Тверді тіла, рідини і гази

Більшість речовин можуть існувати в трьох станах: твердому, рідкому і газоподібному. Вони називаються агрегатними станами речовини. Перехід з одного стану в інший відбувається при нагріванні або охолодженні, а також при зміні тиску. Наприклад, якщо воду – рідина – підігрівати, вона буде перетворюватися в пар – газ. Теорія, що пояснює властивості твердого, рідкого і газоподібного станів, називається кінетичної теорією. Вона грунтується на уявленні про те, що всі речовини складаються з рухомих частинок.

кінетична теорія

У науці багато гіпотез поки не доведені, але вважаються істинними, так як пояснюють спостережувані явища. Кінетична теорія пояснює властивості твердих, рідких і газоподібних тіл, виходячи з енергії частинок, з яких вони складаються. Частинки твердого тіла володіють найменшою енергією, пов’язані один з одним силою тяжіння і не можуть звільнитися. Вони тільки коливаються біля постійного центру. При нагріванні енергія частинок твердого тіла збільшується. Тепер вони можуть звільнитися від тяжіння сусідів. При цьому тверде тіло плавитися і перетворюється в рідину. У частинок газу енергії ще більше. Вони знаходяться на великій відстані один від одного і цілком заповнюють наданий їм об’єм. Нагрівання збільшує енергію частинок і дозволяє їм рухатися швидше, і тіло переходить з одного стану в інший.

Зигзагоподібні руху частинок пилку у воді легко побачити під мікроскопомБроуновское рух
Рух молекул рідин і газів називають броунівським рухом. У 1927 році англійський біолог Роберт Броун зауважив, що помешения в рідину частинки пилку рослині починають безладно рухатися. Зигзагоподібні руху частинок пилку у воді легко побачити під мікроскопом. Проте пояснити, чому це відбувається Броун не міг. У XX столітті Альберт Ейнштейн, уродженець Німеччини, пояснив, що частки, помешения в рідину або газ, рухаються завдяки ударам також рухомих, але невидимих молекул.

зміна стану

Коли тверде тіло нагрівається, його температура підвищується, а енергія частинок зростає. Нарешті наступаємо точка плавлення. У цей момент частинки знаходять достатньо енергії, щоб розірвати сили тяжіння, і тверде тіло плавиться. Полум’я свічки нагріває віск, і він тане, але застигає знову, стікаючи від пламеніДальнейшее нагрівання призводить до того, що рідина досягає точки кипіння, частинки її остаточно звільняються один від одного, і рідина перетворюється в газ. Полум’я свічки нагріває віск, і він тане, але застигає знову, стікаючи від полум’я. Гейзери викидають на поверхню киплячу воду і пар, розігріті вулканічними процесами в земній корі. Коли речовина остигає, відбувається зворотний процес. Коли температура газу падає до точки кипіння, газ конденсується і стає рідиною. Охолодившись до точки плавлення, рідина твердне (замерзає) і перетворюється на тверде тіло. Є речовини, наприклад вуглекислий газ, що переходять з твердого стану в газоподібний, минаючи рідкий. Таке явище називається сублімацією. Коли вулканічні процеси розігрівають підземну воду до кипіння, з’являються гейзери. Вода перетворюється на пару, тиск зростає, і кипляча вода і пара спрямовуються по тріщинах вгору і вириваються на поверхню.

на Марсі води немає тому, що атмосферний тиск там мізерно, тому вода там негайно закипає і іспаряетсяРазние речовини змінюють агрегатний стан при різних температурах, тому вони поділяються на тверді, рідкі та газоподібні відповідно до їх станом при кімнатній температурі 20 градусів. Температура плавлення або кипіння речовини зміниться, якщо додати в нього які-небудь домішки або змінити тиск. Тиск земної атмосфери ми називаємо атмосферним тиском. Звичайне тиск рівні моря називається тиском в одну атмосферу. На вершині гори Еверест (8848 метрів над рівнем моря) тиск менше однієї атмосфери, і чиста вода закипає там при 71 градусі, а не при 100 градусах, як на рівні моря. Чим вище ми піднімаємося, тим нижче атмосферний тиск і тим легше частинкам рідини розірвати свої зв’язки, тобто тим нижче точка кипіння. Вчені вважають, що на Марсі води немає тому, що атмосферний тиск там мізерно, тому вода там негайно закипає і випаровується.

поверхневий натяг

Молекули поверхневого шару рідини міцно пов’язані другу іншому, що призводить до поверхневого натягу. Спрощено можна вважати, що на поверхні рідини існує свого роду»плівка». Поверхневий натяг стягує молекули разом. Так утворюються краплі. Відстані між молекулами поверхневого шару більше, ніж між молекулами в глибині рідини, і від цього вони ще сильніше притягуються один до одного. Сила поверхневого натягу досить велика, щоб утримувати на поверхні води легкі об’єкти – порошинки і навіть комах. Водомерки можуть спокійно розгулювати по воді, так як їх ваги недостатньо, щоб прорвати»плівку»на її поверхні.

Випаровування

Деякі молекули поверхневого шару мають більшу енергією, ніж інші, і відриваються від поверхні, тобто випаровуються. Рідина випаровується постійно, навіть коли вона не підігрівається. При випаровуванні температура рідини падає, так як середня енергія її молекул знижується. Коли людина пітніє, що виступили на його шкірі крапельки води випаровуються, і шкіра охолоджується.

Газ – це речовина, що не має певного об’єму і форми. Згідно кінетичної теорії, енергії молекул газу достатньо, щоб розірвати зв’язують їх сили, вони розлітаються і заповнюють весь наданий їм об’єм. Цей процес називаємо дифузією. Повітряна кулька надувається в міру того, як його наповнює газ. Через п’ятнадцять хвилин повітря і бром перемішаються, так як їх молекули розподіляються по обидва банкам (див. рис.). Запахи (аромати квітів) – це теж гази, що поширюються в повітрі за допомогою дифузії. Тиск газу залежить від того, наскільки інтенсивно його молекули вдаряються об стінки посудини. Якщо (при незмінній температурі) зменшити обсяг газу, скажімо, зменшивши об’єм посудини, то його тиск зросте, оскільки молекули газу будуть частіше ударяти по стінках. Тиск також зросте, якщо в посудину накачати нову порцію газу. При нагріванні молекули газу починають рухатися швидше і на більшу відстань, тому що газ розширюється і стає менш щільним. Якщо нагрівається газ не має можливості розширюватися, його тиск зростає.

Об’єм, маса і щільність

Обсяг – це кількість простору, зайнятого рідиною йди твердим тілом. Його вимірюють у кубічних метрах. Обсяг прямокутного тіла дорівнює добутку його довжини, ширини і висоти. Для визначення об’єму рідини її можна налити у вимірювальний циліндр. Щоб визначити об’єм тіла неправильної форми, потрібно визначити який обсяг рідини воно витісняє.

На одну гущавину терезів поміщається зважуємо тіло, на іншу – тіло відомої маси Маса твердого, рідкого або газоподібного тіла показує, скільки в ньому міститься речовини. Маса вимірюється в кілограмах. Слід розрізняти масу і вага – величину сили тяжіння, що діє на тіло. На одну гущавину терезів поміщається зважуємо тіло, на іншу – тіло відомої маси (див. рис.). Щільність показує, наскільки»щільно упаковані»частинки, що становлять речовина. Наприклад, молекули металу розташовані ближче один до одного, ніж молекули пробки або паперу. Отже, щільність металу вище. Щільність розраховується шляхом ділення маси тіла на його обсяг і вимірюється в кілограмах на кубічний метр (кг/м3). Гідрометр – прилад для вимірювання щільності рідини. У щільній рідини він плаває біля поверхні, так як його вага може витіснити лише, невеликий обсяг рідини.

ПОДІЛИТИСЯ: