füüsika - aine olekud, õhuniiskus, pindpinevus, kapillaarsus

Kõik meid ümbritsevad kehad koosnevad

ainetest või segudest

ained koosnevad

molekulidest või aatomitest

Ained võivad looduses eksisteerida kolmes olekus ehk faasis

tahkes, vedelas ja gaasilises

Faasideks nimetatakse ka

ühe ja sama aine erinevaid kristallstruktuure (nt. grafiit, teemant

või tina ja „tinakatk“)

faasisiireteks nim.

Üleminekuid ühest faasist teise

plasma (neljas aine olek)

täielikult ioniseeritud gaas

aineosakesed on kõikides olekutes ühed ja

samad, muutub vaid osakeste:

• vastastikune asend (kaugus, korrapära),

• vahelise vastastikmõju tugevus ning

• liikuvus.

Molekulid mõjutavad tahkes kehas ehk tahkises üksteist

tõmbe– ja tõukejõududega

(Deformeerimata kehas on need jõud omavahel tasakaalus)

Tõmbejõud muutuvad osakeste

vahel valdavaks

kui eemaldada molekule teineteisest, tõukejõud aga siis kui osakesi

teineteisele lähendada.

Tahkes aines paiknevad molekulid

kristallvõre sõlmedes korrapäraselt, nad asuvad

üksteisega üsna lähestikku. Kuna nendevaheline vastastikmõju on tugev, siis ei saa

molekulid eriti liikuda, vaid ainult võnguvad mingi kindla tasakaaluasendi ümber.

—> kindel kuju ja ruumala

Oluliseks tahkiseid iseloomustavaks omaduseks

isotroopsus või selle puudumine –

anisotroopsus.

kannavad tänu nende omadusele olla kindla kujuga ühist

nimetust kondensaine.

Isotroopsuseks nimetatakse

füüsikalise keha või mõne muu objekti (ka ruumi) teatud

omaduste sõltumatus suunast

anisotroopse kehaga on tegemist

Kui osakesed asetsevad kristallvõre sõlmedes korrapäraselt,

siis taolise ainetüki omadused on erinevates suundades reeglina erinevad (omadus sõltub suunast)

Kristallilised kehad jagunevad

monokristallideks ja polükristallideks

monokristalliline

nt. NaCl – sellisteks kristallideks, milles esineb perioodiliselt korduv struktuur ning

—> tervikuna anisotroppne

polükristalliline

jääkristall – sellisteks, kus kristalli moodustavad

üksteise suhtes kaootiliselt kokku kasvanud kristallid ehk kristalliidid

—>ühe kristaliidi ulatuses anisotroopne aga tervikuna isotroopne

amorfseteks kehadeks nimetatakse

Selliseid tahketele kehadele sarnanevaid kehi, milles kristallstruktuur puudub ning osakesed

paiknevad korrapäratult ning nad on seetõttu isotroopsed

• nt. tardunud (väga väikese voolavusega) vedelik

Vedelikus molekulide asetuse korrapärasus

väiksem. Võime öelda, et tinglik

Molekulid asuvad üksteisest kaugemal kui tahkes kehas, mistõttu on

ka nende vahel mõjuvad

jõud nõrgemad ning molekulid saavad seetõttu rohkem liikuda.

Vedelikes võnguvad molekulid küll enamuse ajast oma tasakaaluasendi ümber, kuid see asend

ei ole püsiv ning seetõttu hüppavad molekulid aeg-ajalt korrapäratult ühest kohast teise

Taolistest „hüpetest“ ongi tingitud vedelike voolavus.

omadustest tingituna on vedelikel küll kindel

ruumala, kuid tänu voolavusele

puudub neil kindlaks määratud kuju ja vedelikud võtavad alati selle anuma kuju, millesse neid

valatakse

gaasides puudub osakeste

asetuses korrapära

Võrreldes tahkiste ja vedelikega asuvad gaasimolekulid üksteisest väga kaugel – kaugustel

mis

ületavad molekulide mõõtmeid miljonites kordades, mistõttu nende vahel vastastikmõju

peaaegu puudub

• ei ole gaasimolekulide liikumine takistatud ning nad saavad liikuda täiesti vabalt

  ja korrapäratult

ei saa me gaaside puhul rääkida

ei kindast kujust (nad võtavad samuti alati anuma

kuju) ega ka ruumalast (nad võivad vabalt paisuda, aga neid saab ka kokku suruda)

faasisiireteks nimetatakse

Üleminekuid ühest aine olekust (sh ka kristallolekust) teise

vedel←→tahke

sulamine/tahkumine

vedel←→gaasiline

aurustumine/kondenseerumine

gaasiline←→tahke

härmatumine/sublimatsioon

Üleminekul ühest faasist teise muutub aine molekulide

• liikumiskiirus ja liikuvus,

• asend teineteise suhtes,

• vastastikmõju tugevus

Faasisiirdel muutuvad molekulide

kineetilised ja potentsiaalsed energiad ehk ühest faasist

teise üleminekul muutub keha siseenergia isegi siis, kui keha temperatuur jääb samaks

Keha sulatamiseks vajalik energiakogus (kehale antav soojushulk Q)

on võrdeline keha

massiga (m) ning sõltub keha materjalist

• Soojushulka, mis on vajalik 1 kg antud aine sulatamiseks tema sulamistemperatuuril

nimetatakse aine sulamissoojuseks (λ – lamda)

Tahkumisel vabaneb sama palju soojust

kui kulub sama

koguse aine sulatamiseks (Q=-λm)

Vedeliku aurustumine ja kondenseerumine toimub

alati vedeliku pinnal

Aurumisel väljuvad vedeliku pinnalt

kiiremini liikuvad – suurema energiaga vedeliku molekulid

Tänu sellele aurustumisel vedeliku siseenergia (ja ka temperatuur) väheneb

Kondenseerumisel haaratakse

aeglasemad gaasimolekulid (mis aga on kiiremad kui vedeliku omad) vedelikku ning

tulemuseks on siseenergia suurenemine ning temperatuuri tõus

Aurumise kiirus sõltub järgmistest teguritest:

• Vedeliku temperatuurist – mida kõrgem on temperatuur, seda kiiremini vedeliku molekulid liiguvad, seda rohkem on ennast lahti rebivaid osakesi – seda kiiremini vedelik aurub.

• Vedeliku pindalast – mida suurem on pindala, seda rohkem kiiremini liikuvaid vedeliku molekule saavad ennast lahti rebida – seda kiiremini vedelik aurub.

• Gaasi liikumisest vedeliku pinna kohal – kui vedelikust aurustunud gaas jääb vedeliku pinna kohale (õhk ei liigu), siis võidakse osad, aeglasemalt liikuvad gaasimolekulid tagasi vedelikku tõmmata. Mida kiiremini gaas vedeliku kohal liigub, seda kiiremini vedelik aurustub.

• Vedeliku koostisest – osades vedelikes on molekulide vahelised jõud tugevamad (molekulid asuvad teineteisele lähemal) – sellised vedelikud aurustuvad halvemini kui vedelikud, mille osakaste vaheline vastastikmõju on nõrgem.

Keemine on selline vedeliku aurustumine,

mis toimub kindlal temperatuuril –

keemistemperatuuril – kogu vedeliku ruumala ulatuses

• mida kõrgem on rõhk,

  seda kõrgem on vedeliku keemistemperatuur

olekudiagrammiks nimetatakse

Graafikut, mis kujutab Tp-teljestikus (vabamuutujaks temperatuur, seotud muutujaks rõhk)

ühe konkreetse aine erinevaid olekuid ehk faase temperatuuri ja sellega seonduvalt ka rõhu

muutumisel

• sulamis/tahkumiskõver

• aurustumis/kondenseerumiskõver

• sublimatsiooni/härmatamiskõver

kolmikpunktiks nimetatakse

• Sulamis-, sublimatsiooni ja aurustumiskõverate lõikepunkti

• selles olekus võib aine korraga esineda kõigis kolmes olekus

Ligilähedaselt on gaasi tihedus

võrdeline rõhuga ja pöördvõrdeline absoluutse temperatuuriga

ideaalgaasi mudel on rakendatav

hõredatele gaasidele (molekulide mõõtmed on võrreldes molekulidevahelise kaugusega tühised), kus molekulid üksteist ei mõjuta (va omavahelised elastsed põrked)

Reaalsed gaasid võivad seega erineda ideaalgaasi mudelist kahel põhjusel:

1) rõhk ja 2) ruumala

Õhk koosneb väga paljudest gaasidest:

lämmastik, hapnik,

süsihappegaas, veeaur, väärisgaasid jne

Mida suurem vee mass õhus

seda suurem on absoluutne õhuniiskus e veeauru tihedus

Kindlal temperatuuril ja kindlal rõhul olevasse õhku

ei mahu lõpmatult veeauru

—> piiriks on küllastunud veeauru tihedus

Suhteline õhuniiskus

on suhe absoluutse õhuniiskuse ja

küllastatud veeauru vahel avaldatuna protsentides

kastepunktiks nimetatakse

Temperatuuri, mille juures veeaur hakkab kondenseeruma

(sarnane küllastunud veeauru tihedusele)

• Külmadele objektidele tekib vee kiht peale (õhk jahtub pudeli lähedal, vesi tuleb välja, kuna niiskus ei mahu ära)

• Pilved tekivad ka tänu kastepunktile (aerosooli tükkike + kondenseerumine)

härmatumiseks nimetatakse seda

Kui kastepunkt jääb alla 0˚C

Hügromeeter

on mõõteriist õhuniiskuse mõõtmiseks

1. Juushügromeeter

2. Elektriline hügromeeter

3. Psühromeeter

4. Jahutatud peegel

psühomeeter

1 kuiv termomeeter, 1 märg termomeeter

märg lapp võtab energiat ehk see näitab madalamat temperatuuri

õhuniiskus on temperatuuride erinevus

(mida väiksem on term. näitude erinevus, seda suurem on õhuniiskus)

elektriline hügromeeter

sensor puutes õhuga- õhuniiskus koguneb- muudab elektrijuhtivust ja sellest sõltuvalt näed õhuniiskust

jahutatud peegel

udu tekib peale —> õhuniiskus

juushürgomeeter

juuksekarv pikeneb niiskuses, kuna niiskus koondub karva

Vedeliku molekulide vahel

on molekulaarjõud

Need jõud üritavad ainet (vedelikku) koos hoida

Vedeliku sees on jõud

tasakaalustatud, kuid pinnal

tekkitatakse teatav pinge ehk pindpinevus (jõud, et pinnast läbi minna)

pindpinevust iseloomustab

pindpinevustegur

Märgamine

nähtus, kus vedelik mööda tahket pinda laiali

valgub

Kapillaarsus

vedelike omadus tungida peenikestesse vahedesse, kiudude vahele ja pooridesse

• kapillaartõus -pindpinevusest tulenev üleslükke jõud, raskusjõud tahab tasakaalustada (kõrres kõrgem vedeliku tase kui joogis)

tänu pindpinevusele võtavad tilgad

kera kuju

mulli ja veetilga erinevus seisneb selles, et

mull on seest tühi, tilk on vett täis

Kuna vedelik ei ole kokku surutav

hoiab tilk oma esialgset kuju (enamuselt)

Mull aga muudab kuju tänu

tänu gaasi kokkusurutavusele

Mullide saamis viisid:

keemismullid, lahustunud gaaside

eraldumine, õhu segamine vette, gaasi “puhumine” vette,

keemilise reaktsiooni saadused, seebimullid

Mullid lõhkevad tänu sellele, et

mulli sisemine ja välimine

külg saavad kokku

• Reeglina lähevad mullid katki ülevalt

• põhjustab nii voolavus, gravitatsioon kui ka aurumine

Vee olekudiagrammi eripäraks on see

et sulamiskõver on valele poole kaldu

(lisaks vee tihedus väheneb kui see tahkub)