79391

Объяснение агрегатных состояний вещества на основе атомно-молекулярных представлений

Конспект урока

Педагогика и дидактика

Ещё в четвёртом веке до н.э. было известно, что свойства вещества определяются свойствами его атомов молекул. Прошло двадцать четыре века но информация о структуре вещества полученная за это время не сказалась на основных положениях физики определяющих агрегатное состояние вещества.

Русский

2015-02-11

114.02 KB

13 чел.

Урок №2/44

Тема №22: «Объяснение агрегатных состояний вещества на основе атомно-молекулярных представлений.»

1 Агрегатное состояние вещества и силы межмолекулярного взаимодействия 

Ещё в четвёртом веке до н.э. было известно, что свойства вещества определяются свойствами его атомов (молекул). Прошло двадцать четыре века, но информация о структуре вещества, полученная за это время, не сказалась на основных положениях физики, определяющих агрегатное состояние вещества.

В молекулярной физике известно, что главной причиной, определяющей существование вещества в каком либо агрегатном состоянии, является величина сил взаимного отталкивания и притяжения. Однако эти знания не были востребованы для формулирования физического определения агрегатных состояний вещества.

“В ХХ веке, по мере развития представлений о строении атома и квантовой механики, было выяснено, что между молекулами вещества одновременно действуют силы притяжения и силы отталкивания. На рис. 1,а приведена качественная зависимость сил межмолекулярного взаимодействия от расстояния r между молекулами, где Fc и Fпр соответственно силы отталкивания и притяжения, F - их результирующая. Силы отталкивания считаются положительными, а силы взаимного притяжения - отрицательными.

На расстоянии r =r0 результирующая сила F = 0, т.е. силы притяжения и отталкивания уравновешивают друг друга. Таким образом, расстояние  r0  соответствует равновесному расстоянию между молекулами, на котором бы они находились в отсутствии теплового движения. При rr0 преобладают силы отталкивания (F), при r0 - силы притяжения(F<0).

На расстояниях r>10-9 м межмолекулярные силы практически отсутствуют (F).

Зависимость силы взаимодействия молекул F от расстояния между ними r является очень важным физическим фактором. Эта зависимость позволяет предсказать переход вещества из одного агрегатного состояния в другое. Эта зависимость также позволяет предсказать поведение вещества при внешней нагрузке. При изменении расстояния между молекулами возникает сила F, с которой вещество сопротивляется внешней нагрузке.

Рис. 1

Рис. 2

2 Газы

Характер теплового движения молекул и атомов зависит от агрегатного состояния вещества и определяется силами молекулярного взаимодействия. Качественное объяснение основных свойств вещества, находящегося в определённом агрегатном состоянии, даёт молекулярно-кинетическая энергия.

Частицы газа не связаны молекулярными силами притяжения и движутся свободно, равномерно заполняя весь предоставленный им объём. В газах при нормальных условиях молекулы находятся на расстояниях, во много раз превышающих размеры самих молекул. Молекулы газа движутся со скоростями порядка нескольких сотен метров в секунду. Их взаимодействие друг с другом происходит только при соударении. Давление внутри газа и на стенки сосуда, в котором он заключён, создаётся столкновениями молекул друг с другом и со стенками сосуда. При этих столкновениях передаётся импульс, который обусловливает давление газа. Вследствие того, что силы молекулярного взаимодействия практически отсутствуют, газы могут легко сжиматься и неограниченно расширяться.

3 Жидкости

Это агрегатное состояние вещества, в котором наблюдается упорядоченное относительное расположение соседних частиц. Молекулы жидкости совершают колебательное движение около определённых положений равновесия. Эти колебания возможны потому, что между молекулами жидкости существует своеобразное «свободное» пространство.

Советский физик-теоретик Я.И.Френкель разработал теорию, согласно которой время «осёдлой жизни» частицы, т.е. время колебания около положения равновесия очень мало, порядка 10-10 – 10-12 с, после чего частица переходит в новое положение равновесия и, таким образом, перемещается внутри жидкости. С повышением температуры время «осёдлой жизни» молекул жидкости уменьшается. Основное свойство жидкости – текучесть. Под действием внешней силы в жидкости появляется направленность скачков частиц из одного «осёдлого положения» в другое вдоль направления действия силы. Вот почему жидкость течёт и принимает форму сосуда, в котором она находится.

4 Твёрдые тела

Они отличаются от двух предыдущих агрегатных состояний постоянством формы и объёма. В твёрдых телах атомы и молекулы жёстко связаны друг с другом, образуя пространственные кристаллические решётки, упорядоченное, периодически повторяющееся в пространстве расположение частиц. Силы взаимодействия настолько велики, что частицы твёрдого тела  не могут удалиться от своих «соседей» на сколько-нибудь значительное расстояние. Тепловое движение частиц в твёрдых телах представляет собой хаотическое колебание относительно их положений равновесия. В кристаллах положениями равновесия являются узлы кристаллической решётки, т.е. точки, соответствующие наиболее устойчивому положению частиц твёрдого тела.

Расположение частиц в кристаллических решётках обусловливает форму и свойства кристаллов. Наряду с твёрдыми телами в природе встречаются и аморфные тела, у которых отсутствует кристаллическая решётка. Примеры: пластилин, стекло, смола и др. Аморфное состояние – это неустойчивое состояние, которое с течением времени переходит в кристаллическое.

4 Плазма

Плазма – газ, в котором имеется большое количество положительно и отрицательно заряженных ионов и свободных электронов. Она может быть получена при нагревании вещества до очень высоких температур (порядка 105 К). При таких условиях вещество находится в газообразном состоянии, причём вследствие тепловых столкновений почти все атомы превращаются в ионы. Подобные условия существуют на Солнце и других звёздах, где температура достигает порядка 109 К и более.

Четвёртое состояние вещества было открыто У. Круксом в 1879 году и названо «плазмой» И. Ленгмюром в 1928 году.

При температурах более 1 000 000 °С плазма абсолютно ионизована — она состоит только из электронов и положительных ионов. Плазма — наиболее распространённое состояние вещества в природе, на неё приходится около 99 % массы Вселенной. Солнце, большинство звёзд, туманности — это полностью ионизованная плазма. Внешняя часть земной атмосферы (ионосфера) тоже плазма.

Ещё выше располагаются радиационные пояса, содержащие плазму. Полярные сияния, молнии, в том числе шаровые, — всё это различные виды плазмы, наблюдать которые можно в естественных условиях на Земле. И лишь ничтожную часть Вселенной составляет вещество в твёрдом состоянии — планеты, астероиды и пылевые туманности.

Плазма обычно разделяется на идеальную и неидеальную, низкотемпературную и высокотемпературную, равновесную и неравновесную.

.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

14581. Интерфейсы периферийных устройств IDE, SCSI, SATA 253.13 KB
  Лабораторная работа №8 Интерфейсы периферийных устройств IDE SCSI SATA Цель лабораторной работы: – Изучение интерфейсов периферийных устройств; Методические указания: Периферийные шины используются в основном для внешних запоминающих устройств. Интерфей...
14582. Параллельные и последовательные порты и их особенности работы 59.13 KB
  Лабораторная работа №9 Параллельные и последовательные порты и их особенности работы Цель лабораторной работы: – Изучение особенностей работы параллельных и последовательных портов Порт персонального компьютера предназначен для обмена информацией межд
14583. Исследование преобразователя напряжения 383.65 KB
  ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА к лабораторной работе Исследование преобразователя напряжения Цель работы: ознакомиться с принципом действия методами испытаний преобразователя и получить инженерные навыки анализа технических параметров преобразователей. Рисунок 1
14584. Исследование импульсного стабилизатора напряжения 170.16 KB
  ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА к лабораторной работе Исследование импульсного стабилизатора напряжения Цель работы: ознакомиться с принципом действия методами испытаний импульсного стабилизатора и получить инженерные навыки анализа технических параметров импульсных ст...
14585. Распределение термоэлектронов по скоростям. Контактная разность потен-циалов 417 KB
  ОТЧЕТ ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ № 1 Распределение термоэлектронов по скоростям. Контактная разность потенциалов по дисциплине Физика твердого тела Содержание Цель работы Используемые приборы Схема измерений Результаты экспериментальных иссл
14586. Исследование параметров естественного освещения производственных помещениях 17.36 KB
  Лабораторная работа № 3 Тема: Исследование параметров естественного освещения производственных помещениях. Цель: 1. Изучить существующие санитарногигиенические нормы и требования к естественному освещению производственных помещений. 2. Освоить методику измерения ...
14587. Архиватор 7-Zip 71 KB
  Лабораторная работа. Архиватор 7Zip Цель: Приобрести навыки в использовании программыархиватора 7Zip. 1. Использование программыархиватора 7Zip Способы запуска программы: 7Zip File Manager можно запустить тремя способами: в режиме графической оболочки со стан
14588. Теплоемкость. Определение теплоемкости модуляционным методом 188 KB
  ОТЧЕТ ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ № 3 Определение теплоемкости модуляционным методом по дисциплине Физика твердого тела Содержание Цель работы Изучение модуляционного метода измерения теплоемкости и определение теплоемкости вольфрама при высоких
14589. Определение плотности твердых тел правильной формы 106.5 KB
  ОТЧЕТ по лабораторной работе №1 €œОпределение плотности твердых тел правильной формы€ Расчётная формула где ρ – плотность материала; m – масса цилиндра; h – высота цилиндра. Средства измерения и их характеристики: ...