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

46403. Составление программ циклической структуры 64 KB
  Изучить основные операторы для организации циклов. Разработать алгоритм решения задачи. Составить программу решения задачи. Вычислить на ЭВМ значение интеграла на отрезке. Число разбиений отрезка интегрирования равен 100, метод интегрирования – метод трапеций.
46404. Психологічні умови попередження та врегулювання конфліктів у військовому колективі 158.5 KB
  Життєвий цикл конфлікту. Найважливіші з них: предмет конфлікту його обєкт субєкти конфліктна ситуація інцидент структура. Виникнення спірної ситуації Сприйняття ситуації як конфліктної хоч би однією із сторін ні так Наявність конфліктної ситуації Виникнення інциденту ні так Розгортання конфлікту Відсутність конфлікту Рис. Конфліктна ситуація це основна умова виникнення конфлікту на підставі порушення балансу інтересів учасників взаємодії.
46405. Психологічні особливості консультування 146 KB
  Впливати на ситуацію він може тільки через клієнта використовуючи можливості доступні клієнтові в його становищі. Ефективність психологічної допомоги виявляється в готовності клієнта витрачати час гроші душевні сили на розвязання його проблеми. Психологконсультант у консультативному процесі виступає в ролі...
46406. Педагогічні особливості культури офіцера 184 KB
  Обговорення другого питання: Педагогічні техніки військового педагога 30 хв. 30 Педагогічні техніки військового педагога 30 Психологічні особливості педагогічної майстерності 20 3. Обговорення другого питання: Педагогічні техніки військового педагога 30 хв. Педагогічну культуру вони розглядають як оволодіння військовим педагогом педагогічним досвідом людства ступінь його досконалості в педагогічній діяльності досягнутий рівень розвитку його особистості як педагога.
46408. Характеристика військового колективу 138.5 KB
  Хоча психічний склад колективу є соціально обумовленим, але він у багато чому визначається характером і умовами колективної діяльності, віковим і національним складом членів колективу. Тому при аналізі психічного складу колективів можливий і професійний, і віковий, і національний підходи...
46409. Доказательство и доказывание в гражданском процессе 118.5 KB
  Представители по гражданскому делу, или защитники по уголовному делу, делу об административном правонарушении, или медиаторы - об обстоятельствах, которые стали им известны в связи с исполнением обязанностей представителя, защитника или медиатора...
46410. Розмір речення та ідіостиль 36.21 KB
  Підготувала студентка 2го курсу ФІФ Група 2338 н Бреніч Наталія Розмір речення та ідіостиль Ця доповідь присвячена висвітленню теми Розмір речення та ідіостиль Поліни Ігорівни Климової. Обьектом статті є речення в свою чергу предметом є розмір речення та поняття іліостиль. Адмоні даючи детальну характеристику особливостям побудови речення в творах цього письменника наголошував на тому що у фразі Томаса Манна наявний процес пошуку істини це проявляється. Цією статтею робимо спробу дослідити недостатньо вивчений аспект ідіостиля...
46411. Аналіз умов та факторів виходу на зовнішній ринок українських літакобудівних підприємств 1.41 MB
  Цю стратегію переважно використовують невеликі авіакомпанії які мають невеликий парк літаків або взагалі орендують літаки. Але частка нових літаків в повітряному парку світу залишилась нижче рекордних показників зафіксованих в 1991 та 1999 роках. Прогноз оновлення парку літаків у світі Підтримка промисловості здійснюється урядами в різних формах: від істотної суттєвої частки долі у фінансуванні наукових досліджень до прямого субсидування виробництва і державного страхування експорту. На сьогоднішній день Boeing та irbus постачають на...