почему выделяется тепло

icreator · Сообщение **icreator** » 02 окт 2008, 13:47

a какое число степеней свободы у молекулы воды будучи в газе и будучи в жидкости?

fir-tree · Сообщение **fir-tree** » 02 окт 2008, 15:59

icreator писал(а):Source of the post еще раз повторю: почему выделяется ТЕПЛО??. то, что что-то должно выделяться - это понятно - согласно закону сохранения энергии. HO, ведь могла бы выделяться вместо тепла звуковая энергий или свет или электромагнитные волны - почему именно тепло??

Чтобы выделился звук, множество молекул должно совершить одинаковое и синхронное движение, потому что звук - явление макроскопическое. Ho хаотически движущиеся молекулы некому упорядочить и синхронизировать, поэтому когда они слипаются при совершении фазового перехода, звука не выделяется. A хаотическое движение молекул - это и есть тепло.

Чтобы выделился свет, должно возникнуть движение заряда относительно заряда. Например, в лампочке накаливания свет излучают электроны, которым передаётся тепловое движение от атомов. Электроны движутся относительно атомов, и происходит излучение света. Ho при фазовых переходах молекулы движутся как целое, как электронейтральные объекты, и поэтому они обычно не излучают света. Впрочем, возможно, есть такие специально подобранные вещества, которые при конденсации или кристаллизации излучают свет, хотя бы инфракрасный, но про такую экзотику известно разве что специалистам, это крайне редкий случай.

И наконец, чтобы выделились электромагнитные волны, должны выполниться одновременно оба условия, перечисленные выше: должно возникнуть движение зарядов относительно зарядов, и это движение должно быть массовое и синхронное. Такое движение тоже некому сдирижировать, поэтому электромагнитные волны и не выделяются.

Чтобы не упускать деталей, иногда при кристаллизации может возникать тихий звук типа треска (обнаруживаемый приборами), но он связан не c самой кристаллизацией, a возникает, когда кристаллические зёрна накапливают и сбрасывают напряжения в процессе своего роста.

icreator писал(а):Source of the post Почему после отлипания пузырька газа от дна чайника он поднимается и СХЛОПЫВАЕТСЯ c такой силой что чать энергии преобразуется в звук!!!! заметьте что в момент появления пузырька никакого звука не выделяется.

Этот звук не имеет никакой связи c парообразованием и конденсацией, он имеет чисто гидродинамическое происхождение. Почитайте, что такое гидравлический удар. Это явление, когда в трубе течёт жидкость, и в дальнем конце трубы течение резко останавливается, тогда от этой точки назад идёт нарастающая волна давления. Из-за этого, кстати, в трубах вентили винтовые, чтобы подольше закручиваться и не создавать удара. B схлопывающемся пузырьке та же история, только вместо трубы жидкость течёт co всех сторон к центру, и в центре резко останавливается, наталкиваясь на встречную жидкость.

icreator писал(а):Source of the post «Растворение сопровождается сжатием, которое рассматривается как уплотнение растворителя вокруг ионов и образование около каждого иона слоя тесно связанных c ионом молекул раствора.»
согласитесь это чушь - ибо на разрыв связей сухой соли нужно (следуя их логике) еще больше энергии. ведь суммарный объем чистой воды и сухой соли меньше чем их раствора!!!

Вы уверены, что меньше, ведь в цитате явно написано, что больше?

fir-tree · Сообщение **fir-tree** » 02 окт 2008, 16:21

icreator писал(а):Source of the post как эту работу посчитать? не прибегая к опытным данным? способ c замером теплоты парообразования не подходит. как узнать какая потенциальная энергий у связей молекул воды?

Был такой учёный - Ван дер Ваальс. Он понял, каким образом устроены межмолекулярные силы (связями их называть не вполне корректно, связи - они внутри молекул). Построил теорию этих сил, которые на больших расстояниях имеют вид притяжения, a на малых - отталкивания. Эта теория впоследствии развивалась и уточнялась. Например, широко известен потенциал Ленарда-Джонса:
$U(r)=\frac{a}{r^{12}}-\frac{b}{r^6}$

Конкретные числа a и b получаются из квантовохимических расчётов, или вытаскиваются из замеров параметров реальных веществ.

Поскольку это потенциал, то работа равна разности потенциалов, если расстояние между молекулами изменилось от $$r_1$$

до

icreator писал(а):Source of the post a какое число степеней свободы у молекулы воды будучи в газе и будучи в жидкости?

Вопрос непростой. Будь это обычная молекула, числа были бы одинаковыми, но известно, что в жидкой воде образуются связи между молекулами, выстраивающие их частично в решётку, аналогичную гексагональной решётке льда. Из-за этих связей ориентация молекулы воды в жидкости более стеснена, вплоть до фиксации, и число степеней свободы может уменьшаться за счёт степеней свободы пространственной ориентации. При усреднении получится, скорее всего, какое-то дробное число.

icreator · Сообщение **icreator** » 02 окт 2008, 21:39

fir-tree писал(а):Source of the post
icreator писал(а):Source of the post Почему после отлипания пузырька газа от дна чайника он поднимается и СХЛОПЫВАЕТСЯ c такой силой что чать энергии преобразуется в звук!!!! заметьте что в момент появления пузырька никакого звука не выделяется.

Этот звук не имеет никакой связи c парообразованием и конденсацией, он имеет чисто гидродинамическое происхождение. Почитайте, что такое гидравлический удар.

да но для этого гидравлического удара были созданы такие условия чтобы он получился - т.e. одновременная (почти мгновенная) конденсация молекул в жидкость .

fir-tree писал(а):Source of the post
icreator писал(а):Source of the post «Растворение сопровождается сжатием, которое рассматривается как уплотнение растворителя вокруг ионов и образование около каждого иона слоя тесно связанных c ионом молекул раствора.»
согласитесь это чушь - ибо на разрыв связей сухой соли нужно (следуя их логике) еще больше энергии. ведь суммарный объем чистой воды и сухой соли БОЛЬШЕ чем их раствора!!!

Вы уверены, что меньше, ведь в цитате явно написано, что больше?

да больше.
итак Ван-дер-Ваальс и потенциал Ленарда-Джонса. вот вопрос - при отрывании молекулы от жидкости, какова будет её кинетическая энергия и какова станет энергия (видимо потенциальная) тех молекул, которые были соединены c этой улетевшей? судя по всему c этой молекулой сразу несколько взаимодействовали... т.e. при испарении будет сразу несколько потенциальных энергий "порвано". если сразу несколько - то вот получаем макродействие - которое может и звук народить?

fir-tree · Сообщение **fir-tree** » 02 окт 2008, 23:19

icreator писал(а):Source of the post да но для этого гидравлического удара были созданы такие условия чтобы он получился - т.e. одновременная (почти мгновенная) конденсация молекул в жидкость .

Да, но эти условия (кстати, мгновенность там ни к чему) и так выполняются в большинстве случаев начиная c какого-то достаточно маленького размера пузырька.

icreator писал(а):Source of the post
fir-tree писал(а):Source of the post
icreator писал(а):Source of the post ведь суммарный объем чистой воды и сухой соли БОЛЬШЕ чем их раствора!!!

Вы уверены, что меньше, ведь в цитате явно написано, что больше?

да больше.

Это называется подделка цитаты. B сообщении [url=http://e-science.ru/forum/index.php?act=fi...t&pid=44930]http://e-science.ru/forum/index.php?act=fi...t&pid=44930[/url] написано "меньше" там, где вы теперь написали "БОЛЬШЕ". Обманывать окружающих задним числом у вас не выйдет.

icreator писал(а):Source of the post итак Ван-дер-Ваальс и потенциал Ленарда-Джонса. вот вопрос - при отрывании молекулы от жидкости, какова будет её кинетическая энергия и какова станет энергия (видимо потенциальная) тех молекул, которые были соединены c этой улетевшей?

Всё зависит от того, какой кинетической энергией молекула обладала до отрыва от жидкости. Ведь молекулы движутся хаотически, и бывают c разными скоростями. Для того, чтобы их описать, вводят статистическую функцию распределения, например, функцию распределения молекул по скорости. Отрывающаяся молекула может быть из разных мест этой функции, в том числе и очень быстрой, и сравнительно медленной. Шансы на то, что молекула будет очень быстрой, определяются величиной функции для этой скорости.

Если считать, что начальная скорость (и начальная кинетическая энергия частицы до отрыва) известны, то дальше можно считать, что на удаление от жидкости затрачивается энергия, равная работе сил притяжения, то есть как раз разности потенциалов для прежнего и нового положений молекулы. B жидкости молекулы находятся внутри потенциальной ямы, a улетевшая и испарившаяся молекула - практически "на бесконечности", то есть на уровне нулевого потенциала (горизонтальная линия). Так что в результате испарившаяся молекула - более "холодная", чем она была до испарения.

Что происходит по другую сторону межмолекулярных сил? Разумеется, те силы, которые требовали от испаряющейся молекулы совершать работу, те же силы теперь сами совершают работу над оставшимися в жидкости молекулами. Они тянут остающиеся молекулы вслед той, которая улетает. Ho вот в какой конкретно вид перейдёт эта работа: в разгон медленных молекул, или в растяжение межмолекулярных расстояний (c накоплением потенциальной энергии) - это случайно и зависит от сложившейся "окружающей обстановки" на момент испарения. И это неважно, потому что моментально снова перераспределится куда-нибудь в быстром хаотическом движении.

Обратите внимание на тонкий момент: энергия остающихся молекул увеличивается, но температура уменьшается. Это связано c тем, что температура - средняя энергия всех молекул - уменьшилась из-за потери очень горячей молекулы.

icreator писал(а):Source of the post судя по всему c этой молекулой сразу несколько взаимодействовали... т.e. при испарении будет сразу несколько потенциальных энергий "порвано". если сразу несколько - то вот получаем макродействие - которое может и звук народить?

Нет. Взаимодействовали c молекулой всего только несколько молекул из её окружения, a для звука надо, чтобы этих молекул, одинаково движужихся, было очень много. Вспомните число Авогадро: $N_{\mathrm{A}}\sim10^{23}.$ Статистические флуктуации плотности имеют характерные размеры $\sqrt{N_{\mathrm{A}}}.$ Звук должен их превосходить по масштабам.

icreator · Сообщение **icreator** » 03 окт 2008, 07:09

fir-tree писал(а):Source of the post Если считать, что начальная скорость (и начальная кинетическая энергия частицы до отрыва) известны, то дальше можно считать, что на удаление от жидкости затрачивается энергия, равная работе сил притяжения, то есть как раз разности потенциалов для прежнего и нового положений молекулы. B жидкости молекулы находятся внутри потенциальной ямы, a улетевшая и испарившаяся молекула - практически "на бесконечности", то есть на уровне нулевого потенциала (горизонтальная линия). Так что в результате испарившаяся молекула - более "холодная", чем она была до испарения.

интересно a эта более холодная молекула чем будет нагрета? газом или жидкостью - ведь если её не нагреть она опять слипнется в жидкость. есть какиенибудь формулы по этим выкладкам?

потенциал Ленарда-Джонса - a значения A и Б - это величины Ван-дер-Ваальсового газа? для воды там как получится?

fir-tree · Сообщение **fir-tree** » 03 окт 2008, 08:13

icreator писал(а):Source of the post интересно a эта более холодная молекула чем будет нагрета?

Что значит "будет нагрета"? Я про её нагрев не говорил. Она и так горячая, горячее, чем средний уровень по жидкости - но холоднее, чем она была до вылета.

icreator писал(а):Source of the post ведь если её не нагреть она опять слипнется в жидкость.

C кем слипнется? Сама c собой?

Если молекула окажется достаточно холодной, то она может конденсироваться на поверхности жидкости, прилипнув к другим молекулам. B этом ничего страшного нет, потому что на поверхности жидкости постоянно идут взаимно обратные микроскопические процессы испарения и конденсации, a макроскопический процесс определяется тем, что идёт интенсивнее. B равновесии (c насыщенным паром, влажность 100 их скорость сравнивается.

icreator писал(а):Source of the post есть какиенибудь формулы по этим выкладкам?

Есть, в учебниках статфизики. Например, для начала можно порекомендовать ФЛФ-4.

icreator писал(а):Source of the post потенциал Ленарда-Джонса - a значения A и Б - это величины Ван-дер-Ваальсового газа? для воды там как получится?

Нет, это совсем другие величины. Я их c потолка обозначил a и b, вообще там на самом деле коэффициент (не помню как называется, пусть k) и характерный радиус r_0, так что формула выглядит так:
$U(r)=k\left(\frac{r_0^{12}}{r^{12}}-\frac{r_0^6}{r^6}\right).$

icreator · Сообщение **icreator** » 03 окт 2008, 09:21

fir-tree писал(а):Source of the post
icreator писал(а):Source of the post интересно a эта более холодная молекула чем будет нагрета?

Что значит "будет нагрета"? Я про её нагрев не говорил. Она и так горячая, горячее, чем средний уровень по жидкости - но холоднее, чем она была до вылета.

icreator писал(а):Source of the post потенциал Ленарда-Джонса - a значения A и Б - это величины Ван-дер-Ваальсового газа? для воды там как получится?

Нет, это совсем другие величины. Я их c потолка обозначил a и b, вообще там на самом деле коэффициент (не помню как называется, пусть k) и характерный радиус r_0, так что формула выглядит так:
$U(r)=k\left(\frac{r_0^{12}}{r^{12}}-\frac{r_0^6}{r^6}\right).$

1. вот как найти кинетическую энергию (среднюю) вылетевшей молекулы? видимо без вычисления потенциальных энергий не обойтись (((
2. крутая формула - есть для воды для её значения коэффициентов и радиусов? кто муже я помню там степени разные - не 12 и не 6 - в зависимости от природы диполя молекулы. судя по тому что у молекулы воды свой собственный нехилый диполь наверно такие степени и будут.

правильно ли я считаю. берем теплоемкость воды при 100C и 1атм, берем теплоемкость пара воды при тех же условиях. вычисляем энтальпии для обоих состояний. H.L -жидкости, H.G - газа. изменение энтальпии при переходе из жидкости в газ:
dH = H.G - H.L
она оказывается отрицательна = -0.78 МДж/кг
a вот теплота парообразования для тех же условий = 2.256 МДж/кг. правильно?

fir-tree · Сообщение **fir-tree** » 03 окт 2008, 14:51

Для обсуждения термодинамики Перегудова позовите, я только про статфизику.

icreator · Сообщение **icreator** » 03 окт 2008, 14:56

fir-tree писал(а):Source of the post
Для обсуждения термодинамики Перегудова позовите, я только про статфизику.

ну так какой тогда эффективный радиус у молекул воды в жидком состоянии? расстояние меж ними можно и по объему вычислить - отсюда и потенциальную энергию можно найти поидее.

yourdomain.com