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

15 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

73743. Западная философия ХХ века: диалог о человеке и человечестве 136 KB
  Если классическая философия Запада характеризовалась общностью понимания целей и задач философии, то в современной философии, на первый план выходят различия, зачастую анализ отдельных философских проблем оформляется в самостоятельные направления.
73744. ПРЕСТУПЛЕНИЯ ПРОТИВ ЖИЗНИ И ЗДОРОВЬЯ ЧЕЛОВЕКА 201 KB
  Убийство при отягчающих обстоятельствах относящихся к объективным признакам преступления пункты 16 ч. Убийство при отягчающих обстоятельствах относящихся к субъективным признакам преступления пункты 714 16 ч. Убийство матерью новорожденного ребенка. Убийство совершенное в состоянии аффекта.
73746. Теоретичні засади анімації в туризмі 74.5 KB
  Анімаційна діяльність у сфері туризму є невід’ємною частиною культурно-дозвіллєвої діяльності соціуму взагалі і окремої людини зокрема. Для розуміння анімаційних процесів необхідно чітко визначитись з більш ґрунтовними поняттями, з поняттям „дозвілля”.
73749. История становления социального партнерства в мире 36.5 KB
  Регулирование социально-трудовых отношений в этот период носит одно сторонник характер. С легитимацией профсоюзов наемные работники получили своего официального представителя в процессе регулирования социально-трудовых отношений.
73750. Організація нормативно-правового забезпечення бухгалтерського обліку 147.5 KB
  Нормативноправову основу організації бухгалтерського обліку; порядок формування і документального оформлення облікової політики підприємства. Після вивчення теми 2 студент повинен вміти: пояснити рівні нормативноправового регулювання бухгалтерського обліку; розробити положення про облікову політику; охарактеризувати організаційні методичні та технічні складові облікової політики. Ключові слова Структура нормативноправового регулювання бухгалтерського обліку облікова політика...
73751. Зародження та розвиток анімаційних форм дозвілля 160.5 KB
  На відміну від сучасної людини, якій не важко відокремити свій вільний час від робочого, первісні люди сприймали життя як єдиний безперервний процес виживання свого роду і племені у ворожому і багато в чому незрозумілому світі.