A folyékony anyag molekulái közötti távolság. A molekuláris erők diagramja a molekulák közötti távolság függvényében. Gáztörvények és az ICB alapjai

A szilárd anyagok azok az anyagok, amelyek képesek testet alkotni és térfogatuk van. Alakjukban különböznek a folyadékoktól és gázoktól. A szilárd anyagok megtartják a test alakját, mivel részecskéik nem tudnak szabadon mozogni. Sűrűségükben, plaszticitásukban, elektromos vezetőképességükben és színükben különböznek egymástól. Más tulajdonságokkal is rendelkeznek. Így például ezeknek az anyagoknak a többsége hevítés közben megolvad, és folyékony halmazállapotú aggregációt kap. Némelyikük hevítéskor azonnal gázzá (szublimáttá) alakul. De vannak olyanok is, amelyek más anyagokra bomlanak le.

Szilárd anyagok típusai

Minden szilárd anyagot két csoportra osztanak.

Amorf, amelyben az egyes részecskék véletlenszerűen vannak elrendezve. Más szóval: nincs világos (definiált) szerkezetük. Ezek a szilárd anyagok meghatározott hőmérsékleti tartományon belül képesek megolvadni. Ezek közül a leggyakoribb az üveg és a gyanta.
Kristályos, amelyek viszont 4 típusra oszlanak: atomi, molekuláris, ionos, fémes. Bennük a részecskék csak egy bizonyos minta szerint helyezkednek el, nevezetesen a kristályrács csomópontjain. Geometriája különböző anyagokban nagyon eltérő lehet.

A szilárd kristályos anyagok számukat tekintve túlsúlyban vannak az amorf anyagokkal szemben.

A kristályos szilárd anyagok fajtái

Szilárd állapotban szinte minden anyag kristályos szerkezetű. Különböző részecskéket és kémiai elemeket tartalmaznak csomópontjaik rácsában. Velük összhangban kapták a nevüket. Mindegyik típusnak megvannak a saját jellemzői:

Az atomi kristályrácsban a szilárd test részecskéi kovalens kötéssel vannak megkötve. Tartósságával tűnik ki. Emiatt az ilyen anyagokat magas és forráspontja különbözteti meg. Ez a típus magában foglalja a kvarcot és a gyémántot.
A molekuláris kristályrácsban a részecskék közötti kötést gyengesége különbözteti meg. Az ilyen típusú anyagokat a könnyű forrás és olvadás jellemzi. Illékonyak, ezért van egy bizonyos szaguk. Ezek a szilárd anyagok közé tartozik a jég és a cukor. Az ilyen típusú szilárd anyagokban a molekulák mozgását aktivitásuk különbözteti meg.
A csomópontokban a megfelelő részecskék váltakoznak, pozitívan és negatívan töltve. Elektrosztatikus vonzás tartja össze őket. Ez a fajta rács lúgokban, sókban létezik, sok ilyen típusú anyag könnyen oldódik vízben. Az ionok közötti meglehetősen erős kötés miatt tűzállóak. Szinte mindegyik szagtalan, mivel nem illékonyság jellemzi őket. Az ionrácsos anyagok nem képesek vezetni elektromosság mert nem tartalmaznak szabad elektronokat. Az ionos szilárd anyag tipikus példája az asztali só. Egy ilyen kristályrács törékennyé teszi. Ez annak a ténynek köszönhető, hogy ennek bármilyen elmozdulása az ionok taszító erőinek megjelenéséhez vezethet.
A fémkristályrácsban csak ionok vannak jelen a csomópontokban vegyi anyagok pozitív töltésű. Közöttük szabad elektronok vannak, amelyeken keresztül termikus és Elektromos energia. Ezért minden fém megkülönböztethető olyan tulajdonsággal, mint a vezetőképesség.

A merev test általános fogalmai

A szilárd anyagok és az anyagok gyakorlatilag ugyanazok. Ezek a kifejezések a 4 egyikére vonatkoznak aggregált állapotok. A szilárd anyagok stabil alakkal és az atomok hőmozgásának természetével rendelkeznek. Sőt, az utóbbiak kis oszcillációkat okoznak az egyensúlyi helyzetek közelében. Az összetétel és a belső szerkezet vizsgálatával foglalkozó tudományágat szilárdtestfizikának nevezzük. Vannak más fontos ismeretek is az ilyen anyagokkal kapcsolatban. A külső hatások és mozgás hatására bekövetkező alakváltozást a deformálható test mechanikájának nevezzük.

A szilárd anyagok eltérő tulajdonságainak köszönhetően különféle, ember által létrehozott technikai eszközökben találtak alkalmazást. Leggyakrabban olyan tulajdonságokon alapultak, mint a keménység, térfogat, tömeg, rugalmasság, plaszticitás, törékenység. A modern tudomány lehetővé teszi más minőségű szilárd anyagok használatát, amelyek csak laboratóriumban találhatók meg.

Mik azok a kristályok

A kristályok szilárd testek, amelyek részecskéi bizonyos sorrendben vannak elrendezve. Mindegyiknek megvan a maga szerkezete. Atomjai háromdimenziós periodikus elrendezést alkotnak, amelyet kristályrácsnak neveznek. A szilárd anyagok szerkezeti szimmetriája eltérő. A szilárd anyag kristályos állapota stabilnak tekinthető, mivel minimális potenciális energiával rendelkezik.

A szilárd anyagok túlnyomó többsége nagyszámú véletlenszerűen orientált egyedi szemcsékből (kristályok) áll. Az ilyen anyagokat polikristályosnak nevezik. Ide tartoznak a műszaki ötvözetek és fémek, valamint számos kőzet. A monokristályos természetes vagy szintetikus kristályokra utal.

Az ilyen szilárd anyagok leggyakrabban a folyékony fázis állapotából képződnek, amelyet olvadék vagy oldat képvisel. Néha gázhalmazállapotból nyerik. Ezt a folyamatot kristályosodásnak nevezik. A tudományos és technológiai fejlődésnek köszönhetően a különféle anyagok termesztésének (szintézisének) eljárása ipari méreteket öltött. A legtöbb kristálynak természetes formája van, méretük nagyon eltérő. Tehát a természetes kvarc (kőzetkristály) akár több száz kilogrammot is nyomhat, a gyémántok pedig akár több grammot is.

Az amorf szilárd anyagokban az atomok állandó oszcillációban vannak a véletlenszerűen elhelyezkedő pontok körül. Megtartanak egy bizonyos rövid távú sorrendet, de nincs hosszú távú sorrend. Ez annak köszönhető, hogy molekuláik méretükhöz mérhető távolságra helyezkednek el. Az ilyen szilárd anyag leggyakoribb példája életünkben az üveges állapot. gyakran végtelenül magas viszkozitású folyadéknak tekintik. Kristályosodásuk ideje néha olyan hosszú, hogy egyáltalán nem jelenik meg.

Ezeknek az anyagoknak a fenti tulajdonságai teszik egyedivé őket. Az amorf szilárd anyagokat instabilnak tekintik, mert idővel kristályosodhatnak.

A szilárd anyagot alkotó molekulák és atomok nagy sűrűségűek. Gyakorlatilag megtartják kölcsönös helyzetüket más részecskékkel szemben, és az intermolekuláris kölcsönhatás miatt tartják össze. A szilárd anyag különböző irányú molekulái közötti távolságot rácsparaméternek nevezzük. Az anyag szerkezete és szimmetriája számos tulajdonságot meghatároz, például az elektronsávot, a hasítást és az optikát. Ha kellően nagy erőt fejtenek ki egy szilárd anyagra, ezek a tulajdonságok ilyen vagy olyan mértékben sérülhetnek. Ebben az esetben a szilárd test maradandó deformációnak van kitéve.

A szilárd testek atomjai oszcilláló mozgásokat végeznek, amelyek meghatározzák a hőenergia birtoklását. Mivel elhanyagolhatóak, csak laboratóriumi körülmények között figyelhetők meg. szilárd anyag nagymértékben befolyásolja tulajdonságait.

Szilárd anyagok tanulmányozása

Ezen anyagok jellemzőit, tulajdonságait, tulajdonságait és a részecskék mozgását a szilárdtestfizika különböző alfejezetei tanulmányozzák.

A kutatáshoz radiospektroszkópiát, röntgensugarakkal végzett szerkezeti elemzést és egyéb módszereket használnak. Így vizsgálják a szilárd anyagok mechanikai, fizikai és termikus tulajdonságait. A keménységet, a terhelésállóságot, a szakítószilárdságot, a fázisátalakításokat az anyagtudomány vizsgálja. Nagyrészt a szilárdtestfizikát visszhangozza. Van egy másik fontos modern tudomány is. A meglévő anyagok vizsgálatát és az új anyagok szintézisét szilárdtest-kémia végzi.

A szilárd anyagok jellemzői

A szilárd anyag atomjai külső elektronjainak mozgásának természete meghatározza számos tulajdonságát, például elektromos. Az ilyen testeknek 5 osztálya van. Az atomi kötés típusától függően vannak beállítva:

Ionos, melynek fő jellemzője az elektrosztatikus vonzás ereje. Jellemzői: a fény visszaverődése és elnyelése az infravörös tartományban. Alacsony hőmérsékleten az ionos kötést alacsony elektromos vezetőképesség jellemzi. Ilyen anyag például a sósav nátriumsója (NaCl).
Kovalens, az elektronpár miatt, amely mindkét atomhoz tartozik. Az ilyen kötés a következőkre oszlik: egyszeres (egyszerű), kettős és hármas. Ezek az elnevezések elektronpárok jelenlétét jelzik (1, 2, 3). A kettős és hármas kötéseket többszörösnek nevezzük. Van ennek a csoportnak egy másik felosztása is. Tehát az elektronsűrűség eloszlásától függően poláris és nem poláris kötéseket különböztetünk meg. Az elsőt különböző atomok alkotják, a másodikat pedig ugyanaz. Az ilyen szilárd halmazállapotú anyagok, amelyekre példa a gyémánt (C) és a szilícium (Si), a sűrűségével különböztethetők meg. A legkeményebb kristályok kifejezetten a kovalens kötéshez tartoznak.
Fémes, az atomok vegyértékelektronjainak kombinálásával keletkezik. Ennek eredményeként megjelenik egy közös elektronfelhő, amely az elektromos feszültség hatására elmozdul. Fémkötés akkor jön létre, ha a kötött atomok nagyok. Képesek elektronokat adni. Sok fémben és összetett vegyületben ez a kötés szilárd halmazállapotot képez. Példák: nátrium, bárium, alumínium, réz, arany. A nemfémes vegyületek közül a következők említhetők: AlCr 2, Ca 2 Cu, Cu 5 Zn 8. A fémes kötéssel rendelkező anyagok (fémek) fizikai tulajdonságaikban változatosak. Lehetnek folyékonyak (Hg), lágyak (Na, K), nagyon kemények (W, Nb).
Molekuláris, kristályokban keletkező, amelyeket egy anyag egyedi molekulái alkotnak. A nulla elektronsűrűségű molekulák közötti hézagok jellemzik. Az ilyen kristályokban lévő atomokat megkötő erők jelentősek. Ebben az esetben a molekulákat csak gyenge intermolekuláris vonzás vonzza egymáshoz. Ezért a köztük lévő kötések hevítés hatására könnyen tönkremennek. Az atomok közötti kötéseket sokkal nehezebb megszakítani. A molekuláris kötés orientációs, diszperziós és induktív kötésekre osztható. Ilyen anyag például a szilárd metán.
Hidrogén, amely egy molekula vagy annak egy része pozitívan polarizált atomjai és egy másik molekula vagy más rész negatívan polarizált legkisebb részecskéje között fordul elő. A jég az ilyen kötéseknek tulajdonítható.

Szilárd anyagok tulajdonságai

Mit tudunk ma? A tudósok régóta tanulmányozták a szilárd halmazállapotú anyagok tulajdonságait. Hőmérséklet hatására az is megváltozik. Az ilyen test folyadékká való átalakulását olvadásnak nevezzük. A szilárd anyag gáz halmazállapotúvá történő átalakulását szublimációnak nevezzük. Amikor a hőmérsékletet csökkentjük, a szilárd anyag kristályosodik. Egyes anyagok a hideg hatására amorf fázisba kerülnek. A tudósok ezt a folyamatot vitrifikációnak nevezik.

A szilárd testek belső szerkezete megváltozik. Csökkenő hőmérséklettel szerzi a legnagyobb rendet. T > 0 K légköri nyomáson és hőmérsékleten a természetben előforduló anyagok megszilárdulnak. Ez alól csak a hélium kivétel, amelynek kristályosodásához 24 atm nyomásra van szükség.

Az anyag szilárd halmazállapota különféle fizikai tulajdonságokat ad neki. Jellemzik a testek sajátos viselkedését bizonyos mezők és erők hatására. Ezeket a tulajdonságokat csoportokra osztják. Az expozíciónak 3 módja van, amelyek 3 energiatípusnak felelnek meg (mechanikus, termikus, elektromágneses). Ennek megfelelően a szilárd anyagok fizikai tulajdonságainak 3 csoportja van:

A testek igénybevételével és deformációjával kapcsolatos mechanikai tulajdonságok. E kritériumok szerint a szilárd anyagokat rugalmas, reológiai, szilárdsági és technológiai csoportokra osztják. Nyugalomban egy ilyen test megtartja alakját, de külső erő hatására megváltozhat. Ugyanakkor deformációja lehet plasztikus (a kezdeti forma nem tér vissza), rugalmas (visszatér eredeti formájába) vagy destruktív (egy bizonyos küszöb elérésekor bomlás / törés következik be). Az alkalmazott erőre adott választ a rugalmassági modulusok írják le. A szilárd test nem csak a nyomásnak, nyújtásnak, hanem az elmozdulásoknak, csavarodásnak és hajlításnak is ellenáll. A szilárd test ereje az a tulajdonsága, hogy ellenáll a pusztulásnak.
Termikus, termikus mezőknek kitéve nyilvánul meg. Az egyik legtöbb fontos tulajdonságait- az olvadáspont, amelyen a test folyékony állapotba kerül. Kristályos szilárd anyagokban figyelhető meg. Az amorf testek látens olvadási hővel rendelkeznek, mivel a hőmérséklet emelkedésével fokozatosan folyékony halmazállapotba való átmenetük megy végbe. Egy bizonyos hő elérésekor az amorf test elveszti rugalmasságát és plaszticitást nyer. Ez az állapot azt jelenti, hogy elérte az üvegesedési hőmérsékletet. Melegítéskor a szilárd anyag deformálódik. És legtöbbször kitágul. Mennyiségileg ezt az állapotot egy bizonyos együttható jellemzi. A testhőmérséklet befolyásolja az olyan mechanikai jellemzőket, mint a folyékonyság, a hajlékonyság, a keménység és a szilárdság.
Elektromágneses, amely a mikrorészecskék és a nagy merevségű elektromágneses hullámok szilárd anyagra gyakorolt hatásával jár. A sugárzási tulajdonságokat feltételesen utalják rájuk.

A sáv felépítése

A szilárd anyagokat az úgynevezett sávszerkezet szerint is osztályozzák. Tehát ezek között megkülönböztethető:

A vezetőkre jellemző, hogy vezetési és vegyértéksávjaik átfedik egymást. Ebben az esetben az elektronok mozoghatnak közöttük, megkapva a legkisebb energiát. Minden fém vezető. Ha egy ilyen testre potenciálkülönbséget alkalmazunk, elektromos áram keletkezik (az elektronok szabad mozgása miatt a legalacsonyabb és legmagasabb potenciállal rendelkező pontok között).
Dielektrikumok, amelyek zónái nem fedik át egymást. A köztük lévő intervallum meghaladja a 4 eV-ot. Sok energiára van szükség ahhoz, hogy az elektronokat a vegyértékből a vezetési sávba vezessék. Ezen tulajdonságok miatt a dielektrikumok gyakorlatilag nem vezetnek áramot.
A vezetési és vegyértéksávok hiányával jellemezhető félvezetők. A köztük lévő intervallum kisebb, mint 4 eV. Az elektronok vegyértékből a vezetési sávba történő átviteléhez kevesebb energia szükséges, mint a dielektrikumokhoz. A tiszta (adalékolatlan és natív) félvezetők nem engedik át jól az áramot.

A szilárd testekben a molekuláris mozgások határozzák meg elektromágneses tulajdonságaikat.

Egyéb tulajdonságok

A szilárd anyagokat aszerint is felosztják mágneses tulajdonságok. Három csoport van:

Diamágnesek, amelyek tulajdonságai kevéssé függenek a hőmérséklettől vagy az aggregáció állapotától.
Paramágnesek, amelyek a vezetési elektronok orientációjának és az atomok mágneses momentumainak a következményei. Curie törvénye szerint érzékenységük a hőmérséklettel arányosan csökken. Tehát 300 K-en 10 -5.
Rendezett mágneses szerkezetű, nagy hatótávolságú atomrendű testek. Rácsuk csomópontjainál periodikusan mágneses momentumú részecskék helyezkednek el. Az ilyen szilárd anyagokat és anyagokat gyakran használják az emberi tevékenység különböző területein.

A természet legkeményebb anyagai

Kik ők? A szilárd anyagok sűrűsége nagymértékben meghatározza keménységüket. Mögött utóbbi évek a tudósok számos olyan anyagot fedeztek fel, amelyek a "legtartósabb testnek" mondják magukat. A legkeményebb anyag a fullerit (fullerénmolekulákkal rendelkező kristály), amely körülbelül másfélszer keményebb, mint a gyémánt. Sajnos jelenleg csak rendkívül kis mennyiségben kapható.

A mai napig a legkeményebb anyag, amelyet a jövőben az iparban felhasználhatnak, a lonsdaleite (hatszögletű gyémánt). 58%-kal keményebb, mint a gyémánt. A lonsdaleite a szén allotróp módosulata. Kristályrácsa nagyon hasonlít a gyémánthoz. Egy lonsdaleite sejt 4 atomot tartalmaz, a gyémánt pedig 8-at. A széles körben használt kristályok közül ma is a gyémánt a legkeményebb.

Fizika. Molekulák. Molekulák elrendeződése gáz, folyadék és szilárd halmazállapotú távolságban.

Gázhalmazállapotban a molekulák nem kapcsolódnak egymáshoz, egymástól nagy távolságra helyezkednek el. Brown-mozgás. A gáz viszonylag könnyen összenyomható.
A folyadékban a molekulák közel vannak egymáshoz, együtt rezegnek. Szinte összenyomhatatlan.
Szilárd anyagban - a molekulák szigorú sorrendben vannak elrendezve (kristályrácsokban), a molekulák nem mozognak. A tömörítés nem fog alábbhagyni.
Az anyag szerkezete és a kémia kezdete:
http://samlib.ru/a/anemow_e_m/aa0.shtml
(regisztráció és SMS-ek nélkül, kényelmes szöveges formátumban: használhatja a Ctrl+C-t)
Abban semmiképpen sem lehet egyetérteni, hogy szilárd állapotban a molekulák nem mozognak.
Molekulák mozgása gázokban
A gázokban a molekulák és az atomok közötti távolság általában sokkal nagyobb, mint a molekulák mérete, és a vonzóerők nagyon kicsik. Ezért a gázoknak nincs saját alakjuk és állandó térfogatuk. A gázok könnyen összenyomhatók, mert a nagy távolságokon fellépő taszító erők is kicsik. A gázoknak megvan az a tulajdonságuk, hogy korlátlanul tágulnak, kitöltve a számukra biztosított teljes térfogatot. A gázmolekulák nagyon nagy sebességgel mozognak, ütköznek egymással, különböző irányokba verik vissza egymást. A molekuláknak az edény falára gyakorolt számos hatása gáznyomást hoz létre.

Molekulák mozgása folyadékokban
A folyadékokban a molekulák nemcsak az egyensúlyi helyzet körül oszcillálnak, hanem egyik egyensúlyi helyzetből a másikba ugrálnak. Ezek az ugrások rendszeresen előfordulnak. Az ilyen ugrások közötti időintervallumot a letelepedett élet átlagos idejének (vagy átlagos relaxációs időnek) nevezzük, és ? betűvel jelöljük. Más szavakkal, a relaxációs idő egy adott egyensúlyi helyzet körüli oszcilláció ideje. Nál nél szobahőmérséklet ez az idő átlagosan 10-11 s. Egy lengés ideje 10-1210-13 s.

Az állandósult életidő a hőmérséklet emelkedésével csökken. Folyékony molekulák közötti távolság kisebb méretek molekulák, a részecskék közel vannak egymáshoz, és az intermolekuláris vonzás erős. A folyadékmolekulák elrendezése azonban nem szigorúan rendezett a térfogatban.
A folyadékok, mint a szilárd anyagok, megtartják térfogatukat, de nincs saját alakjuk. Ezért olyan edény alakját veszik fel, amelyben elhelyezkednek. A folyadéknak folyékonysági tulajdonsága van. Ennek a tulajdonságának köszönhetően a folyadék nem áll ellen az alakváltozásnak, keveset présel össze, fizikai tulajdonságai a folyadékon belül minden irányban azonosak (folyadékok izotrópiája). A folyadékokban a molekuláris mozgás természetét először Jakov Iljics Frenkel (1894-1952) szovjet fizikus állapította meg.
Molekulák mozgása szilárd anyagokban
A szilárd test molekulái és atomjai meghatározott sorrendben helyezkednek el, és kristályrácsot alkotnak. Az ilyen szilárd anyagokat kristályosnak nevezzük. Az atomok az egyensúlyi helyzet körül oszcillálnak, és nagyon erős a vonzás köztük. Ezért a szilárd testek normál körülmények között megtartják térfogatukat és saját alakjukat.
Gázhalmazállapotban - véletlenszerűen, vágja be
Folyadékmozgásban egymással egy vonalban
Szilárd állapotban - ne mozduljon.

Mekkora az átlagos távolság a telített vízgőz molekulái között 100°C-on?

4.1.65 számú feladat a "Feladatgyűjtemény a fizika felvételi vizsgákra való felkészüléshez az USPTU-n" c.

Adott:

\(t=100^\circ\) C, \(l-?\)

A probléma megoldása:

Tekintsük a vízgőzt tetszőleges mennyiségben, amely egyenlő \(\nu\) mol. Egy adott mennyiségű vízgőz által elfoglalt térfogat \ (V \) meghatározásához a Clapeyron-Mendeleev egyenletet kell használni:

Ebben a képletben \(R\) az univerzális gázállandó, egyenlő 8,31 J/(mol·K). A telített vízgőz nyomása \(p\) 100 ° C hőmérsékleten 100 kPa, ez ismert tény, és ezt minden tanulónak tudnia kell.

A vízgőzmolekulák \(N\) számának meghatározásához a következő képletet használjuk:

Itt \(N_A\) Avogadro száma, egyenlő 6,023 10 23 1/mol.

Ezután minden molekulához tartozik egy \(V_0\) térfogatú kocka, amelyet nyilvánvalóan a képlet határoz meg:

\[(V_0) = \frac(V)(N)\]

\[(V_0) = \frac((\nu RT))((p\nu (N_A))) = \frac((RT))((p(N_A)))\]

Most nézze meg a problémát a diagramon. Minden molekula hagyományosan a saját kockájában található, a két molekula közötti távolság 0-tól \(2d\-ig) változhat, ahol \(d\) a kocka élének hossza. Az átlagos távolság \(l\) egyenlő lesz a kocka élének hosszával \(d\):

A \(d\) élhossz így található:

Ennek eredményeként a következő képletet kapjuk:

Váltsuk át a hőmérsékletet Kelvin-skálára, és számítsuk ki a választ:

Válasz: 3,72 nm.

Ha nem érti a megoldást, és kérdése van, vagy hibát talál, nyugodtan írjon alább megjegyzést.

A molekulák nagyon kicsik, a közönséges molekulákat a legerősebb optikai mikroszkóppal sem lehet látni - de a molekulák bizonyos paraméterei egészen pontosan kiszámíthatók (tömeg), és vannak, amelyek csak nagyon durván becsülhetők (méret, sebesség), és jó lenne hogy megértsük, mi a „méret”. molekulák” és milyen „molekula sebességről” beszélünk. Tehát egy molekula tömege "egy mól tömege" / "molekulák száma egy mólban". Például egy vízmolekulánál m = 0,018/6 1023 = 3 10-26 kg (pontosabban kiszámolható - Avogadro száma jó pontossággal ismert, és bármely molekula moláris tömege könnyen megtalálható).
Egy molekula méretének becslése azzal a kérdéssel kezdődik, hogy mi tekinthető a méretének. Bárcsak egy tökéletesen csiszolt kocka lenne! Ez azonban sem nem kocka, sem nem labda, és általában nincsenek is egyértelműen meghatározott határai. Hogyan lehet ilyen esetekben? Kezdjük messziről. Becsüljük meg egy sokkal ismerősebb tárgy – egy iskolás fiú – méretét. Mindannyian láttuk az iskolásokat, az átlagos diák tömegét 60 kg-nak vesszük (majd meglátjuk, hogy ez a választás nagyban befolyásolja-e az eredményt), az iskolás gyerek sűrűsége körülbelül akkora, mint a vízé (ne feledjük hogy érdemes mély levegőt venni, és utána szinte teljesen elmerülve „lóghatsz” a vízben, és ha kilélegzel, azonnal süllyedni kezdesz). Most megtalálhatja a hallgató térfogatát: V \u003d 60/1000 \u003d 0,06 köbméter. méter. Ha most feltételezzük, hogy a tanuló kocka alakú, akkor a méretét a kötet kockagyökeként találjuk meg, azaz. körülbelül 0,4 m. Így alakult a méret - kisebb, mint a növekedés (méret "magasságban"), nagyobb vastagság (méret "mélységben"). Ha nem tudunk semmit a diák testének alakjáról, akkor ennél a válasznál jobbat nem találunk (kocka helyett vehetnénk egy labdát, de a válasz kb. nehéz kiszámítani a golyó átmérőjét, mint a kocka szélét). De ha további információval rendelkezünk (például fényképek elemzéséből), akkor a válasz sokkal ésszerűbbé tehető. Ismertesse meg, hogy egy iskolás „szélessége” átlagosan négyszer kisebb, mint a magassága, a „mélysége” pedig háromszor kisebb. Ezután H * H / 4 * H / 12 \u003d V, tehát H \u003d 1,5 m (nincs értelme pontosabban kiszámítani egy ilyen rosszul meghatározott értéket, egyszerűen írástudatlan a számológép képességeire összpontosítani ilyen „számításban”!). Egészen ésszerű becslést kaptunk egy iskolás magasságára, ha körülbelül 100 kg-os tömeget vettünk (és vannak ilyen iskolások!), akkor körülbelül 1,7-1,8 m-t kapunk - szintén meglehetősen ésszerű.
Most becsüljük meg egy vízmolekula méretét. Keressük meg azt a térfogatot, amelyik egy molekulára esik "folyékony vízben" - ebben vannak a molekulák a legsűrűbben pakolva (erősebben nyomódnak egymáshoz, mint szilárd, "jeges" állapotban). Egy mól víz tömege 18 g, térfogata 18 cu. centiméter. Ekkor egy molekula térfogata V= 18 10-6/6 1023 = 3 10-29 m3. Ha nincs információnk a vízmolekula alakjáról (vagy - ha nem akarjuk figyelembe venni a molekulák összetett alakját), akkor a legegyszerűbb, ha kockának tekintjük, és pontosan úgy találjuk meg a méretet, ahogy éppen köbös iskolás méretét találta: d = (V) 1/3 = 3 10-10 m. Ez az! Meglehetősen összetett molekulák alakjának a számítás eredményére gyakorolt hatását például a következőképpen értékelheti: számítsa ki a benzinmolekulák méretét úgy, hogy a molekulákat kockáknak tekinti - majd végezzen kísérletet úgy, hogy megnézi a . a folt egy csepp benzintől a víz felszínén. A film számolása folyékony felület egy molekula vastagságú” és a csepp tömegének ismeretében össze lehet hasonlítani a két módszerrel kapott méreteket. Nagyon tanulságos eredmény!
A felhasznált ötlet egy egészen más számításra is alkalmas. Becsüljük meg a szomszédos ritka gázmolekulák közötti átlagos távolságot egy adott esetben - nitrogén 1 atm nyomáson és 300 K hőmérsékleten. Ehhez megtaláljuk azt a térfogatot, amely ebben a gázban egy molekulára esik, és akkor minden egyszerűen kiderül. Tehát vegyünk egy mól nitrogént ilyen körülmények között, és keressük meg a feltételben jelzett rész térfogatát, majd osszuk el ezt a térfogatot a molekulák számával: V= R T/P NA= 8,3 300/105 6 1023 = 4 10 -26 m3. Feltételezzük, hogy a térfogat sűrűn tömött köbös cellákra oszlik, és minden molekula „átlagosan” a sejtje közepén helyezkedik el. Ekkor a szomszédos (legközelebbi) molekulák közötti átlagos távolság megegyezik egy köbös cella szélével: d = (V)1/3 = 3 10-9 m. térfogatának meglehetősen kicsi - kb. az edényt. Ebben az esetben is nagyon hozzávetőlegesen végeztük el a számítást - nincs értelme olyan nem túl határozott értékeket pontosabban kiszámítani, mint a „szomszédos molekulák közötti átlagos távolság”.

Gáztörvényekés az MKT alapjai.

Ha a gáz kellően ritkított (és ez általános dolog, leggyakrabban ritkított gázokkal kell számolnunk), akkor szinte minden számítást egy képlet segítségével végeznek, amely a P nyomást, a V térfogatot, a ν gáz mennyiségét és a T hőmérsékletet viszonyítja. ez a híres "ideális gáz egyenletállapota» P·V= ν·R·T. Meglehetősen egyszerű és érthető, hogyan lehet megtalálni az egyik mennyiséget, ha az összes többi megadva van. De meg lehet fogalmazni a problémát úgy is, hogy a kérdés valamilyen más mennyiségre vonatkozik - például egy gáz sűrűségére. Tehát a feladat a nitrogén sűrűségének meghatározása 300 K hőmérsékleten és 0,2 atm nyomáson. Oldjuk meg. Az állapotból ítélve a gáz meglehetősen ritka (a 80%-ban nitrogénből álló, jóval nagyobb nyomású levegő ritkítottnak tekinthető, szabadon lélegezzük be és könnyen áthaladunk rajta), és ha ez nem így lenne, még mindig lennének más képleteink, nem – használd ezt, kedvesem. A feltétel nem határozza meg a gáz egyetlen részének térfogatát sem, mi magunk állítjuk be. Vegyünk 1 köbméter nitrogént, és keressük meg ebben a térfogatban a gáz mennyiségét. A nitrogén M = 0,028 kg / mol moláris tömegének ismeretében megtaláljuk ennek a résznek a tömegét - és a probléma megoldódott. A gáz mennyisége ν= P V/R T, tömege m = ν M = M P V/R T, tehát a sűrűség ρ= m/V = M P/R T = 0,028 20000/( 8,3 300) ≈ 0,2 kg/m3. Az általunk választott térfogat soha nem szerepelt a válaszban, a konkrétság kedvéért választottuk - így könnyebb okoskodni, mert nem kell azonnal rájönni, hogy a térfogat bármi lehet, de a sűrűség is ugyanaz lesz . Azonban azt gondolhatjuk, hogy "egy térfogatot, mondjuk ötször nagyobb mennyiséget veszünk, pontosan ötszörösére növeljük a gáz mennyiségét, ezért bármilyen térfogatot veszünk is, a sűrűség ugyanaz lesz." Egyszerűen átírhatja kedvenc képletét, behelyettesítve abba a gázmennyiség kifejezését a gáz egy részének tömegén és annak moláris tömegén keresztül: ν \u003d m / M, akkor az m / V \u003d M P / R T arány azonnal kifejezve, és ez a sűrűség . Lehetett venni egy mól gázt és megkeresni az általa elfoglalt térfogatot, ami után azonnal meg lehet találni a sűrűséget, mert ismert a mól tömege. Általánosságban elmondható, hogy minél egyszerűbb a feladat, annál egyenlőbb és gyönyörű módokon megoldani...
Itt van egy másik probléma, ahol a kérdés váratlannak tűnhet: keresse meg a légnyomás különbségét 20 m magasságban és 50 m talajszint feletti magasságban. Hőmérséklet 00С, nyomás 1 atm. Megoldás: ha ilyen körülmények között megtaláljuk a ρ levegősűrűséget, akkor a ∆P = ρ·g·∆H nyomáskülönbség. A sűrűséget ugyanúgy megtaláljuk, mint az előző feladatnál, csak az a nehézség, hogy a levegő gázkeverék. Feltételezve, hogy 80% nitrogénből és 20% oxigénből áll, a keverék egy móljának tömegét kapjuk: m = 0,8 0,028 + 0,2 0,032 ≈ 0,029 kg. A mól által elfoglalt térfogat V= R·T/P, és a sűrűséget e két mennyiség arányaként kapjuk meg. Akkor minden világos, a válasz körülbelül 35 Pa lesz.
A gáz sűrűségét is ki kell számolni például egy adott térfogatú ballon emelőerejének meghatározásánál, a búvárhengerekben lévő, ismert ideig tartó víz alatti légzéshez szükséges levegő mennyiségének kiszámításakor, a szám kiszámításakor. egy adott mennyiségű higanygőz sivatagon keresztül történő szállításához szükséges szamarak, és sok más esetben is.
De a feladat bonyolultabb: egy elektromos vízforraló zajosan forr az asztalon, fogyasztása 1000 W, hatásfok. fűtés 75% (a többi "elhagyja" a környező térbe). A fúvókából - az "orr" területe 1 cm2 - gőzsugár repül ki, becsülje meg a gáz sebességét ebben a sugárban. Az összes szükséges adatot a táblázatokból veszik.
Döntés. Feltételezzük, hogy a víz felett a kannában telített gőz képződik, majd +1000 C-on telített vízgőz sugár száll ki a kifolyóból. Egy ilyen gőz nyomása 1 atm, könnyű megtalálni a sűrűségét. Ismerve a párolgáshoz használt teljesítményt P = 0,75 P0 = 750 W és a párolgási (párolgási) fajhőt r = 2300 kJ / kg, megkapjuk az idő alatt keletkező gőz tömegét τ: m = 0,75 P0 τ / r. Ismerjük a sűrűséget, akkor könnyű meghatározni ennek a gőzmennyiségnek a térfogatát. A többi már világos - képzeljük el ezt a térfogatot egy 1 cm2 keresztmetszeti területű oszlopnak, ennek az oszlopnak a hossza osztva τ-val, megadja az indulási sebességet (ilyen hosszúság kirepül egy második). Tehát a sugár kiáramlási sebessége a teáskanna kifolyóból V = m/(ρ S τ) = 0,75P0 τ/(r ρ S τ) = 0,75P0 R T/(r P M S) = 750 8,3 373/(2,3 106 1 105 0,018 1 10-4) ≈ 5 m/s.
c) Zilberman A.R.

A gázokban a molekulák és az atomok közötti távolság általában sokkal nagyobb, mint a molekulák mérete, és a vonzóerők nagyon kicsik. Ezért a gázoknak nincs saját alakjuk és állandó térfogatuk. A gázok könnyen összenyomhatók, mert a nagy távolságokon fellépő taszító erők is kicsik. A gázoknak megvan az a tulajdonságuk, hogy korlátlanul tágulnak, kitöltve a számukra biztosított teljes térfogatot. A gázmolekulák nagyon nagy sebességgel mozognak, ütköznek egymással, különböző irányokba verik vissza egymást. A molekulák számos hatást gyakorolnak az ér falára gáznyomás.

Molekulák mozgása folyadékokban

A folyadékokban a molekulák nemcsak az egyensúlyi helyzet körül oszcillálnak, hanem egyik egyensúlyi helyzetből a másikba ugrálnak. Ezek az ugrások rendszeresen előfordulnak. Az ilyen ugrások közötti időintervallumot ún a letelepedett élet átlagos ideje(vagy átlagos relaxációs idő) és a ? betű jelöli. Más szóval, a relaxációs idő egy adott egyensúlyi helyzet körüli rezgések ideje. Szobahőmérsékleten ez az idő átlagosan 10-11 s. Egy rezgés ideje 10 -12 ... 10 -13 s.

Az állandósult életidő a hőmérséklet emelkedésével csökken. A folyékony molekulák közötti távolság kisebb, mint a molekulák mérete, a részecskék közel vannak egymáshoz, és nagy az intermolekuláris vonzás. A folyadékmolekulák elrendezése azonban nem szigorúan rendezett a térfogatban.

A folyadékok, akárcsak a szilárd anyagok, megtartják térfogatukat, de nincs saját alakjuk. Ezért olyan edény alakját veszik fel, amelyben elhelyezkednek. A folyadéknak megvan a tulajdonsága folyékonyság. Ennek a tulajdonságának köszönhetően a folyadék nem áll ellen az alakváltozásnak, keveset présel össze, fizikai tulajdonságai a folyadékon belül minden irányban azonosak (folyadékok izotrópiája). Először Yakov Iljics Frenkel (1894-1952) szovjet fizikus állapította meg a folyadékokban a molekuláris mozgás természetét.

Molekulák mozgása szilárd anyagokban

A szilárd test molekulái és atomjai meghatározott sorrendben és formában helyezkednek el kristályrács. Az ilyen szilárd anyagokat kristályosnak nevezzük. Az atomok az egyensúlyi helyzet körül oszcillálnak, és nagyon erős a vonzás köztük. Ezért a szilárd testek normál körülmények között megtartják térfogatukat és saját alakjukat.