Сұйық және қатты денелер

Оқулықтық тірек

• Кронгарт Б., Казахбаева Д., Иманбеков О., Қыстаубаев Т. «Физика. 10-сынып ЖМБ», 10-сынып, Мектеп, 2019, 146–156-б.
• Башарұлы Р., Шүйіншина Ш., Сейфоллина К. «Физика. 8-сынып», 8-сынып, Атамұра, 2018, 47–64, 218-б.
• Кронгарт Б.А., Даданбеков Е.Е., Тоқбергенова У.Қ. «Физика. 7-сынып», 7-сынып, Мектеп, 2025, 92–94-б.

Материалдарда жоқ: механикалық кернеу мен беріктік шегінің сандық мәндері, сұйықтың жұғуы/жұқпауы туралы толық түсініктеме.

Негізгі ұғымдар

• Балқу — кристалл тордың бұзылып, заттың қатты күйден сұйыққа өтуі; қатаю (кристалдану) — кері процесс. Кристалл денелерде ол тұрақты температурада жүреді; аморф денелердің (шыны) нақты балқу температурасы жоқ.
• Булану — сұйықтың бетінен бу түзілуі; қайнау — бүкіл көлемде көпіршіктер арқылы қарқынды бу түзілу.
• Қаныққан бу — өз сұйығымен динамикалық тепе-теңдіктегі бу; тұрақты температурада оның қысымы тұрақты.
• Салыстырмалы ылғалдылық $\varphi=\dfrac{p}{p_{қ}}\cdot100\%$; шық нүктесі — бу қанығатын температура.
• Деформация: серпімді (пішін қалпына келеді) және пластикалық (қалпына келмейді).

Теория

Фазалық ауысулар.

Процесс	Жылу	Формула	Су үшін
Балқу / кристалдану	жұтылады / бөлінеді	$Q=\lambda m$	$\lambda=332{,}4$ кДж/кг, $t_{б}=0$ °C
Булану / конденсация	жұтылады / бөлінеді	$Q=rm$	$r=2257$ кДж/кг, $t_{қ}=100$ °C
Қыздыру	жұтылады	$Q=cm\Delta t$	$c=4200$ Дж/(кг·°C)
Балқу мен қайнау кезінде температура өзгермейді: берілген жылу тордың бұзылуына не молекулалардың бөлінуіне жұмсалады. $t(Q)$ графигінде көлбеу бөліктер — қыздыру, горизонталь бөліктер — агрегаттық күйдің өзгеруі. Қайнау температурасында будың ішкі энергиясы сұйықтыкінен көп.

Булану. Сұйықтан тек жылдам (кинетикалық энергиясы үлкен) молекулалар ұшып шығады, сондықтан булану кезінде сұйық суиды. Булану жылдамдығы бет ауданына, температураға және желге (конвекцияға) тәуелді. Конденсацияда буланғанда жұтылған жылу қайта бөлінеді (тұман, бұлт, шық).

Қайнау және қысым. Қаныққан будың қысымы сыртқы қысымға теңескенде сұйық қайнайды. Сыртқы қысым артса, қайнау температурасы артады (автоклавта ~200 °C, қысымды кастрюльде 2 атм-да 120 °C); қысым азайса — төмендейді (6 гПа-да су 0 °C-та қайнайды). Қант өндірісінде ерітіндіні төмен қысымда қайнатады.

Беттік керілу және капиллярлық. Беттік керілу коэффициенті $\sigma=\dfrac Fl$ (Н/м). Капиллярдағы сұйық бағанының биіктігі $h=\frac{2\sigma\cos\theta}{\rho gr}$ — капилляр неғұрлым жіңішке болса, сұйық соғұрлым биік көтеріледі.

Қатты денелердің деформациясы. Түрлері: созылу, сығылу, ығысу, бұралу, иілу. Серпімді деформация үшін Гук заңы: $\sigma_{мех}=E\varepsilon$, $E$ — Юнг модулі, $\varepsilon$ — салыстырмалы ұзару. Деформация сипаты материалға және температураға тәуелді: темірді 800 °C-қа дейін қыздырса, ол пластикалық болады.

Мысалдар

1. Су шыны капиллярда 3 см-ге көтерілді ($\sigma=0{,}073$ Н/м). Капилляр радиусы? $r=\dfrac{2\cdot0{,}073}{1000\cdot9{,}8\cdot0{,}03}\approx0{,}5$ мм.
2. 0 °C-тағы 2 кг мұзды ерітуге қажет жылу. $Q=332\,400\cdot2=664\,800$ Дж.
3. 20 °C-тағы 1 кг суды толық буға айналдыру. $Q_1=4200\cdot80=336$ кДж; $Q_2=2257$ кДж; барлығы $\approx2593$ кДж.
4. Таудың басында су неге 100 °C-тан төмен температурада қайнайды? Атмосфералық қысым аз, қаныққан бу қысымы оған ертерек теңеседі.

ҰБТ-дағы жиі қателер

• Балқу кезінде температура артады деп ойлау: кристалл үшін тұрақты.
• Аморф денеге нақты балқу температурасын беру.
• Булану тек қайнау температурасында жүреді деу: булану кез келген температурада жүреді.
• Капилляр радиусы артса, $h$ артады деу: $h\sim1/r$.
• $\lambda m$ формуласын денені балқу температурасына дейін қыздырмай қолдану ($cm\Delta t$ қосу керек).

Өзіңді тексер

1. Тұрақты температурада қаныққан бу қысымы қалай өзгереді? — Өзгермейді.
2. Сыртқы қысым артса, қайнау температурасы? — Артады.
3. Салыстырмалы ылғалдылық формуласы? — $\varphi=p/p_{қ}\cdot100\%$.
4. Булану кезінде сұйық неге суиды? — Ең жылдам молекулалар кетіп, қалғандарының орташа энергиясы азаяды.
5. Шыныдың нақты балқу температурасы бар ма? — Жоқ, ол аморф дене.