Строение вещества

 

 

 

 

Реферат по теме:

“Строение вещества”

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

   Выполнила:

       Ученица 10”а”  класса

Школы №12 им.А.И.Виноградова

                               Гулян Кристина

                  Проверила учитель физики Зайкова  С.В.

 

Брянск 2013

Введение

Еще в глубокой древности, 2500 лет назад, некоторые  ученые высказывали предположение  о строении вещества. Греческий ученый Демокрит (460-370 до н. э.) считал, что все  вещества состоят из мельчайших частичек. В научную теорию эта идея превратилась только в ХVIII в. и получила дальнейшее развитие в XIX в. Возникновение представлений  о строении вещества позволило не только объяснить многие явления, но и предсказать, как они будут  протекать в тех или иных условиях. Появилась возможность влиять на прохождение явлений.

Многие опыты  подтверждают представления о строении вещества. Рассмотрим некоторые из них.

Попытаемся  сжать теннисный мячик. При этом объем воздуха, который заполняет  мяч, уменьшится. Можно уменьшить  и объем надувного шарика, и  кусочка воска, если приложить некоторое  усилие.

Объем тела изменяется также при его нагревании и охлаждении.

Проделаем опыт. Возьмем медный или латунный шарик, который в не нагретом состоянии  проходит сквозь кольцо. Если шарик  нагреть, то, расширившись, он уже сквозь кольцо не пройдет. Через некоторое  время шарик, остыв, уменьшится в  объеме, а кольцо, нагревшись от шарика, расширится, и шарик вновь пройдет  сквозь кольцо.

С помощью  опыта определим, как меняется объем  жидкости при нагревании.

Колбу, наполненную  доверху водой, плотно закроем пробкой. Сквозь пробку пропустим стеклянную трубочку. Вода частично заполнит трубку. Отметим уровень жидкости в трубке. Нагревая колбу, мы заметим, что через  некоторое время уровень воды в трубке поднимется.

Следовательно, при нагревании объем тела увеличивается, а при охлаждении уменьшается.

Попытаемся  объяснить, почему происходит изменение  объема тела. По-видимому, все вещества состоят из отдельных частичек, между  которыми имеются промежутки. Если частицы удаляются друг от друга, то объем тела увеличивается. И наоборот, когда частицы сближаются, объем  тела уменьшается.

Тогда возникает  вопрос: если все тела состоят из мельчайших частиц, почему они кажутся  нам сплошными (например, железо, вода, стекло, дерево)?

Современная наука доказала, что частицы вещества так малы, что мы их не видим.

Для того чтобы  убедиться в том, что частицы  вещества малы, проделаем опыт.

В сосуде с  водой растворим маленькую крупинку синей гуаши. Через некоторое  время вода в нем станет синей. Отольем немного окрашенной воды в другой сосуд и дольем в него чистую воду. Раствор во втором сосуде будет окрашен слабее, чем в  первом. Потом из второго сосуда снова отольем раствор уже  в третий сосуд и дольем его  вновь чистой водой. В этом сосуде вода будет окрашена еще слабее, чем во втором.

Поскольку в  воде растворили очень маленькую  крупинку гуаши и только часть  ее попала в третий сосуд, то можно  предположить, что крупинка состояла из большого числа мельчайших частиц. Этот опыт и многие другие подтверждают гипотезу о том, что вещества состоят из очень маленьких частиц.

Строение газообразных, жидких и твердых тел

    Молекулярно-кинетическая  теория дает возможность понять, почему вещество может находиться  в газообразном, жидком и твердом  состояниях.

    Газы. В газах расстояние между атомами или молекулами в среднем во много раз больше размеров самих молекул (рис.8.5). Например, при атмосферном давлении объем сосуда в десятки тысяч раз превышает объем находящихся в нем молекул.

   Газы легко сжимаются, при этом уменьшается среднее расстояние между молекулами, но форма молекулы не изменяется (рис.8.6).

    Молекулы  с огромными скоростями - сотни  метров в секунду - движутся  в пространстве. Сталкиваясь, они  отскакивают друг от друга  в разные стороны подобно бильярдным  шарам. Слабые силы притяжения  молекул газа не способны удержать  их друг возле друга. Поэтому  газы могут неограниченно расширяться.  Они не сохраняют ни формы,  ни объема.

    Многочисленные  удары молекул о стенки сосуда  создают давление газа.

 

 

 

 

 

 

 

    Жидкости. Молекулы жидкости расположены почти вплотную друг к другу (рис.8.7), поэтому молекула жидкости ведет себя иначе, чем молекула газа. В жидкостях существует так называемый ближний порядок, т. е. упорядоченное расположение молекул сохраняется на расстояниях, равных нескольким молекулярным диаметрам. Молекула колеблется около своего положения равновесия, сталкиваясь с соседними молекулами. Лишь время от времени она совершает очередной «прыжок», попадая в новое положение равновесия. В этом положении равновесия сила отталкивания равна силе притяжения, т. е. суммарная сила взаимодействия молекулы равна нулю. Время оседлой жизни молекулы воды, т. е. время ее колебаний около одного определенного положения равновесия при комнатной температуре, равно в среднем 10^-11 с. Время же одного колебания значительно меньше (10^-12-10^-13 с). С повышением температуры время оседлой жизни молекул уменьшается.

     Характер молекулярного движения  в жидкостях, впервые установленный  советским физиком Я.И.Френкелем,  позволяет понять основные свойства  жидкостей.

    Молекулы  жидкости находятся непосредственно  друг возле друга. При уменьшении  объема силы отталкивания становятся  очень велики. Этим и объясняется  малая сжимаемость жидкостей.

    Как  известно, жидкости текучи, т. е.  не сохраняют своей формы. Объяснить  это можно так. Внешняя сила  заметно не меняет числа перескоков  молекул в секунду. Но перескоки  молекул из одного оседлого  положения в другое происходят  преимущественно в направлении  действия внешней силы (рис.8.8). Вот  почему жидкость течет и принимает  форму сосуда.

 

  Твердые тела. Атомы или молекулы твердых тел, в отличие от атомов и молекул жидкостей, колеблются около определенных положений равновесия. По этой причине твердые тела сохраняют не только объем, но и форму. Потенциальная энергия взаимодействия молекул твердого тела существенно больше их кинетической энергии.

Твёрдые вещества делятся на аморфные и кристаллические.

 

Общая характеристика аморфных и кристаллических  веществ:

Аморфное состояние (стеклообразное)		Кристаллическое состояние
Ближний порядок расположения частиц Изотропность физических свойств Отсутствие конкретной точки плавления   Термодинамическая нестабильность (большой запас внутренней энергии) Текучесть Примеры: органические полимеры –  стекло, вар, янтарь и т.д.	Дальний порядок расположения частиц Анизотропность физических свойств Конкретная температура плавления  и кристаллизации Термодинамическая устойчивость (малый  запас внутренней энергии) Обладают элементами симметрии Примеры: углерод (алмаз, графит), твёрдые  соли, металлы, сплавы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Силы взаимодействия молекул

    Молекулы  взаимодействуют друг с другом. Без этого взаимодействия не  было бы ни твердых, ни жидких  тел.

    Доказать  существование значительных сил  взаимодействия между атомами  или молекулами несложно. Попробуйте-ка  сломать толстую палку! А ведь  она состоит из молекул. Но  одни силы притяжения не могут  обеспечить существования устойчивых  образований из атомов и молекул.  На очень малых расстояниях  между молекулами обязательно  действуют силы отталкивания. Благодаря  этому молекулы не проникают  друг в друга и куски вещества  никогда не сжимаются до размеров  порядка размеров одной молекулы.

    Как  возникает взаимодействие молекул.  Молекула - это сложная система,  состоящая из отдельных заряженных  частиц: электронов и атомных  ядер. Хотя в целом молекулы электрически нейтральны, тем не менее, между ними на малых расстояниях действуют значительные электрические силы: происходит взаимодействие электронов и атомных ядер соседних молекул.

    Если  молекулы находятся на расстояниях,  превышающих их размеры в несколько  раз, то силы взаимодействия  практически не сказываются. Силы  между электрически нейтральными  молекулами являются короткодействующими.

    На  расстояниях, превышающих 2-3 диаметра  молекул, действуют силы притяжения. По мере уменьшения расстояния  между молекулами сила их взаимного  притяжения сначала увеличивается,  но одновременно увеличивается  и сила отталкивания. При определенном  расстоянии сила притяжения становится  равной силе отталкивания. Это  расстояние считается равным  диаметру молекулы.

    При  дальнейшем уменьшении расстояния  электронные оболочки атомов  начинают перекрываться и быстро  увеличивается сила отталкивания.

    Атомы  и молекулы состоят из электрически  заряженных частиц. Благодаря действию  электрических сил на малых  расстояниях силы притяжения  больше сил отталкивания.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Идеальный газ. Основное уравнение МКТ

   Известно, что частицы в газах, в отличие  от жидкостей и твердых тел,  располагаются друг относительно  друга на расстояниях, существенно  превышающих их собственные размеры.  В этом случае взаимодействие  между молекулами пренебрежимо  мало и кинетическая энергия  молекул много больше энергии  межмолекулярного взаимодействия. Для выяснения наиболее общих  свойств, присущих всем газам,  используют упрощенную модель  реальных газов - идеальный газ.  Основные отличия идеального  газа от реального газа:

1. Частицы  идеального газа - сферические тела  очень малых размеров, практически  материальные точки.

2. Между частицами  отсутствуют силы межмолекулярного  взаимодействия.

3. Соударения  частиц являются абсолютно упругими.

    Реальные  разреженные газы действительно  ведут себя подобно идеальному  газу. Воспользуемся моделью идеального  газа для объяснения происхождения  давления газа. Вследствие теплового  движения, частицы газа время  от времени ударяются о стенки  сосуда. При каждом ударе молекулы  действуют на стенку сосуда  с некоторой силой. Складываясь  друг с другом, силы ударов  отдельных частиц образуют некоторую  силу давления, постоянно действующую  на стенку. Понятно, что чем  больше частиц содержится в  сосуде, тем чаще они будут  ударяться о стенку сосуда, и  тем большей будет сила давления, а значит и давление. Чем быстрее  движутся частицы, тем сильнее  они ударяют в стенку сосуда. Мысленно представим себе простейший  опыт: катящийся мяч ударяется  о стенку. Если мяч катится  медленно, то он при ударе подействует  на стенку с меньшей силой,  чем если бы он двигался  быстро. Чем больше масса частицы,  тем больше сила удара. Чем  быстрее движутся частицы, тем  чаще они ударяются о стенки  сосуда. Итак, сила, с которой молекулы  действуют на стенку сосуда, прямо  пропорциональна числу молекул,  содержащихся в единице объема (это число называется концентрацией  молекул и обозначается n), массе  молекулы mo, среднему квадрату их  скоростей и площади стенки  сосуда. В результате получаем: давление  газа прямо пропорционально концентрации  частиц, массе частицы и квадрату  скорости частицы (или их кинетической  энергии). Зависимость давления идеального  газа от концентрации и от  средней кинетической энергии  частиц выражается основным уравнением  молекулярно-кинетической теории  идеального газа. Мы получили  основное уравнение МКТ идеального  газа из общих соображений,  но его можно строго вывести,  опираясь на законы классической  механики. Приведем одну из форм  записи основного уравнения МКТ:

P=(1/3)· n·  m₀· V².

 

 

 

 

 

 

Иллюстрации.

 

                     

 

 

Основные итоги.