Твёрдые тела, жидкости и газы

Большинство веществ могут существовать в трех состояниях: твердом, жидком и газообразном. Они называются агрегатными состояниями вещества. Переход из одного состояния в другое происходит при нагревании или охлаждении, а также при изменении давления. Например, если воду — жидкость — подогревать, она будет превращаться в пар — газ. Теория, объясняющая свойства твердого, жидкого и газообразного состояний, называется кинетической теорией. Она основывается на представлении о том, что все вещества состоят из движущихся частиц.

Кинетическая теория 

В науке многие гипотезы пока не доказаны, но считаются истинными, так как объясняют наблюдаемые явления. Кинетическая теория объясняет свойства твердых, жидких и газообразных тел, исходя из энергии частиц, из которых они состоят. Частицы твёрдого тела обладают наименьшей энергией, связаны друг с другом силой притяжения и не могут освободиться. Они только колеблются около постоянного центра. При нагревании энергия частиц твёрдого тела увеличивается. Теперь они могут освободиться от притяжения соседей. При этом твёрдое тело плавиться и превращается в жидкость. У частиц газа энергии ещё больше. Они находятся на большом расстоянии друг от друга и целиком заполняют предоставленный им объём. Нагревание увеличивает энергию частиц и позволяет им двигаться быстрее, и тело переходит из одного состояния в другое.

Зигзагообразные движения частиц пыльцы в воде легко увидеть под микроскопомБроуновское движение 

Движение молекул жидкостей и газов называют броуновским движением. В 1927 году английский биолог Роберт Броун заметил, что помешенные в жидкость частицы пыльцы расте­нии начинают беспорядочно двигаться. Зигзагообразные движения частиц пыльцы в воде легко увидеть под микроскопом. Однако объяснить, почему это происходит Броун не мог. В XX веке Альберт Эйнштейн, уроженец Германии, объяснил, что частицы, помешенные в жидкость или газ, движут­ся благодаря ударам также движущихся, но невидимых молекул.

Изменение состояния 

Когда твердое тело нагревается, его температура повышается, а энергия частиц растет. Наконец наступаем точка плавления. В этот момент частицы обретают достаточно энергии, чтобы разорвать силы притяжения, и твердое тело плавится. Пламя свечи нагревает воск, и он тает, но застывает вновь, стекая от пламениДальнейшее нагревание приводит к тому, что жидкость достигает точки кипения, частицы ее окончательно освобождаются друг от друга, и жидкость превращается в газ. Пламя свечи нагревает воск, и он тает, но застывает вновь, стекая от пламени. Гейзеры выбрасывают на поверхность кипящую воду и пар, разогретые вулканическими процессами в земной коре. Когда вещество остывает, происходит обратный процесс. Когда температура газа падает до точки кипения, газ конденсируется и становится   жидкостью. Охладившись до точки плавления, жидкость твердеет (замерзает)  и  превращается   в твердое тело. Есть вещества, например углекислый газ, переходящие из твёрдого состояния в газообразное, минуя жидкое. Такое явление называется возгонкой. Когда вулканические процессы разогревают подземную воду до кипения, появляются гейзеры. Вода превращается в пар, давление возрастает, и кипящая вода и пар устремляются по трещинам вверх и вырываются на поверхность.

на Марсе воды нет потому, что атмосферное давление там ничтожно, поэтому вода там немедленно закипает и испаряетсяРазные вещества изменяют агрегатное состояние при разных температурах, поэтому они подразделяются на твердые, жидкие и газообразные  в соответствии с их состоянием при комнатной температуре 20 градусов. Температура плавления или кипения вещества изменится, если добавить в него какие-либо примеси или изменить давление. Давление земной атмосферы мы называем атмосферным давлением. Обычное давление уровне моря называется давлением в одну атмосферу. На вершине горы Эверест (8848 метров над уровнем моря) давление меньше одной атмосферы, и чистая вода закипает там при 71 градусе, а не при 100 градусах, как на уровне моря. Чем выше мы поднимаемся, тем ниже атмосферное давление и тем легче частичкам жидкости разорвать свои связи, то есть тем ниже точка кипения. Ученые считают, что на Марсе воды нет потому, что атмосферное давление там ничтожно, поэтому вода там немедленно закипает и испаряется.

Поверхностное натяжение 

Молекулы поверхностного слоя жид­кости прочно связаны друге другом, что приводит к поверхностному натяжению. Упрощенно можно считать, что на поверхности жидкости существует своего рода «плёнка». Поверхностное натяжение стягивает молекулы вместе. Так образуются капли. Расстояния между молекулами поверхностного слоя больше, чем между молекулами в глубине жидкости, и от этого они ещё сильней притягиваются друг к другу. Сила поверхностного натяжения достаточно велика, чтобы удерживать на поверхности воды легкие объекты – пылинки и даже насекомых.  Водомерки могут спокойно разгуливать по воде, так как их веса недостаточно, чтобы прорвать «плёнку» на её поверхности.

Испарение 

Некоторые молекулы поверхностного слоя обладают большей энергией, чем другие, и отрываются от поверхности, т.е. испаряются. Жидкость испаряется постоянно, даже когда она не подогревается. При испарении температура жидкости падает, так как средняя энергия её молекул понижается. Когда человек потеет, выступившие на его коже капельки воды испаряются, и кожа охлаждается.

Через пятнадцать минут воздух и бром перемешаются, т.к. их молекулы распределяются по обеим банкамГазы 

Газ — это вещество, не имеющее определенного объёма и формы. Согласно кинетической теории, энергии молекул газа достаточно, чтобы разорвать связывающие их силы, они разлетаются и заполняют весь предостав­ленный им объем. Этот процесс называем диффузией. Воздушный шарик надувается по мере того, как его наполняет газ. Через пятнадцать минут воздух и бром перемешаются, так как их молекулы распределяются по обеим банкам (см. рис.). Запахи (ароматы цветов) – это тоже газы, распространяющиеся в воздухе с помощью диффузии. Давление газа зависит от того, на­сколько интенсивно его молекулы ударяются о стенки сосуда. Если (при неизменной температуре) уменьшить объем газа, скажем, уменьшив объем сосуда, то его давление возрастет, поскольку молекулы газа будут чаще ударять по стенкам. Давление также возрас­тет, если в сосуд накачать новую порцию газа. При нагревании молекулы газа начинают двигаться быстрее и на большее рас­стояние, т.к. газ расширяется и становится менее плотным. Если нагреваемый газ не имеет возможности расширяться, его давление возрастает.

Объём, масса и плотность 

Объем — это количество пространства, занятого жидкостью иди твердым телом. Его измеряют в кубических метрах. Объем прямоугольного тела равен произ­ведению его длины, шири­ны и высоты. Для определения объема жид­кости ее можно на­лить в измерительный цилиндр. Чтобы определить объём тела неправильной формы, нужно определить какой объём жидкости оно вытесняет.

На одну чащу весов помещается взвешиваемое тело, на другую - тело известной массы Масса твердого, жидкого или газообразного тела показывает, сколько в нем содержится вещества. Масса измеряется в килограммах. Следует различать массу и вес – величину силы тяготения, действующую на тело. На одну чащу весов помещается взвешиваемое тело, на другую — тело известной массы (см. рис.). Плотность показывает, насколько «плотно упакованы» частицы, составляющие вещество. К примеру, молекулы металла расположены ближе друг к другу, чем молекулы пробки или бумаги. Следовательно, плотность метал­ла выше. Плотность рассчитывается пу­тем деления массы тела на его объем и измеряется в килограммах на кубический метр (кг/м3). Гидрометр — прибор для измерения плотности жидкости. В плотной жидкости он плавает вблизи поверхности, так как его вес может вытеснить лишь, небольшой объем жидкости.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован.