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

14 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

39127. ПРОБЛЕМЫ НАУЧНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ ПСИХИЧЕСКИХ ЯВЛЕНИЙ 126 KB
  ПРОБЛЕМЫ НАУЧНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ ПСИХИЧЕСКИХ ЯВЛЕНИЙ План 1. Научное познание психических явлений и его результаты Если обыденное познание психических явлений исходно опирается на непосредственночувственные данные и эмоциональные переживания возникающие в повседневном опыте субъекта то научное познание психики предполагает соблюдение ряда строгих процедур и требований которых придерживаются в любой сфере научной деятельности. Поиск объективных методов исследования и обоснование способов анализа и объяснения психических явлений это...
39128. ТЕОРИИ ЭВОЛЮЦИИ ЖИВЫХ ОРГАНИЗМОВ. ЭВОЛЮЦИЯ И ПСИХИКА 89 KB
  ТЕОРИИ ЭВОЛЮЦИИ ЖИВЫХ ОРГАНИЗМОВ. Теории эволюционирования живых организмов Общебиологические теории Ж. Обе направлены на объяснение многообразия различий в формах живых организмов а также способов их приспособления к среде обитания путем формулирования и указания предполагаемых причин и законов. Движущая сила развития органического мира врожденное стремление живых организмов к прогрессивному развитию различных функций.
39129. Методические рекомендации по подготовке и защите магистерских диссертаций по магистерским программам «Инновационный менеджмент» «Проектный менеджмент» 316.5 KB
  Методические рекомендации по подготовке и защите магистерских диссертаций по магистерским программам Инновационный менеджмент Проектный менеджмент Москва 2012 [1] 1 Общие положения [2] 2 Подготовка к написанию магистерской диссертации [3] 3 Требования предъявляемые к оформлению и содержанию магистерской диссертации [3.1 Общие требования к оформлению магистерской диссертации [3.2 Особенности оформления отдельных структурных частей магистерской диссертации [3.5 Основная часть диссертации [3.
39130. АНАЛІЗ ІСНУЮЧИХ СПОСОБІВ ПРЕДСТАВЛЕННЯ СХЕМ МІКРОПРОГРАМ ТА ІСНУЮЧИХ МЕТОДІВ ДЕКОМПОЗИЦІЇ ЦИХ СХЕМ 469.5 KB
  Використання програмованих інтегральних логічних схем дає велику гнучкість при реалізації алгоритму мікропрограми проте у зв'язку з ускладненням мікропрограм використовуваних раніше ресурсів стає недостатньо і розробники вимушені збільшувати необхідну кількість пристроїв. Декомпозиція алгоритму мікропрограми дозволяє розділити початковий автомат на підавтомати кожен з яких можна реалізувати на заданому наборі програмованих логічних інтегральних схем що зменшує витрати при реалізації алгоритму.1 Аналіз існуючих способів представлення схем...
39131. Методы воздействия на ПЗС. Процессы в призабойной зоне пласта 67 KB
  Извлечение нефти из пласта и любое воздействие на него осуществляются через скважины. Призабойная зона скважины (ПЗС) - область, в которой все процессы протекают наиболее интенсивно. Здесь как в единый узел сходятся линии токов при извлечении жидкости или расходятся - при закачке. Здесь скорости движения жидкости, градиенты давления, потери энергии, фильтрационные сопротивления максимальны.
39132. ПЕРВИЧНОЕ ВСКРЫТИЕ ПРОДУКТИВНЫХ ПЛАСТОВ 259 KB
  Физикомеханическое воздействие на продуктивный горизонт при его вскрытии оказывают следующие факторы: разгрузка горного массива в результате разбуривания пласта; изменяющееся противодавление столба бурового раствора впоследст вии изменяющееся активное давление столба цементного раствора ; фильтрация фильтрата бурового и цементного при цементирова нии раствора; изменяющийся температурный режим в скважине; гидродинамическое и механическое воздействие на породы в разбуриваемом пласте движущимся инструментом; гидродинамические эффекты...
39133. Формирование призабойной зоны скважины при репрессии на забое 170 KB
  Формирование ПЗС при репрессии на забое предполагает неизбежное проникновение в ПЗП, негативные последствия которого предупреждаются за счёт использования «незагрязняющих промывочных флюидов» или преодоления загрязнённых участков ПЗП при вторичном вскрытии (перфорации) или очистку этих участков при вызове притока.
39134. Гравийная набивка 265.5 KB
  Фракционный состав гравия выбирают в зависимости от степени неоднородности и базового размера зерен песка а также скорости щ протекания пластовой жидкости через щели корпуса гравийного фильтра при наибольшем ожидаемом дебите скважины. Расчетный оптимальный размер зерен гравия находят из соотношения dopt =6 dб Если гранулометрический состав песка по толщине продуктивного объекта существенно изменяется то оптимальный размер зерен гравия рассчитывают по наименьшему значению dб. Это условие будет выполнено при следующих значениях d60 и...
39135. Ограничения проникновения цементного раствора и его фильтрата в продуктивный пласт 784 KB
  Используются гравийные набивки создаваемые путем предварительного расширения ствола скважины против продуктивного пласта спуска в скважину перфорированного хвостовикафильтра и заполнения кольцевого пространства отсортированным гравием. Одним из главных факторов определяющих эти характеристики является диаметр ствола поэтому часто применяют устройства расширяющие ствол скважины до необходимых размеров. Гравийножидкостная смесь закачивается с устья скважины по межтрубному пространству между эксплуатационной колонной и колонной рабочих...