Разделы 
Дополнительно
Задача по физике - 11694
2019-11-24 
Внутрь стеклянной трубки налит раствор caxaра. Нижний конец трубки затянут пленкой, проницаемой для воды, но не проницаемой для молекул сахара. Трубку погружают а сосуд с чистой водой до уровня раствора сахара и закрепляют в этом положении. Уровень жидкости в трубке при этом начинает подниматься и через достаточный промежуток времени устанавливается на некоторой высоте над уровнем воды в сосуде (рис.).
Чем объясняется это засасывание воды внутрь трубки? Откуда берется энергия для поднятия жидкости?
Решение:
Если в сосуде, разделенном пере городкой, находятся по разные стороны перегородки два различных (или одинаковых) газа, то как только мы уберем перегородку, газы перемещаются так, что концентрация газовой смеси и давление во всех точках сосуда будут одними и теми же. Причем давление в сосуде будет равно сумме парциальных давлений, то есть давлений, которые были бы в сосуде, если бы весь объем сосуда занимал только один из этих газов (закон Дальтона). Но стоит перегородку сделать проницаемой только для одного из газов, и картина получится другой. Давление по разные стороны перегородки будет различным, причем будут одинаковыми парциальные давления газа, проходящего через перегородку.
Похожее явление есть и в жидкостях. Если два раствора с различной концентрацией растворенного вещества разделены границей, через которую могут проходить как молекулы растворенного вещества, так и молекулы растворителя (например, они разделены пористой перегородкой), то через некоторое время - обычно довольно большое, концентрация раствора благодаря диффузии станет одинаковой. Это вы могли наблюдать, например, заваривая чай в чашке и не помешивая его ложечкой.
Иное дело, если жидкости разделены полупроницаемой перегородкой, через которую свободно проходит растворитель, но не проходят молекулы растворенного вещества. В этом случае растворитель будет переходить в раствор, и уровень жидкости в той части сосуда, в которой находится раствор, будет повышаться, пока не установится некоторая разность уровней между раствором и растворителем. При этом давление по разные стороны перегородки будет различным (рис.). В правой части сосуда, в которой находится раствор, давление на перегородку больше на величину давления, оказываемого молекулами растворенного вещества. Это давление носит название осмотического давления. Условие равновесия жидкостей в сосудах - это не равенство гидростатических давлений по обе стороны перегородки, а равенство, грубо говоря, давлений молекул растворителя.
Молекулы растворенного вещества ведут себя подобно молекулам газа. Они стремятся занять как можно больший объем, передвинув перегородку (им это удалось бы, если бы перегородка была подвижной) Но так как перегородка закреплена, то смещается не она, а уровень раствора.
Аналогия между поведением молекул газа и молекул растворенного вещества полная Если раствор слабый, то молекулы растворенного вещества находятся далеко друг от друга и слабо взаимодействуют друг с другом - так же как и молекулы идеального газа (они взаимодействуют друг с другом только сталкиваясь). Поэтому осмотическое давление $p$ должно быть связано с объемом раствора $V$, температурой $T$ и числом $n$ молей растворенного вещества такой же формулой, как и давление идеального газа
$pV = nRT$
($R$ - газовая постоянная).
Этот закон был открыт и доказан экспериментально Вант-Гоффом. Осмотическое давление не зависит от природы растворённого вещества и определяется лишь концентрацией раствора. Для сильных растворов (растворов большой концентрации) можно записать уравнение, подобное уравнению Ван-дер-Ваальса для реального газа. Если у нас имеются в растворе разные вещества, то, по аналогии с газами, осмотическое давление равно сумме осмотических парциальных давлений отдельных растворенных веществ. Аналогично с идеальным газом будет вести себя раствор в поле тяжести именно таким же будет распределение числа молекул по высоте. Это позволило Перрену «взвесить» атом.
Энергия на поднятие жидкости берется из тепловой энергии движения частичек растворенного вещества. Точно так же, как и настоящий газ, «газ» частичек растворенного вещества, расширяясь и совершая работу, охлаждается. При этом, конечно, охлаждается весь раствор.
Осмотическое давление играет очень важную роль в жизни человека, животных и растений Оболочки многих органов представляют собой полупроницаемую перегородку - например, стенки кровеносных сосудов и кишечника, поверхность корней растений и так далее. Именно осмотическое давление обусловливает обмен веществ.
Внутрь стеклянной трубки налит раствор caxaра. Нижний конец трубки затянут пленкой, проницаемой для воды, но не проницаемой для молекул сахара. Трубку погружают а сосуд с чистой водой до уровня раствора сахара и закрепляют в этом положении. Уровень жидкости в трубке при этом начинает подниматься и через достаточный промежуток времени устанавливается на некоторой высоте над уровнем воды в сосуде (рис.).
Чем объясняется это засасывание воды внутрь трубки? Откуда берется энергия для поднятия жидкости?
Решение:
Если в сосуде, разделенном пере городкой, находятся по разные стороны перегородки два различных (или одинаковых) газа, то как только мы уберем перегородку, газы перемещаются так, что концентрация газовой смеси и давление во всех точках сосуда будут одними и теми же. Причем давление в сосуде будет равно сумме парциальных давлений, то есть давлений, которые были бы в сосуде, если бы весь объем сосуда занимал только один из этих газов (закон Дальтона). Но стоит перегородку сделать проницаемой только для одного из газов, и картина получится другой. Давление по разные стороны перегородки будет различным, причем будут одинаковыми парциальные давления газа, проходящего через перегородку.
Похожее явление есть и в жидкостях. Если два раствора с различной концентрацией растворенного вещества разделены границей, через которую могут проходить как молекулы растворенного вещества, так и молекулы растворителя (например, они разделены пористой перегородкой), то через некоторое время - обычно довольно большое, концентрация раствора благодаря диффузии станет одинаковой. Это вы могли наблюдать, например, заваривая чай в чашке и не помешивая его ложечкой.
Иное дело, если жидкости разделены полупроницаемой перегородкой, через которую свободно проходит растворитель, но не проходят молекулы растворенного вещества. В этом случае растворитель будет переходить в раствор, и уровень жидкости в той части сосуда, в которой находится раствор, будет повышаться, пока не установится некоторая разность уровней между раствором и растворителем. При этом давление по разные стороны перегородки будет различным (рис.). В правой части сосуда, в которой находится раствор, давление на перегородку больше на величину давления, оказываемого молекулами растворенного вещества. Это давление носит название осмотического давления. Условие равновесия жидкостей в сосудах - это не равенство гидростатических давлений по обе стороны перегородки, а равенство, грубо говоря, давлений молекул растворителя.
Молекулы растворенного вещества ведут себя подобно молекулам газа. Они стремятся занять как можно больший объем, передвинув перегородку (им это удалось бы, если бы перегородка была подвижной) Но так как перегородка закреплена, то смещается не она, а уровень раствора.
Аналогия между поведением молекул газа и молекул растворенного вещества полная Если раствор слабый, то молекулы растворенного вещества находятся далеко друг от друга и слабо взаимодействуют друг с другом - так же как и молекулы идеального газа (они взаимодействуют друг с другом только сталкиваясь). Поэтому осмотическое давление $p$ должно быть связано с объемом раствора $V$, температурой $T$ и числом $n$ молей растворенного вещества такой же формулой, как и давление идеального газа
$pV = nRT$
($R$ - газовая постоянная).
Этот закон был открыт и доказан экспериментально Вант-Гоффом. Осмотическое давление не зависит от природы растворённого вещества и определяется лишь концентрацией раствора. Для сильных растворов (растворов большой концентрации) можно записать уравнение, подобное уравнению Ван-дер-Ваальса для реального газа. Если у нас имеются в растворе разные вещества, то, по аналогии с газами, осмотическое давление равно сумме осмотических парциальных давлений отдельных растворенных веществ. Аналогично с идеальным газом будет вести себя раствор в поле тяжести именно таким же будет распределение числа молекул по высоте. Это позволило Перрену «взвесить» атом.
Энергия на поднятие жидкости берется из тепловой энергии движения частичек растворенного вещества. Точно так же, как и настоящий газ, «газ» частичек растворенного вещества, расширяясь и совершая работу, охлаждается. При этом, конечно, охлаждается весь раствор.
Осмотическое давление играет очень важную роль в жизни человека, животных и растений Оболочки многих органов представляют собой полупроницаемую перегородку - например, стенки кровеносных сосудов и кишечника, поверхность корней растений и так далее. Именно осмотическое давление обусловливает обмен веществ.
