Тема 1.2.4. Объяснение агрегатных состояний вещества и фазовых переходов между ними на основе атомно-молекулярных представлений.

План

1. Общие сведения об агрегатных состояний вещества.

· Основные виды агрегатных состояний вещества:

а) агрегатное состояние вещества в газах;

б) агрегатное состояние вещества в жидкостях;

в) агрегатное состояние вещества в твердых телах.

3. Понятие: полиморфизм и плазма.

Все вещества могут существовать в трех агрегатных состояниях - твердом, жидком газообразном. Четвертым агрегатным состоянием вещества часто считают плазму. Переходы между ними сопровождаются скачкообразным изменением ряда физических свойств (плотности, теплопроводности и др.).

Агрегатное состояние зависит от физических условий, в которых находится вещество. Существование у вещества нескольких агрегатных состояний обусловлено различиями в тепловом движении его молекул (атомов) и в их взаимодействии при разных условиях.

Газ - агрегатное состояние вещества, в котором частицы не связаны или весьма слабо связаны силами взаимодействия; кинетическая энергия теплового движения его частиц (молекул, атомов) значительно превосходит потенциальную энергию взаимодействий между ними, поэтому частицы движутся почти свободно, целиком заполняя сосуд, в котором находятся, и принимают его форму. Любое вещество можно перевести в газообразное, изменяя давление и температуру.

Жидкость - агрегатное состояние вещества, промежуточное между твердым и газообразным. Для нее характерна большая подвижность частиц и малое свободное пространство между ними. Это приводит к тому, что жидкости сохраняют свой объем и принимают форму сосуда. В то же время жидкость обладает рядом только ей присущих свойств, одно из которых - текучесть.

В жидкости молекулы размещаются очень близко друг к другу. Поэтому плотность жидкости гораздо больше плотности газов (при нормальном давлении). Свойства жидкости по всем направлениям одинаковы (изотропны) за исключением жидких кристаллов.

При нагревании или уменьшении плотности свойства жидкости, теплопроводность, вязкость меняются, как правило, в сторону сближения со свойствами газов.

Тепловое движение молекул жидкости состоит из сочетания коллективных колебательных движений и происходящих время от времени скачков молекул из одних положений равновесия в другие. При наличии внешней силы, сохраняющей свое направление более длительное время, чем интервалы между скачками, молекулы перемещаются в направлении этой силы, что и приводит к текучести жидкости.

Твердые тела - агрегатное состояние вещества, характеризующееся стабильностью формы и характером теплового движения атомов. Это движение вызывает колебания атомов (или ионов), из которых состоит твердое тело. Амплитуда колебаний обычно мала по сравнению с межатомными расстояниями.

Структура твердых тел многообразна, но, тем не менее, их можно разделять на кристаллы и аморфные тела.

В кристаллах атомы (или ионы) расположены в пространстве в узлах кристаллической решетки и колеблются около них. Строгая периодичность в расположении атомов приводит к сохранению порядка на больших расстояниях.

В аморфных телах атомы колеблются около хаотически расположенных точек. Свойства аморфных тел: они изотропны, не имеют постоянной температуры плавления, обладают текучестью.

По типам химической связи твердые тела делят на три класса, каждый из которых характеризуется определенным пространственным распределением электронов: 1) ионные кристаллы (NaCl, KCl); 2) ковалентные (алмаз, Ge, Si); 3) металлические.

Кристаллическая структура твердых тел зависит от сил, действующих между атомами и частицами. Одни и те же атомы могут образовывать различные структуры - серое и белое олово, графит и алмаз.

Полиморфизм - способность некоторых веществ существовать в состояниях с различной атомно-кристаллической структурой (сера, кремнезем имеют более чем две полиморфные модификации).

Одиночные кристаллы называют монокристаллами. У монокристаллов некоторые свойства анизотропные, т. е. зависят от направления (механические, оптические и электрические). Естественная анизотропия - характерная особенность кристаллов; например, пластинка слюды легко расщепляется на тонкие листочки вдоль определенной плоскости (параллельно этой плоскости силы сцепления между частицами слюды наименьшие).

Твердое тело, состоящее из большого числа маленьких кристаллов, называют поликристаллическим. Поликристаллические материалы изотропны.

Плазма - частично или полностью ионизированный газ, в котором плотности отрицательных и положительных зарядов одинаковы. При сильном нагревании любое вещество испаряется, превращается в газ. Если увеличивать температуру и давление, резко усиливается процесс термической ионизации. Молекулы газа начнут распадаться на составляющие их атомы, которые затем превращаются в ионы. В состоянии плазмы находится подавляющая часть вещества Вселенной: звезды, галактические туманности и межзвездная среда. Около Земли плазма существует в виде солнечного ветра и ионосферы. На поверхности Земли в естественных условиях плазма - редкий гость, появляющийся лишь при вспышках молний. В лабораторных условиях плазма впервые появилась в виде газового разряда. Она заполняет лампы дневного света, стеклянные трубки неоновой рекламы и т. д. За последние годы применение плазмы существенно расширилось. Высокотемпературная плазма (Т ~ 106-108К) из смеси дейтерия с тритием используется для осуществления управляемого термоядерного синтеза; низкотемпературная плазма (Т =< 105 К) - в различных газоразрядных приборах: газовых лазерах, ионных приборах, МГД-генера-торах и так далее.

Контрольные вопросы:

1.Какие вы знаете агрегатные состояния вещества?

2.Перечислите все возможные процессы, при которых вещество переходит из одного агрегатного состояния в другое.

3.Приведите примеры возгонки и десублимации.

4.Какие практические применения агрегатных превращений вы знаете?

Агрегатные состояния вещества.

В каких агрегатных состояниях может находиться одно и то же вещество?

а) только в твёрдом;

б) только в жидком;

в) только в газообразном;

г) только в жидком и газообразном;

д) в жидком, твёрдом и газообразном.

 

2. В процессе плавления энергия топлива расходуется на …

а) увеличение температуры;

б) разрушение кристаллической решётки вещества;

в) выделение количества теплоты нагреваемым телом;

г) увеличение кинетической энергии тела.

 

3. В алюминиевом стакане можно расплавить…

а) цинк; г) медь;

б) олово; д) золото;

в) чугун; е) железо.

 

Какое количество теплоты необходимо затратить, чтобы расплавить кусок льда массой 2 кг, взятый при температуре плавления?

а) 1, 7 10⁵ Дж. г) 3, 4 10⁵ Дж.

б) 6, 8 10⁵ Дж. д) 6, 8 Дж.

в) 4, 2 Дж.

 

Алюминиевое, медное и оловянное тела одинаковой массы нагреты так, что каждое находиться при температуре плавления. Какому телу потребуется большее количество теплоты для плавления?

а) алюминиевому; в) медному;

б) оловянному; г) всем телам достаточно сообщить одинаковое…

 

6. Удельная теплота плавления вещества обозначается буквой…

а) N в) λ

б) v г)α

 

7. В ведре с водой плавает кусок льда. Общая температура воды и льда 0 С. При этом…

а) лёд будет таять;

б) вода будет замерзать;

в) никаких изменений не произойдёт;

г) имеющих более низкую температуру;

д) лёд частично будет таять, а вода частично замерзать.

 

8. Испарением называют явление…

а) переход молекул в пар из любой части жидкости;

б) переход молекул в пар с поверхности жидкости;

в) переход молекул из пара в жидкость;

г) переход молекул в пар с поверхности твёрдого тела.

 

9. Какое из утверждений верно:

а) в процессе кипения температура не меняется;

б) в процессе кипения температура увеличивается;

в) в процессе кипения температура жидкости сначала повышается, а потом не меняется;

г) температура кипения и конденсации одинакова;

д) температура кипения всегда больше температуры конденсации;

е) в процессе конденсации температура уменьшается.

Лекция №12

Тема1.2.5.: Закон сохранения энергии тепловых процессов. Необратимый характер тепловых процессов.

⇐ Предыдущая6789101112131415Следующая ⇒

Поделиться: