нор­маль­ное ат­мо­сфер­ное дав­ле­ние услов­но при­ня­то дав­ле­ние воз­ду­ха на уров­не моря на ши­ро­те 45° и при тем­пе­ра­ту­ре 0 °C. Нор­маль­ное ат­мо­сфер­ное дав­ле­ние со­став­ля­ет 760 мм рт. ст. или 101 325 Па. Если дав­ле­ние воз­ду­ха боль­ше 760 мм рт. ст., то оно счи­та­ет­ся по­вы­шен­ным, мень­ше  — по­ни­жен­ным.

Если под­ни­мать­ся вверх, то воз­дух ста­но­вит­ся всё более раз­ре­жен­ным и ат­мо­сфер­ное дав­ле­ние по­ни­жа­ет­ся. Ат­мо­сфер­ное дав­ле­ние рас­по­ло­жен­ных на раз­ной вы­со­те над уров­нем моря мест­но­стей будет раз­лич­ным. На­при­мер, Москва лежит на вы­со­те 120 м над уров­нем моря, по­это­му сред­нее ат­мо­сфер­ное дав­ле­ние для неё  — 748 мм рт. ст.

Ат­мо­сфер­ное дав­ле­ние в те­че­ние суток два­жды по­вы­ша­ет­ся (утром и ве­че­ром) и два­жды по­ни­жа­ет­ся (после по­лу­дня и после по­лу­но­чи). Эти из­ме­не­ния свя­за­ны с из­ме­не­ни­ем тем­пе­ра­ту­ры воз­ду­ха и пе­ре­ме­ще­ни­ем воз­ду­ха. В те­че­ние года на ма­те­ри­ках мак­си­маль­ное дав­ле­ние на­блю­да­ет­ся зимой, когда воз­дух пе­ре­охла­ждён и уплотнён, а ми­ни­маль­ное  — летом. Также ат­мо­сфер­ное дав­ле­ние из­ме­ня­ет­ся в за­ви­си­мо­сти от на­ступ­ле­ния хо­ро­шей или не­наст­ной по­го­ды.

По­яс­ни­те смысл ста­рин­ной на­род­ной при­ме­ты «Горш­ки легко по­за­ки­па­ли через край  — к не­по­го­де».

32.  
i

Пре­дель­но до­пу­сти­мые зна­че­ния

на­пря­же­ний при­кос­но­ве­ний и токов

По­ра­же­ние элек­три­че­ским током опас­но для здо­ро­вья и жизни че­ло­ве­ка. Пе­ре­мен­ный ток зна­чи­тель­но более опа­сен, чем по­сто­ян­ный элек­три­че­ский ток та­ко­го же на­пря­же­ния. Наи­бо­лее опас­ным счи­та­ет­ся тех­ни­че­ский пе­ре­мен­ный ток с ча­сто­той 50 Гц (50 пе­ри­о­дов в се­кун­ду), силой 0,1 А и на­пря­же­ни­ем выше 250 В. Ме­ха­низм дей­ствия элек­три­че­ско­го тока на ор­га­низм весь­ма сло­жен и сво­дит­ся в ос­нов­ном к на­гре­ва­нию, элек­тро­ли­зу и ме­ха­ни­че­ско­му дей­ствию. Вслед­ствие пре­вра­ще­ния элек­три­че­ской энер­гии в теп­ло­вую воз­дей­ствие элек­три­че­ско­го тока вы­зы­ва­ет ожоги в месте при­ло­же­ния тока и зна­чи­тель­ное по­вы­ше­ние тем­пе­ра­ту­ры внут­рен­них ор­га­нов. В таб­ли­це пред­став­ле­ны пре­дель­но до­пу­сти­мые зна­че­ния на­пря­же­ний при­кос­но­ве­ний и токов, про­те­ка­ю­щих через тело че­ло­ве­ка при ча­сто­те про­мыш­лен­но­го тока 50 Гц.

Если че­ло­век, по­пав­ший под на­пря­же­ние, в со­сто­я­нии са­мо­сто­я­тель­но пре­одо­леть дей­ствие су­до­ро­ги и осво­бо­дить­ся от кон­так­та с про­вод­ни­ка­ми, то такой ток на­зы­ва­ют от­пус­ка­ю­щим. В слу­ча­ях, когда че­ло­век са­мо­сто­я­тель­но не может осво­бо­дить­ся от кон­так­та, воз­ни­ка­ет опас­ность дли­тель­ной су­до­ро­ги. Токи, вы­зы­ва­ю­щие такую ре­ак­цию ор­га­низ­ма, по­лу­чи­ли на­зва­ние не­от­пус­ка­ю­щих. По­ро­го­вые зна­че­ния не­от­пус­ка­ю­щих пе­ре­мен­ных токов при ча­сто­те 50 Гц лежат в пре­де­лах 10−15 мА. При 25−50 мА дей­ствие тока рас­про­стра­ня­ет­ся и на мышцы груд­ной клет­ки, что при­во­дит к за­труд­не­нию и даже пре­кра­ще­нию ды­ха­ния.

Дли­тель­ность про­те­ка­ния тока через тело че­ло­ве­ка вли­я­ет на со­про­тив­ле­ние кожи, вслед­ствие чего с уве­ли­че­ни­ем вре­ме­ни воз­дей­ствия тока на живую ткань по­вы­ша­ет­ся его зна­че­ние, рас­тут по­след­ствия воз­дей­ствия тока на ор­га­низм.

Объ­яс­ни­те, что озна­ча­ет про­дол­жи­тель­ность воз­дей­ствия в 0,5 с тока силой 125 мА при на­пря­же­нии в 105 В?

33.  
i

Звук в живой при­ро­де

Мы живём в мире зву­ков. Везде  — в окру­жа­ю­щем нас воз­ду­хе, воде, земле  — рас­про­стра­ня­ют­ся звуки. Эти звуки раз­лич­ны по ча­сто­те, гром­ко­сти, темб­ру, ис­точ­ни­ку. Для живых су­ществ зву­ко­вая кар­ти­на мира яв­ля­ет­ся одним из важ­ней­ших ис­точ­ни­ков ин­фор­ма­ции о внеш­нем мире. Або­ри­ге­ны Ав­стра­лии, при­кла­ды­вая ухо к земле, узна­ва­ли о пе­ре­дви­же­ни­ях жи­вот­ных и людей в окру­ге. 

Диа­па­зон ча­стот, вос­при­ни­ма­е­мых че­ло­ве­че­ским ухом, со­став­ля­ет 16-20000 Гц. Это те звуки, ко­то­рые вос­при­ни­ма­ет че­ло­век. Все зву­ко­вые ко­ле­ба­ния с ча­сто­та­ми ниже 16 Гц от­но­сят­ся к об­ла­сти ин­фра­зву­ка. С ча­сто­та­ми выше 20 кГц  — к об­ла­сти уль­тра­зву­ка.

Диа­па­зо­ны зву­ков, ко­то­рые слы­шат живые су­ще­ства на Земле, очень раз­но­об­раз­ны. На­при­мер, му­равьи ни­ко­гда не услы­шат ни нашей речи, ни нашей му­зы­ки, так как они об­ща­ют­ся на уль­тра­зву­ке. Не­ко­то­рые жи­вот­ные (ле­ту­чие мыши, мор­ские мле­ко­пи­та­ю­щие) сами спо­соб­ны не толь­ко слы­шать, но и из­да­вать уль­тра­звук. Не­ко­то­рые рыбы спо­соб­ны слы­шать звуки от 5 до 2000 Герц. Слух у рыб на­стро­ен боль­ше на низ­кие звуки (шо­ро­хи, шаги, шумы) и менее чув­стви­те­лен к вы­со­ким.

Об­ще­ние дель­фи­нов может быть как в нашем при­выч­ном диа­па­зо­не, так и на ча­сто­тах уль­тра­зву­ка. Дель­фи­ны могут из­да­вать раз­ные звуки, сви­сты. Наи­бо­лее вы­ра­зи­тель­ны­ми яв­ля­ют­ся сви­сты, ко­то­рых у дель­фи­нов на­счи­ты­ва­ет­ся 32 вида. Каж­дый из них может обо­зна­чать опре­делённую фразу (сиг­на­лы боли, тре­во­ги, при­вет­ствия, при­зыв­ный клич «ко мне» и т. д.).

На диа­грам­ме, пред­став­лен­ной ниже, по­ка­за­ны ча­стот­ные диа­па­зо­ны, ко­то­рые до­ступ­ны не­ко­то­рым живым су­ще­ствам.

Для об­ще­ния и дрес­си­ров­ки дель­фи­нов пред­ло­жи­те оп­ти­маль­ную схему по­стро­е­ния про­цес­са ком­му­ни­ка­ции.

34.  
i

Асте­ро­и­ды

Асте­ро­и­ды от­но­сят­ся к малым телам Сол­неч­ной си­сте­мы, с диа­мет­ром, пре­вы­ша­ю­щим 30 мет­ров, об­ла­да­ют не­пра­виль­ной фор­мой и не имеют ат­мо­сфе­ры. Вме­сте с этим у асте­ро­и­дов могут быть соб­ствен­ные спут­ни­ки. Рас­по­ло­же­ны асте­ро­и­ды в ос­нов­ном между ор­би­той Марса и Юпи­те­ра. Асте­ро­и­ды пред­став­ля­ют собой не­бес­ные тела, ко­то­рые были об­ра­зо­ва­ны за счёт вза­им­но­го при­тя­же­ния плот­но­го газа и пыли на ран­нем этапе фор­ми­ро­ва­ния Солн­ца. В мо­мент до­сти­же­ния Юпи­те­ром своей массы боль­шая часть пла­не­то­зи­ма­лей (бу­ду­щих про­то­пла­нет) были рас­ко­ло­ты. В эту эпоху сфор­ми­ро­ва­лась часть асте­ро­и­дов за счёт столк­но­ве­ния мас­сив­ных тел в пре­де­лах воз­дей­ствия «ближ­не­го» гра­ви­та­ци­он­но­го поля Юпи­те­ра.

Се­год­ня из­вест­но более 670000 асте­ро­и­дов, 422000 из ко­то­рых имеют соб­ствен­ный номер, а 19000  — имена. В таб­ли­це пред­став­ле­на ин­фор­ма­ция о при­бли­зи­тель­ном ко­ли­че­стве асте­ро­и­дов опре­делённого раз­ме­ра. Не­смот­ря на огром­ное ко­ли­че­ство, сум­мар­ная масса этих кам­ней со­став­ля­ет всего лишь 4% от массы Луны.

Раз­ме­ры и ко­ли­че­ство асте­ро­и­дов

Раз­мер, м10030050010003000500010 000
Ко­ли­че­ство25 000 0004 000 0002 000 000750 000200 00090 00010 000
Раз­мер, м30 00050 000100 000200 000300 000500 000900 000
Ко­ли­че­ство110060020030531

 

Со­глас­но ха­рак­те­ри­сти­кам орбит асте­ро­и­ды объ­еди­ня­ют в груп­пы. Груп­пой асте­ро­и­дов счи­та­ет­ся не­ко­то­рое число таких тел, ха­рак­те­ри­сти­ки орбит ко­то­рых схожи. Они, ве­ро­ят­но, яв­ля­ют­ся фраг­мен­та­ми од­но­го боль­шо­го тела в ре­зуль­та­те его рас­ко­ла.

Как видим из ри­сун­ка, ор­би­ты не­ко­то­рых асте­ро­и­дов пе­ре­се­ка­ют плос­кость ор­би­ты Земли. По­это­му самый зна­чи­мый повод для изу­че­ния асте­ро­и­дов  — это воз­мож­ная угро­за со сто­ро­ны этих кос­ми­че­ских тел. Во из­бе­жа­ние по­доб­ных си­ту­а­ций аст­ро­но­мы при­сталь­но сле­дят за асте­ро­и­да­ми, опас­ны­ми для зем­лян. Груп­па Амура  — на­и­ме­нее угро­жа­ю­щая из этих трёх, так как не пе­ре­се­ка­ет ор­би­ту Земли, а толь­ко при­бли­жа­ет­ся к ней. При таких сбли­же­ни­ях зем­ное тя­го­те­ние может по­ме­нять ор­би­ту асте­ро­и­дов, в связи с чем угро­за из по­тен­ци­аль­ной может пре­вра­тить­ся в ре­аль­ную. Тот же эф­фект на них ока­зы­ва­ет и Марс, так как они пе­ре­се­ка­ют его ор­би­ту, сле­до­ва­тель­но, ино­гда сбли­жа­ют­ся и с ним. Из­вест­но около 4000 асте­ро­и­дов этой груп­пы, есте­ствен­но, боль­шая часть ещё не от­кры­та. Самый круп­ный из них  — Га­ни­мед (не пу­тать со спут­ни­ком Юпи­те­ра), его диа­метр 31,5 км.

Асте­ро­и­ды груп­пы Апол­ло­на в самой ближ­ней к Солн­цу части ор­би­ты за­хо­дят внутрь зем­ной ор­би­ты (пе­ре­се­ка­ют её в двух ме­стах). В этом се­мей­стве из­вест­но более 5000 асте­ро­и­дов, в ос­нов­ном они не очень боль­шие, самый круп­ный  — 8,5 км.

Груп­па Атона со­дер­жит при­мер­но 1000 асте­ро­и­дов (самый боль­шой  — 3,5 км). Они на­о­бо­рот  — кур­си­ру­ют внут­ри ор­би­ты Земли, и толь­ко на рас­сто­я­нии са­мо­го боль­шо­го уда­ле­ния от Солн­ца вы­хо­дят за её пре­де­лы, также пе­ре­се­кая зем­ную ор­би­ту.

Есть ли риск столк­но­ве­ния пла­не­ты Земля с асте­ро­и­дом? Какие по­след­ствия этого столк­но­ве­ния могут быть?

35.  
i

Ра­ду­га

Ра­ду­га  — это кра­си­вей­шее оп­ти­че­ское при­род­ное яв­ле­ние, ко­то­рое на­блю­да­ет­ся при осве­ще­нии сол­неч­ным све­том мно­же­ства во­дя­ных ка­пе­лек во время дождя или ту­ма­на, или после дождя. Ра­ду­гу можно на­блю­дать толь­ко когда солн­це вы­гля­ну­ло из-за туч и в сто­ро­не, про­ти­во­по­лож­ной солн­цу. Если встать лицом к солн­цу, то ра­ду­ги не уви­деть. Цен­тром ра­ду­ги яв­ля­ет­ся точка, диа­мет­раль­но про­ти­во­по­лож­ная Солн­цу. Чаще всего мы видим толь­ко одну часть ра­ду­ги, по­ло­ви­ну дуги над ли­ни­ей го­ри­зон­та. Ра­ду­гу можно на­блю­дать и в ре­зуль­та­те пре­лом­ле­ния сол­неч­ных лучей в кап­лях воды после дождя, и в отражённых лучах от вод­ной по­верх­но­сти мор­ских за­ли­вов, озёр, во­до­па­дов или боль­ших рек. Цвета ра­ду­ги рас­по­ло­же­ны все­гда в одном и том же по­ряд­ке. Самая яркая внеш­няя часть ра­ду­ги  — крас­ная по­ло­са. Каж­дый сле­ду­ю­щий цвет блед­нее преды­ду­ще­го. Сол­неч­ный луч осве­ща­ет каплю дождя. Про­ни­кая внутрь капли, луч слег­ка пре­лом­ля­ет­ся. Как из­вест­но, лучи раз­лич­но­го цвета пре­лом­ля­ют­ся по- раз­но­му, то есть внут­ри капли луч бе­ло­го цвета рас­па­да­ет­ся на со­став­ля­ю­щие его цвета. Это яв­ле­ние дис­пер­сии. Прой­дя каплю, свет от­ра­жа­ет­ся от её стен­ки, как от зер­ка­ла. Отражённые цвет­ные лучи идут в об­рат­ном на­прав­ле­нии, ещё силь­нее пре­лом­ля­ясь. Весь ра­дуж­ный спектр по­ки­да­ет каплю с той же сто­ро­ны, с ко­то­рой в неё про­ник сол­неч­ный луч. Че­ло­век видит огром­ную цвет­ную ра­ду­гу, рас­ки­нув­шу­ю­ся по всему небу,  — свет, пре­ломлённый и отражённый мил­ли­ар­да­ми дож­де­вых ка­пель.

В таб­ли­це пред­став­ле­но услов­ное раз­де­ле­ние всего ви­ди­мо­го спек­тра сол­неч­но­го из­лу­че­ния по цве­там (1 нм = 10-9 м).

 

ЦветДиа­па­зон длин волн, нм
Крас­ный620—780
Оран­же­вый585—620
Жёлтый575—585
Зелёный550—575
Го­лу­бой510—550
Синий480—510
Фи­о­ле­то­вый380—450

 

В ниже рас­по­ло­жен­ной таб­ли­це при­ве­де­но со­от­но­ше­ние между дли­на­ми волн элек­тро­маг­нит­но­го из­лу­че­ния ви­ди­мо­го диа­па­зо­на с по­ка­за­те­ля­ми пре­лом­ле­ния воды при нор­маль­ном ат­мо­сфер­ном дав­ле­нии и тем­пе­ра­ту­ре 20 °C.

 

Длина волны, нмПо­ка­за­тель пре­лом­ле­ния
381,11,343
486,11,3371
546,11,3345
589,31,3330
643,81,3314
656,31,3311
768,21,3289

Как можно уви­деть прак­ти­че­ски всю ра­ду­гу?

36.  
i

Рент­ге­нов­ские лучи

Рент­ге­нов­ское из­лу­че­ние − это элек­тро­маг­нит­ные волны, энер­гия фо­то­нов ко­то­рых лежит на шкале элек­тро­маг­нит­ных волн между уль­тра­фи­о­ле­то­вым из­лу­че­ни­ем и гамма-из­лу­че­ни­ем.

Рент­ге­нов­ские лучи воз­ни­ка­ют все­гда, когда дви­жу­щи­е­ся с вы­со­кой ско­ро­стью элек­тро­ны тор­мо­зят­ся ма­те­ри­а­лом анода (на­при­мер, в га­зо­раз­ряд­ной труб­ке низ­ко­го дав­ле­ния). Часть энер­гии, не рас­се­и­ва­ю­ща­я­ся в форме тепла, пре­вра­ща­ет­ся в энер­гию элек­тро­маг­нит­ных волн (рент­ге­нов­ские лучи).

Есть два типа рент­ге­нов­ско­го из­лу­че­ния: тор­моз­ное и ха­рак­те­ри­сти­че­ское. Тор­моз­ное рент­ге­нов­ское из­лу­че­ние не яв­ля­ет­ся мо­но­хро­ма­ти­че­ским, оно ха­рак­те­ри­зу­ет­ся раз­но­об­ра­зи­ем длин волн, ко­то­рое может быть пред­став­ле­но сплош­ным (не­пре­рыв­ным) спек­тром.

Ха­рак­те­ри­сти­че­ское рент­ге­нов­ское из­лу­че­ние имеет не сплош­ной, а ли­ней­ча­тый спектр. Этот тип из­лу­че­ния воз­ни­ка­ет, когда быст­рый элек­трон, до­сти­гая анода, вы­би­ва­ет элек­тро­ны из внут­рен­них элек­трон­ных обо­ло­чек ато­мов анода. Пу­стые места в обо­лоч­ках за­ни­ма­ют­ся дру­ги­ми элек­тро­на­ми атома. При этом ис­пус­ка­ет­ся рент­ге­нов­ское из­лу­че­ние с ха­рак­тер­ным для ма­те­ри­а­ла анода спек­тром энер­гий.

Мо­но­хро­ма­ти­че­ское рент­ге­нов­ское из­лу­че­ние, длины волн ко­то­ро­го со­по­ста­ви­мы с раз­ме­ра­ми ато­мов, ши­ро­ко ис­поль­зу­ет­ся для ис­сле­до­ва­ния струк­ту­ры ве­ществ. В ос­но­ве дан­но­го ме­то­да лежит яв­ле­ние ди­фрак­ции рент­ге­нов­ских лучей на трёхмер­ной кри­стал­ли­че­ской решётке. Ди­фрак­ция рент­ге­нов­ских лучей на мо­но­кри­стал­лах была от­кры­та в 1912 г. М. Лауэ. На­пра­вив узкий пучок рент­ге­нов­ских лучей на не­по­движ­ный кри­сталл, он на­блю­дал на помещённой за кри­стал­лом пла­стин­ке ди­фрак­ци­он­ную кар­ти­ну, ко­то­рая со­сто­я­ла из боль­шо­го ко­ли­че­ства рас­по­ло­жен­ных в опре­делённом по­ряд­ке пятен.

Ди­фрак­ци­он­ная кар­ти­на, по­лу­ча­е­мая от по­ли­кри­стал­ли­че­ско­го ма­те­ри­а­ла (на­при­мер, ме­тал­лов), пред­став­ля­ет собой набор чётко обо­зна­чен­ных колец. От аморф­ных ма­те­ри­а­лов (или жид­ко­стей) по­лу­ча­ют ди­фрак­ци­он­ную кар­ти­ну с раз­мы­ты­ми коль­ца­ми.

Можно ли ис­сле­до­вать атом­ную струк­ту­ру мо­но­кри­стал­ла, ис­поль­зуя ин­фра­крас­ные лучи? Ответ по­яс­ни­те.

37.  
i

Теп­ло­об­мен

Теп­ло­об­мен тела че­ло­ве­ка с окру­жа­ю­щей сре­дой может осу­ществ­лять­ся, путём всех трёх видов теп­ло­пе­ре­да­чи (теп­ло­про­вод­но­сти, кон­век­ции и из­лу­че­ния), а также за счёт ис­па­ре­ния воды с по­верх­но­сти тела.

Пе­ре­нос тепла в слу­чае теп­ло­про­вод­но­сти прямо про­пор­ци­о­на­лен раз­но­сти тем­пе­ра­ту­ры тела и тем­пе­ра­ту­ры окру­жа­ю­щей среды. Чем боль­ше раз­ность тем­пе­ра­тур, тем ин­тен­сив­нее про­ис­хо­дит теп­ло­от­да­ча энер­гии живым ор­га­низ­мом в окру­жа­ю­щую среду. Кроме того, боль­шое зна­че­ние имеет ко­эф­фи­ци­ент теп­ло­про­вод­но­сти окру­жа­ю­щей среды, ко­то­рый по­ка­зы­ва­ет, какое ко­ли­че­ство теп­ло­ты пе­ре­но­сит­ся через по­верх­но­сти пло­ща­дью 1 м2, от­сто­я­щи­ми друг от друга на рас­сто­я­нии 1 м за еди­ни­цу вре­ме­ни (час), при раз­но­сти тем­пе­ра­тур между ними 1 ºС. Из­вест­но, что ко­эф­фи­ци­ент теп­ло­про­вод­но­сти для воды (при 20 °C) равен 2,1 кДж/(ч·м·°С), а для су­хо­го воз­ду­ха  — при­мер­но 0,08 кДж/(ч·м·°С). По­это­му для че­ло­ве­ка теп­ло­про­вод­ность через воз­дух со­став­ля­ет очень не­зна­чи­тель­ную ве­ли­чи­ну.

Теп­ло­от­да­ча из­лу­че­ни­ем для че­ло­ве­ка в со­сто­я­нии покоя со­став­ля­ет 43–50% всей по­те­ри тепла. Из­лу­че­ние че­ло­ве­че­ско­го тела ха­рак­те­ри­зу­ет­ся дли­ной волны от 5 до 40 мкм с мак­си­маль­ной дли­ной волны в 9 мкм.

Ис­па­ре­ние поз­во­ля­ет охла­ждать тело даже в том слу­чае, когда тем­пе­ра­ту­ра окру­жа­ю­щей среды выше, чем тем­пе­ра­ту­ра тела. При низ­кой тем­пе­ра­ту­ре воз­ду­ха кон­вен­ция и из­лу­че­ние с по­верх­но­сти тела че­ло­ве­ка со­став­ля­ют около 90% общей су­точ­ной теп­ло­от­да­чи, а ис­па­ре­ние при ды­ха­нии – 9–10%. При тем­пе­ра­ту­ре 18–20 °C теп­ло­от­да­ча за счёт кон­вен­ции и из­лу­че­ния умень­ша­ет­ся, а за счёт ис­па­ре­ния уве­ли­чи­ва­ет­ся до 25–27%.

При тем­пе­ра­ту­ре воз­ду­ха 34–35 °C ис­па­ре­ние пота ста­но­вит­ся един­ствен­ным путём, с по­мо­щью ко­то­ро­го ор­га­низм осво­бож­да­ет­ся от из­бы­точ­но­го тепла. На каж­дый литр ис­па­рив­ше­го­ся пота кожа те­ря­ет ко­ли­че­ство теп­ло­ты, рав­ное 2400 кДж, она ста­но­вит­ся хо­лод­нее, охла­жда­ет­ся и про­те­ка­ю­щая через неё кровь.

Если при тем­пе­ра­ту­ре окру­жа­ю­щей среды 37–39 °C по­те­ря воды с потом со­став­ля­ет около 300 г/ч, то при тем­пе­ра­ту­ре 42 °C и более она по­вы­ша­ет­ся до 1–2 кг/ч. Ис­па­ре­ние эф­фек­тив­но толь­ко тогда, когда воз­дух сухой и по­движ­ный. Если воз­дух влаж­ный и не­по­движ­ный, ис­па­ре­ние про­ис­хо­дит очень мед­лен­но. Вот по­че­му осо­бен­но тя­же­ло пе­ре­но­сит­ся жара во влаж­ных суб­тро­пи­ках.

Самый про­стой и наи­бо­лее эф­фек­тив­ный спо­соб охла­жде­ния ор­га­низ­ма путём ис­па­ре­ния (при не­вы­со­кой фи­зи­че­ской ак­тив­но­сти) – уси­ле­ние ды­ха­ния. Ведь лёгкие ра­бо­та­ют ещё и в ка­че­стве хо­ло­диль­ни­ка. Вы­ды­ха­е­мый воз­дух все­гда имеет сто­про­цент­ную влаж­ность, а на ис­па­ре­ние воды с гро­мад­ной по­верх­но­сти лёгких ухо­дит боль­шое ко­ли­че­ство из­бы­точ­но­го тепла. Имен­но так охла­жда­ют свой ор­га­низм мно­гие жи­вот­ные.

В таб­ли­це при­ве­де­ны дан­ные о теп­ло­от­да­че тела че­ло­ве­ка по­сред­ством раз­лич­ных спо­со­бов.

 

Спо­соб теп­ло­от­да­чиПро­цент теп­ло­от­да­чи ор­га­низ­ма за сутки, %
Из­лу­че­ние43,0
Кон­век­ция22,0
Ис­па­ре­ние через кожу17,5
Ис­па­ре­ние через лёгкие9,0
На­гре­ва­ние вды­ха­е­мо­го воз­ду­ха3,5
Про­чее5,0
Всего100,0

 

Ка­ко­му диа­па­зо­ну тем­пе­ра­тур воз­ду­ха со­от­вет­ству­ет такое рас­пре­де­ле­ние теп­ло­по­терь (в от­сут­ствии фи­зи­че­ских на­гру­зок)? Ответ по­яс­ни­те.

38.  
i

Гамма-из­лу­че­ние

Гамма-из­лу­че­ние было от­кры­то в на­ча­ле XX в. при изу­че­нии ра­дио­ак­тив­но­го из­лу­че­ния радия. Гамма-из­лу­че­ние  — ши­ро­кий диа­па­зон элек­тро­маг­нит­но­го спек­тра, по­сколь­ку он не огра­ни­чен со сто­ро­ны вы­со­ких энер­гий. Мяг­кое гамма-из­лу­че­ние с энер­ги­ей от 100 кэВ об­ра­зу­ет­ся при энер­ге­ти­че­ских пе­ре­хо­дах внут­ри атом­ных ядер. Более жёсткое, с энер­ги­ей от 10 МэВ,  — при ядер­ных ре­ак­ци­ях. Су­ще­ству­ют кос­ми­че­ские гамма-лучи, ко­то­рые почти пол­но­стью за­дер­жи­ва­ют­ся ат­мо­сфе­рой Земли, по­это­му на­блю­дать их можно толь­ко из кос­мо­са. На ри­сун­ке  — фо­то­гра­фия неба в гамма-лучах с энер­ги­ей 100 МэВ. Обзор в диа­па­зо­не жёстко­го гамма-из­лу­че­ния вы­пол­нен кос­ми­че­ской гамма-об­сер­ва­то­ри­ей «Комп­тон», ко­то­рая была за­пу­ще­на по про­грам­ме NASA «Ве­ли­кие об­сер­ва­то­рии» и с 1991 по 2000 г. вела на­блю­де­ния в диа­па­зо­не от жёстко­го рент­ге­на до жёстко­го гамма-из­лу­че­ния. На фо­то­гра­фии отчётливо видна плос­кость Га­лак­ти­ки, где из­лу­че­ние фор­ми­ру­ет­ся в ос­нов­ном остат­ка­ми сверх­но­вых. Яркие ис­точ­ни­ки вдали от плос­ко­сти Га­лак­ти­ки имеют в ос­нов­ном вне­га­лак­ти­че­ское про­ис­хож­де­ние. Гамма-кван­ты сверх­вы­со­ких энер­гий (от 100 ГэВ) рож­да­ют­ся при столк­но­ве­нии за­ря­жен­ных ча­стиц, разо­гнан­ных мощ­ны­ми элек­тро­маг­нит­ны­ми по­ля­ми кос­ми­че­ских объ­ек­тов или зем­ных уско­ри­те­лей эле­мен­тар­ных ча­стиц. В ат­мо­сфе­ре они раз­ру­ша­ют ядра ато­мов, по­рож­дая кас­ка­ды ча­стиц, ле­тя­щих с око­ло­све­то­вой ско­ро­стью. При тор­мо­же­нии эти ча­сти­цы ис­пус­ка­ют свет, ко­то­рый на­блю­да­ют с по­мо­щью спе­ци­аль­ных те­ле­ско­пов на Земле. Где и как об­ра­зу­ют­ся гамма-лучи уль­тра­вы­со­ких энер­гий (от 100 ТэВ1), пока не впол­не ясно. Зем­ным тех­но­ло­ги­ям такие энер­гии не­до­ступ­ны. Самые энер­гич­ные на­блю­да­е­мые кван­ты (1020−1021 эВ) при­хо­дят из кос­мо­са край­не редко  — при­мер­но один квант в 100 лет на квад­рат­ный ки­ло­метр. Гамма-кван­ты не­га­тив­но воз­дей­ству­ют на ор­га­низм че­ло­ве­ка и яв­ля­ют­ся му­та­ген­ным фак­то­ром. Об­ла­дая вы­со­кой про­ни­ка­ю­щей спо­соб­но­стью, они иони­зу­ют и раз­ру­ша­ют мо­ле­ку­лы, ко­то­рые, в свою оче­редь, на­чи­на­ют иони­зи­ро­вать сле­ду­ю­щую пор­цию мо­ле­кул. Про­ис­хо­дит транс­фор­ма­ция кле­ток и по­яв­ле­ние му­ти­ро­ван­ных кле­ток, ко­то­рые не спо­соб­ны ис­пол­нять свой­ствен­ные им функ­ции. Не­смот­ря на опас­ность таких лучей, их ис­поль­зу­ют в раз­лич­ных об­ла­стях, со­блю­дая не­об­хо­ди­мые меры за­щи­ты, на­при­мер для сте­ри­ли­за­ции про­дук­тов, об­ра­бот­ки ме­ди­цин­ско­го ин­стру­мен­та­рия и тех­ни­ки, кон­тро­ля над внут­рен­ним со­сто­я­ни­ем ряда из­де­лий, а также для куль­ти­ви­ро­ва­ния рас­те­ний. В по­след­нем слу­чае му­та­ции сель­ско­хо­зяй­ствен­ных куль­тур поз­во­ля­ют ис­поль­зо­вать их для вы­ра­щи­ва­ния на тер­ри­то­рии стран, из­на­чаль­но к этому не при­спо­соб­лен­ных. При­ме­ня­ют­ся гамма-лучи и при ле­че­нии раз­лич­ных он­ко­ло­ги­че­ских за­бо­ле­ва­ний. Метод по­лу­чил на­зва­ние лу­че­вой те­ра­пии.

 

1 1 ТэВ  =  1012 эВ; 1 эВ  =  1,6 · 10–19 Дж.

По­че­му гамма-из­лу­че­ние ис­поль­зу­ют для сте­ри­ли­за­ции про­дук­тов и ме­ди­цин­ских ин­стру­мен­тов?