Distancia entre moléculas en un líquido sólido. Interacción de moléculas

Las sustancias sólidas son aquellas que son capaces de formar cuerpos y tienen volumen. Se diferencian de los líquidos y gases en su forma. Los sólidos conservan la forma de su cuerpo debido al hecho de que sus partículas no pueden moverse libremente. Se diferencian por su densidad, plasticidad, conductividad eléctrica y color. También tienen otras propiedades. Así, por ejemplo, la mayoría de estas sustancias se funden durante el calentamiento, adquiriendo un estado líquido de agregación. Algunos de ellos, cuando se calientan, se convierten inmediatamente en gas (subliman). Pero también están los que se descomponen en otras sustancias.

Tipos de sólidos

Todos los sólidos se clasifican en dos grupos.

Amorfo, en el que las partículas individuales se ubican al azar. En otras palabras: no tienen una estructura clara (definida). Estos sólidos son capaces de fundirse dentro de un rango de temperatura específico. Los más comunes son el vidrio y la resina.
Cristalinos, que, a su vez, se dividen en 4 tipos: atómico, molecular, iónico, metálico. En ellos, las partículas se ubican solo de acuerdo con un cierto patrón, es decir, en los nodos red cristalina... Su geometría puede variar mucho en diferentes sustancias.

Los sólidos cristalinos predominan sobre los amorfos en términos de su número.

Tipos de sólidos cristalinos

En estado sólido, casi todas las sustancias tienen una estructura cristalina. Se diferencian en sus redes en sus nodos que contienen varias partículas y elementos químicos... Fue de acuerdo con ellos que obtuvieron sus nombres. Cada tipo tiene sus propiedades características:

En una red cristalina atómica, las partículas de un sólido están unidas por un enlace covalente. Se distingue por su durabilidad. Debido a esto, tales sustancias se distinguen por puntos altos y de ebullición. Este tipo incluye cuarzo y diamante.
En una red de cristales moleculares, el enlace entre partículas se caracteriza por su debilidad. Las sustancias de este tipo se caracterizan por la facilidad de hervir y fundir. Se distinguen por su volatilidad, por lo que tienen un cierto olor. Dichos sólidos incluyen hielo, azúcar. Los movimientos moleculares en sólidos de este tipo se distinguen por su actividad.
En los nodos, las partículas correspondientes, cargadas positiva y negativamente, se alternan. Se mantienen unidos por atracción electrostática. Este tipo la red existe en álcalis, sales, muchas sustancias de este tipo se disuelven fácilmente en agua. Debido a una unión suficientemente fuerte entre los iones, son refractarios. Casi todos son inodoros, ya que no son volátiles. Las sustancias con una red iónica no pueden conducir electricidad, ya que no hay electrones libres en su composición. Ejemplo típico sólido iónico - sal de mesa. Esta celosía de cristal lo hace frágil. Esto se debe a que cualquiera de sus desplazamientos puede dar lugar a la aparición de fuerzas repulsivas de iones.
En la red cristalina de metal, solo los iones están presentes en los sitios sustancias químicas cargado positivamente. Entre ellos hay electrones libres, a través de los cuales pasa perfectamente la energía térmica y eléctrica. Es por eso que cualquier metal se distingue por una característica como la conductividad.

Conceptos generales de un sólido

Los sólidos y las sustancias son prácticamente lo mismo. Estos términos se refieren a uno de los 4 estados agregados... Los sólidos tienen una forma estable y la naturaleza del movimiento térmico de los átomos. Además, estos últimos realizan pequeñas fluctuaciones cerca de las posiciones de equilibrio. La rama de la ciencia que se ocupa del estudio de la composición y la estructura interna se denomina física del estado sólido. Hay otras áreas importantes de conocimiento relacionadas con estas sustancias. El cambio de forma bajo las influencias externas y el movimiento se denomina mecánica de un cuerpo deformable.

Debido a las diferentes propiedades de los sólidos, han encontrado aplicación en varios dispositivos técnicos creados por el hombre. Muy a menudo, su uso se basó en propiedades como dureza, volumen, masa, elasticidad, plasticidad, fragilidad. La ciencia moderna permite utilizar otras cualidades de sólidos que solo se pueden encontrar en condiciones de laboratorio.

Que son los cristales

Los cristales son sólidos con partículas dispuestas en un cierto orden. Cada uno tiene su propia estructura. Sus átomos forman un empaquetamiento periódico tridimensional llamado red cristalina. Los sólidos tienen diferentes simetrías estructurales. El estado cristalino de un sólido se considera estable porque tiene una cantidad mínima de energía potencial.

La inmensa mayoría del sólido consiste en una gran cantidad de granos individuales orientados aleatoriamente (cristalitos). Estas sustancias se denominan policristalinas. Estos incluyen aleaciones técnicas y metales, así como muchos rocas... Los cristales individuales naturales o sintéticos se denominan monocristalinos.

Muy a menudo, estos sólidos se forman a partir del estado de la fase líquida, representada por una masa fundida o una solución. A veces se obtienen de un estado gaseoso. Este proceso se llama cristalización. Gracias al progreso científico y técnico, el procedimiento para cultivar (sintetizar) varias sustancias ha ganado una escala industrial. La mayoría de los cristales tienen forma natural en la forma Sus tamaños son muy diferentes. Entonces, el cuarzo natural (cristal de roca) puede pesar hasta cientos de kilogramos y los diamantes, hasta varios gramos.

En amorfo sólidos Los átomos ah están en constante vibración alrededor de puntos ubicados aleatoriamente. Conservan un cierto orden de corto alcance, pero no hay un orden de largo alcance. Esto se debe al hecho de que sus moléculas están ubicadas a una distancia comparable a su tamaño. El ejemplo más común de un sólido de este tipo en nuestra vida es el estado vítreo. a menudo visto como un líquido con una viscosidad infinitamente alta. El tiempo de su cristalización es a veces tan largo que no se manifiesta en absoluto.

Son las propiedades anteriores de estas sustancias las que las hacen únicas. Los sólidos amorfos se consideran inestables porque pueden volverse cristalinos con el tiempo.

Moléculas y átomos que componen sólido embalado con alta densidad. Prácticamente conservan su posición mutua en relación con otras partículas y se adhieren debido a la interacción intermolecular. La distancia entre las moléculas de un sólido en diferentes direcciones se denomina parámetro de red cristalina. La estructura de una sustancia y su simetría determinan muchas propiedades, como la banda de electrones, la división y la óptica. Cuando un sólido se expone a una fuerza suficientemente grande, estas cualidades pueden violarse en un grado u otro. En este caso, el sólido es susceptible de deformación permanente.

Los átomos de los sólidos realizan movimientos oscilatorios, que determinan su posesión de energía térmica. Dado que son insignificantes, solo se pueden observar en condiciones de laboratorio. una materia sólida influye mucho en sus propiedades.

Estudio de sólidos

Varias subsecciones de la física del estado sólido estudian las características, propiedades de estas sustancias, su calidad y el movimiento de las partículas.

Para la investigación se utilizan: radioespectroscopia, análisis estructural mediante rayos X y otros métodos. Es así como se estudian las propiedades mecánicas, físicas y térmicas de los sólidos. Dureza, resistencia a cargas, resistencia a la tracción, transformaciones de fase. Estudios de ciencia de materiales. Se superpone en gran medida con la física de los sólidos. Hay otra importante ciencia moderna... El estudio de las sustancias existentes y la síntesis de nuevas se realiza mediante la química del estado sólido.

Características de los sólidos

La naturaleza del movimiento de los electrones externos de los átomos de un sólido determina muchas de sus propiedades, por ejemplo, eléctricas. Hay 5 clases de tales órganos. Se establecen en función del tipo de enlace entre átomos:

Iónico, cuya característica principal es la fuerza de atracción electrostática. Sus características: reflexión y absorción de luz en la región infrarroja. A bajas temperaturas, el enlace iónico se caracteriza por una baja conductividad eléctrica. Un ejemplo de tal sustancia es la sal sódica del ácido clorhídrico (NaCl).
Covalente, realizado por un par de electrones que pertenece a ambos átomos. Dicho vínculo se subdivide en: simple (simple), doble y triple. Estos nombres indican la presencia de pares de electrones (1, 2, 3). Los enlaces dobles y triples se denominan múltiples. Hay una división más de este grupo. Entonces, dependiendo de la distribución de la densidad de electrones, polar y conexión no polar... El primero está formado por diferentes átomos y el segundo es el mismo. Este estado sólido de una sustancia, cuyos ejemplos son el diamante (C) y el silicio (Si), se distingue por su densidad. Los cristales más duros pertenecen precisamente al enlace covalente.
Metálico, formado por la combinación de los electrones de valencia de los átomos. Como resultado, aparece una nube de electrones común, que se desplaza bajo la influencia del voltaje eléctrico. Se forma un enlace metálico cuando los átomos que se van a enlazar son grandes. Son los que pueden donar electrones. Para muchos metales y compuestos complejos, este enlace forma un estado sólido de materia. Ejemplos: sodio, bario, aluminio, cobre, oro. De los compuestos no metálicos, se pueden destacar los siguientes: AlCr 2, Ca 2 Cu, Cu 5 Zn 8. Las sustancias con un enlace metálico (metales) tienen diversas propiedades físicas. Pueden ser líquidos (Hg), blandos (Na, K), muy duros (W, Nb).
Molecular, que surge en cristales, que están formados por moléculas individuales de una sustancia. Se caracteriza por los espacios entre moléculas con densidad de electrones cero. Las fuerzas que unen a los átomos en tales cristales son significativas. En este caso, las moléculas se atraen entre sí solo por una atracción intermolecular débil. Es por eso que los vínculos entre ellos se destruyen fácilmente cuando se calientan. Las conexiones entre átomos son mucho más difíciles de romper. El enlace molecular se subdivide en orientativo, dispersivo e inductivo. Un ejemplo de tal sustancia es el metano sólido.
Hidrógeno, que surge entre los átomos polarizados positivamente de una molécula o parte de ella y la partícula más pequeña polarizada negativamente de otra molécula u otra parte. Estas conexiones incluyen hielo.

Propiedades de los sólidos

¿Qué sabemos hoy? Los científicos llevan mucho tiempo estudiando las propiedades del estado sólido de la materia. Cuando se expone a las temperaturas, también cambia. La transición de un cuerpo de este tipo a un líquido se llama fusión. La transformación de un sólido en un estado gaseoso se llama sublimación. A medida que disminuye la temperatura, el sólido cristaliza. Algunas sustancias bajo la influencia del frío pasan a la fase amorfa. Los científicos llaman a este proceso vitrificación.

Cuando cambia la estructura interna de los sólidos. Adquiere el mayor orden con la temperatura decreciente. A presión atmosférica y temperatura T> 0 K cualquier sustancia existente en la naturaleza solidifica. Solo el helio, que requiere una presión de 24 atm para cristalizar, es una excepción a esta regla.

El estado sólido de la sustancia le confiere diversas propiedades físicas... Caracterizan el comportamiento específico de los cuerpos bajo la influencia de ciertos campos y fuerzas. Estas propiedades se subdividen en grupos. Existen 3 métodos de exposición correspondientes a 3 tipos de energía (mecánica, térmica, electromagnética). En consecuencia, existen 3 grupos de propiedades físicas de los sólidos:

Propiedades mecánicas asociadas a tensiones y deformaciones de cuerpos. Según estos criterios, los sólidos se dividen en elásticos, reológicos, resistentes y tecnológicos. En reposo, dicho cuerpo conserva su forma, pero puede cambiar bajo la influencia de una fuerza externa. Además, su deformación puede ser plástica (la forma inicial no vuelve), elástica (vuelve a su forma original) o destructiva (cuando se alcanza un cierto umbral, se produce la desintegración / fractura). La respuesta a la fuerza aplicada se describe mediante los módulos elásticos. Un cuerpo rígido resiste no solo la compresión, la tensión, sino también el corte, la torsión y la flexión. La fuerza de un sólido se llama propiedad de resistir la destrucción.
Térmica, que se manifiesta cuando se expone a campos térmicos. Una de las propiedades más importantes es el punto de fusión en el que el cuerpo se vuelve líquido. Se encuentra en sólidos cristalinos. Los cuerpos amorfos tienen un calor de fusión latente, ya que su transición a un estado líquido con un aumento de temperatura se produce de forma gradual. Al alcanzar una cierta calidez cuerpo amorfo pierde elasticidad y gana plasticidad. Este estado significa que alcanza la temperatura de transición vítrea. Cuando se calienta, se produce la deformación del sólido. Además, con mayor frecuencia se expande. Cuantitativamente, este estado se caracteriza por un cierto coeficiente. La temperatura corporal influye en las características mecánicas como la fluidez, ductilidad, dureza y resistencia.
Electromagnético, asociado al impacto sobre un sólido de corrientes de micropartículas y ondas electromagnéticas de alta rigidez. Las propiedades de la radiación se denominan convencionalmente.

Estructura de zona

Los sólidos se clasifican según la denominada estructura de zona... Entonces, entre ellos se distinguen:

Conductores, caracterizados porque sus bandas de conducción y valencia se superponen. En este caso, los electrones pueden moverse entre ellos, recibiendo la menor energía. Todos los metales se consideran conductores. Cuando se aplica una diferencia de potencial a dicho cuerpo, se forma una corriente eléctrica (debido al libre movimiento de electrones entre los puntos con el potencial más bajo y más alto).
Dieléctricos cuyas zonas no se superponen. El intervalo entre ellos supera los 4 eV. Para transportar electrones desde la valencia hasta la banda conductora, se necesita mucha energía. Debido a estas propiedades, los dieléctricos prácticamente no conducen corriente.
Semiconductores caracterizados por la ausencia de bandas de conducción y valencia. El intervalo entre ellos es inferior a 4 eV. Para transferir electrones de la valencia a la banda conductora, se requiere menos energía que para los dieléctricos. Los semiconductores puros (no dopados e intrínsecos) no conducen bien la corriente.

El movimiento de moléculas en sólidos determina sus propiedades electromagnéticas.

Otras propiedades

Los sólidos se subdividen según su propio propiedades magnéticas... Hay tres grupos:

Diamagnetos, cuyas propiedades dependen poco de la temperatura o del estado de agregación.
Paramagnetos resultantes de la orientación de los electrones de conducción y los momentos magnéticos de los átomos. Según la ley de Curie, su susceptibilidad disminuye en proporción a la temperatura. Entonces, a 300 K es 10 -5.
Cuerpos con estructura magnética ordenada y orden atómico de largo alcance. En los nodos de su red, las partículas con momentos magnéticos se ubican periódicamente. Estos sólidos y sustancias se utilizan a menudo en diversos campos de la actividad humana.

Las sustancias más duras de la naturaleza.

¿Qué son? La densidad de los sólidos determina en gran medida su dureza. Por últimos años Los científicos han descubierto varios materiales que afirman ser "el cuerpo más duradero". La sustancia más dura es la fullerita (un cristal con moléculas de fullereno), que es aproximadamente 1,5 veces más dura que el diamante. Desafortunadamente, actualmente solo está disponible en cantidades extremadamente pequeñas.

Hasta la fecha, la sustancia más dura que se puede utilizar en la industria es la lonsdaleita (diamante hexagonal). Es un 58% más duro que un diamante. Lonsdaleita es una modificación alotrópica del carbono. Su celosía de cristal es muy similar a la de un diamante. La celda de lonsdaleita contiene 4 átomos y el diamante, 8. De los cristales ampliamente utilizados, el diamante sigue siendo el más duro en la actualidad.

Física. Moléculas. La disposición de moléculas en una distancia gaseosa, líquida y sólida.

En estado gaseoso, las moléculas no están unidas entre sí, están a una gran distancia entre sí. Movimiento browniano. El gas se puede comprimir con relativa facilidad.
En un líquido, las moléculas están cerca unas de otras, vibrando juntas. La compresión es casi imposible.
En sólido: las moléculas están dispuestas en un orden estricto (en redes cristalinas), cualquier movimiento de las moléculas está ausente. No sucumbirán a la compresión.
La estructura de la materia y los inicios de la química:
http://samlib.ru/a/anemow_e_m/aa0.shtml
(sin registro ni mensajes SMS, en un formato de texto conveniente: puede usar Ctrl + C)
No se puede estar de acuerdo de ninguna manera en que las moléculas no se mueven en estado sólido.
Movimiento de moléculas en gases.
En los gases, la distancia entre moléculas y átomos suele ser mucho mayor que el tamaño de las moléculas y las fuerzas de atracción son muy pequeñas. Por tanto, los gases no tienen forma propia ni volumen constante. Los gases se comprimen fácilmente, porque las fuerzas repulsivas en largas distancias también son pequeñas. Los gases tienen la propiedad de expandirse indefinidamente, llenando todo el volumen que se les proporciona. Las moléculas de gas se mueven con una altas velocidades, chocan entre sí, rebotan entre sí en diferentes direcciones. Numerosos impactos de moléculas en las paredes del recipiente crean presión de gas.

Movimiento de moléculas en líquidos.
En los líquidos, las moléculas no solo vibran alrededor de una posición de equilibrio, sino que también saltan de una posición de equilibrio a una adyacente. Estos saltos ocurren periódicamente. El intervalo de tiempo entre estos saltos se denomina vida sedentaria media (o tiempo medio de relajación) y se indica con la letra ?. En otras palabras, el tiempo de relajación es el tiempo de oscilación alrededor de una posición de equilibrio definida. A temperatura ambiente, este tiempo es en promedio de 10-11 s. El tiempo de una oscilación es de 10-1210-13 s.

La vida sedentaria disminuye con el aumento de temperatura. La distancia entre las moléculas de líquido es menor que el tamaño de las moléculas, las partículas están ubicadas cerca unas de otras y la atracción intermolecular es grande. Sin embargo, la disposición de las moléculas líquidas no está estrictamente ordenada en todo el volumen.
Los líquidos, como los sólidos, retienen su volumen, pero no tienen su propia forma. Por tanto, toman la forma del recipiente en el que se encuentran. El líquido tiene una propiedad como la fluidez. Debido a esta propiedad, el líquido no se resiste a cambiar de forma, se encoge poco y sus propiedades físicas son las mismas en todas las direcciones dentro del líquido (isotropía de líquidos). Por primera vez, el físico soviético Yakov Il'ich Frenkel (1894 1952) estableció el carácter del movimiento molecular en líquidos.
Movimiento de moléculas en sólidos.
Las moléculas y los átomos de un sólido están dispuestos en un orden específico y forman una red cristalina. Estos sólidos se denominan cristalinos. Los átomos oscilan alrededor de la posición de equilibrio y la atracción entre ellos es muy grande. Por tanto, en condiciones normales, los sólidos retienen su volumen y tienen sus propias formas.
En gaseoso: mover al azar, cortar
En líquido, se mueven en línea unos con otros.
En sólido, no se mueven.

Las distancias entre moléculas son comparables a los tamaños de las moléculas (en condiciones normales) para

líquidos, cuerpos amorfos y cristalinos
gases y liquidos
gases, líquidos y cuerpos cristalinos

En gases en condiciones normales, la distancia media entre moléculas es

aproximadamente igual al diámetro de la molécula
menor que el diámetro de la molécula
aproximadamente 10 veces el diámetro de la molécula
depende de la temperatura del gas

El menor orden en la disposición de las partículas es característico de

liquidos
cuerpos cristalinos
cuerpos amorfos

La distancia entre las partículas vecinas de una sustancia, en promedio, es muchas veces mayor que el tamaño de las propias partículas. Esta declaración es consistente con el modelo

solo modelos de la estructura de los gases
solo modelos de la estructura de los cuerpos amorfos
modelos de la estructura de gases y líquidos
modelos de la estructura de gases, líquidos y sólidos

Durante la transición del agua desde estado liquido en cristalino

la distancia entre moléculas aumenta
las moléculas comienzan a atraerse entre sí
mayor orden en la disposición de las moléculas
la distancia entre moléculas disminuye

A presión constante, la concentración de moléculas de gas aumentó 5 veces y su masa no cambió. Energía cinética promedio del movimiento de traslación de moléculas de gas

no ha cambiado
aumentado 5 veces
disminuido en 5 veces
aumentado por una raíz de cinco veces

La tabla muestra los puntos de fusión y ebullición de algunas sustancias:

sustancia	Temperatura de ebullición	sustancia	Temperatura de fusión

		naftalina

Elija la declaración correcta.

El punto de fusión del mercurio es mayor que el punto de ebullición del éter

El punto de ebullición del alcohol es menor que el punto de fusión del mercurio.

El punto de ebullición del alcohol es más alto que el punto de fusión del naftaleno.

El punto de ebullición del éter es menor que el punto de fusión del naftaleno.

La temperatura del sólido bajó 17 ºС. En la escala absoluta de temperaturas, este cambio fue

1) 290 K 2) 256 K 3) 17 K 4) 0 K

9. En un recipiente de volumen constante hay un gas ideal en la cantidad de 2 mol. ¿Cómo debe cambiarse la temperatura absoluta del recipiente con gas cuando se libera 1 mol de gas del recipiente para que la presión del gas en las paredes del recipiente se duplique?

1) aumentar 2 veces 3) aumentar 4 veces

2) disminuir en 2 veces 4) disminuir en 4 veces

10. A una temperatura T y una presión p, un mol de un gas ideal ocupa un volumen V. ¿Cuál es el volumen del mismo gas, tomado en una cantidad de 2 mol, a una presión de 2p y una temperatura de 2T?

1) 4 V 2) 2 V 3) V 4) 8 V

11. La temperatura del hidrógeno tomada en una cantidad de 3 moles en un recipiente es igual a T. ¿Cuál es la temperatura del oxígeno tomado en una cantidad de 3 moles en un recipiente del mismo volumen y a la misma presión?

1) T 2) 8T 3) 24 T 4) T / 8

12. En un recipiente cerrado por un pistón, hay un gas ideal. El gráfico de la dependencia de la presión del gas sobre la temperatura con cambios en su estado se muestra en la figura. ¿Qué estado de gas hace valor más pequeño¿volumen?

1) A 2) B 3) C 4) D

13. En un recipiente de volumen constante hay un gas ideal, cuya masa cambia. El diagrama muestra el proceso de cambio del estado del gas. ¿En qué punto del diagrama es mayor la masa de gas?

1) A 2) B 3) C 4) D

14. A la misma temperatura, el vapor saturado en un recipiente cerrado difiere del vapor insaturado en el mismo recipiente.

1) presión

2) la velocidad de movimiento de las moléculas

3) la energía media del movimiento caótico de moléculas

4) ausencia de mezcla de gases extraños

15. ¿Qué punto del diagrama corresponde a la presión máxima del gas?

no se puede dar una respuesta exacta

17. Un globo con un volumen de 2500 metros cúbicos con una masa de carcasa de 400 kg tiene una abertura en la parte inferior a través de la cual un quemador calienta el aire del globo. ¿A qué temperatura mínima se debe calentar el aire del globo para que el globo despegue junto con una carga (canasta y globo) de 200 kg? La temperatura ambiente es de 7 ° C, su densidad es de 1,2 kg por metro cúbico. Considere el caparazón de una esfera inextensible.

MKT y termodinámica

MKT y termodinámica

Para esta sección, cada opción incluía cinco tareas con una opción

respuesta, de las cuales 4 - nivel básico y 1 - avanzado. Basado en los resultados del examen

Se aprendieron los siguientes elementos de contenido:

Aplicación de la ecuación de Mendeleev-Clapeyron;

Dependencia de la presión del gas de la concentración de moléculas y temperatura;

La cantidad de calor durante el calentamiento y enfriamiento (cálculo);

Funciones de transferencia de calor;

Humedad relativa del aire (cálculo);

Trabajo en termodinámica (gráfico);

Aplicación de la ecuación de estado de los gases.

Entre las tareas del nivel básico, las dificultades fueron causadas por las siguientes preguntas:

1) Cambio en la energía interna en varios isoprocesos (por ejemplo, cuando

aumento isocórico de la presión) - 50% de cumplimiento.

2) Parcelas de isoproceso - 56%.

Ejemplo 5.

La masa constante de un gas ideal participa en el proceso que se muestra

en la foto. Se alcanza la presión de gas más alta en el proceso.

1) en el punto 1

2) en todo el segmento 1-2

3) en el punto 3

4) en todo el segmento 2-3

Respuesta 1

3) Determinación de la humedad del aire - 50%. Estas asignaciones contenían una fotografía

psicrómetro, según el cual era necesario tomar lecturas de seco y húmedo

termómetros, y luego determinar la humedad usando parte

tabla psicrométrica dada en la tarea.

4) Aplicación de la primera ley de la termodinámica. Estas tareas resultaron ser las más

difícil entre las tareas del nivel básico en esta sección - 45%. Aquí

era necesario utilizar la gráfica, para determinar el tipo de isoproceso

(se utilizaron isotermas o isocoros) y de acuerdo con este

determinar uno de los parámetros dado el otro.

Entre las tareas nivel aumentado se presentaron tareas de cálculo para

aplicación de la ecuación de estado de los gases, que se resolvió con un promedio de 54%

estudiantes, así como las tareas utilizadas anteriormente para determinar el cambio

parámetros de un gas ideal en un proceso arbitrario. Los afronta con éxito

sólo un grupo de graduados sólidos, y el porcentaje promedio de finalización fue del 45%.

Una de estas tareas se muestra a continuación.

Ejemplo 6

En un recipiente cerrado por un pistón, hay un gas ideal. Proceso

Los cambios en el estado del gas se muestran en el diagrama (ver figura). Cómo

¿Cambió el volumen de gas durante su transición del estado A al estado B?

1) aumentado todo el tiempo

2) disminuyó todo el tiempo

3) primero aumentó, luego disminuyó

4) primero disminuyó, luego aumentó

Respuesta 1

Cantidad de actividades

Tareas%

fotos2 10-12 25.0-30.0

4. FÍSICA

4.1. Características de los materiales de medición de control en física

2007 año

La prueba de examen para el examen estatal unificado en 2007 había

la misma estructura que en los dos años anteriores. Constaba de 40 tareas,

que difieren en la forma de presentación y el nivel de complejidad. En la primera parte del trabajo

Se incluyeron 30 preguntas de opción múltiple, donde se asignó cada tarea

cuatro posibles respuestas, de las cuales sólo una era correcta. La segunda parte contenía 4

asignaciones con una respuesta corta. Eran problemas computacionales, después de resolver

que requería dar la respuesta en forma de número. La tercera parte del examen

trabajo: estas son 6 tareas de cálculo, a las que fue necesario llevar un completo

solución implementada. El tiempo total para completar el trabajo fue de 210 minutos.

Codificador de elementos de contenido educativo y especificación

trabajo de examen han sido compilados sobre la base del Mínimo Obligatorio

1999 No. 56) y tuvo en cuenta el componente federal de la norma estatal

educación secundaria (completa) en física, nivel de perfil(Orden del Ministerio de Defensa de 5

Marzo de 2004 No. 1089). El codificador de elementos de contenido no ha sufrido ningún cambio.

en comparación con 2006 e incluyó solo aquellos elementos que simultáneamente

presente como en el componente federal de la norma estatal

(nivel de perfil, 2004) y en el contenido mínimo obligatorio

educación 1999

Comparado con el control materiales de medición 2006 en opciones

El USE de 2007 se modificó de dos maneras. El primero fue la redistribución

asignaciones en la primera parte del trabajo sobre una base temática. Independientemente de la complejidad

(niveles básico o avanzado), primero siguió todas las tareas en mecánica, luego

sobre MKT y termodinámica, electrodinámica y, finalmente, sobre física cuántica. Segundo

el cambio se refería a la introducción específica de tareas que controlan

formación de habilidades metodológicas. En 2007, las asignaciones A30 evaluaron las habilidades

analizar los resultados investigación experimental expresado como

tablas o gráficos, así como crear gráficos basados en los resultados del experimento. Selección

Las asignaciones para la línea A30 se llevaron a cabo en base a la necesidad de verificación en este

una serie de opciones para un tipo de actividad y, en consecuencia, independientemente de

afiliación temática de una tarea específica.

En el trabajo de examen, las tareas del básico, aumentaron

y altos niveles de dificultad. Las asignaciones de nivel básico probaron el dominio de la mayoría

importantes conceptos y leyes físicas. Se supervisaron las tareas avanzadas

la capacidad de utilizar estos conceptos y leyes para analizar procesos más complejos o

la capacidad de resolver problemas en la aplicación de una o dos leyes (fórmulas) de acuerdo con cualquiera de

temas del curso de física de la escuela. Tareas nivel alto las dificultades se calculan

tareas que reflejen el nivel de requisitos para los exámenes de ingreso a las universidades y

requieren la aplicación de conocimientos de dos o tres secciones de la física a la vez en una forma modificada o

nueva situación.

En KIM 2007, se incluyeron tareas para todos los principales

secciones del curso de física:

1) "Mecánica" (cinemática, dinámica, estática, leyes de conservación en mecánica,

vibraciones mecánicas y ondas);

2) “Física Molecular. Termodinámica";

3) "Electrodinámica" (electrostática, CORRIENTE CONTINUA., un campo magnético,

inducción electromagnética, oscilaciones y ondas electromagnéticas, óptica);

4) " La física cuántica"(Elementos de SRT, dualismo onda-partícula, física

átomo, física del núcleo atómico).

La Tabla 4.1 muestra la distribución de tareas por bloques de contenido en cada

de partes del trabajo de examen.

Cuadro 4.1

dependiendo del tipo de tareas

Todo el trabajo

(con una opción

(con un corto

Tareas% Cantidad

Tareas%

1 Mecánica 11-131 27,5-32,5 9-10 22,5-25,0 1 2,5 1-2 2,5-5,0

2 MKT y termodinámica 8-10 20.0-25.0 6-7 15.0-17.5 1 2.5 1-2 2.5-5.0

3 Electrodinámica 12-14 30.0-35.5 9-10 22.5-15.0 2 5.0 2-3 5.0-7.5

4 Física cuántica y

STO 6-8 15,0-20,0 5-6 12,5-15,0 - - 1-2 2,5-5,0

La tabla 4.2 muestra la distribución de tareas por bloques de contenido en

dependiendo del nivel de dificultad.

mesa4.2

Distribución de tareas por secciones del curso de física

dependiendo del nivel de dificultad

Todo el trabajo

Un nivel básico de

(con una opción

Elevado

(con una opción de respuesta

y un corto

Nivel alto

(con expandido

Sección por respuesta)

Tareas% Cantidad

Tareas%

1 Mecánica 11-13 27,5-32,5 7-8 17,5-20,0 3 7,5 1-2 2,5-5,0

2 MKT y termodinámica 8-10 20.0-25.0 5-6 12.5-15.0 2 5.0 1-2 2.5-5.0

3 Electrodinámica 12-14 30.0-35.5 7-8 17.5-20.0 4 10.0 2-3 5.0-7.5

4 Física cuántica y

STO 6-8 15.0-20.0 4-5 10.0-12.5 1 2.5 1-2 2.5-5.0

Al desarrollar el contenido del examen se tuvo en cuenta

Necesito comprobar el dominio diferentes tipos ocupaciones. Donde

Las tareas para cada una de las series de opciones se seleccionaron teniendo en cuenta la distribución por tipo.

actividades presentadas en la tabla 4.3.

1 El cambio en el número de tareas para cada tema está asociado a un tema diferente tareas complejas C6 y

asignaciones A30, que evalúan las habilidades metodológicas sobre el material de diferentes ramas de la física, en

diferentes series de opciones.

mesa4.3

Distribución de tareas por tipo de actividad

Cantidad de actividades

Tareas%

1 Entender significado físico modelos, conceptos, cantidades 4-5 10.0-12.5

2 Explica fenomeno fisico, para distinguir la influencia de diferentes

factores en el curso de los fenómenos, manifestaciones de fenómenos en la naturaleza o

su uso en dispositivos técnicos y en la vida cotidiana

3 Aplicar las leyes de la física (fórmulas) para analizar procesos en

nivel de calidad 6-8 15.0-20.0

4 Aplicar las leyes de la física (fórmulas) para analizar procesos en

nivel de diseño 10-12 25.0-30.0

5 Analizar los resultados de los estudios experimentales 1-2 2,5-5,0

6 Analizar la información obtenida de gráficos, tablas, diagramas,

fotos2 10-12 25.0-30.0

7 Resolver problemas de varios niveles de dificultad 13-14 32,5-35,0

Todas las tareas de la primera y segunda parte del trabajo de examen se calificaron en 1

puntuación primaria. Las soluciones a los problemas de la tercera parte (C1-C6) fueron verificadas por dos expertos en

de acuerdo con los criterios de evaluación generalizados, teniendo en cuenta la corrección y

integridad de la respuesta. La puntuación máxima para todas las tareas con una respuesta detallada fue 3

puntos. El problema se consideró resuelto si el alumno obtuvo al menos 2 puntos.

Según los puntos otorgados por todos los elementos del examen

trabajo, fue transferido a puntos de "prueba" en una escala de 100 puntos y a calificaciones

en una escala de cinco puntos. La Tabla 4.4 refleja la relación entre primaria,

marcas de prueba para sistema de cinco puntos durante los últimos tres años.

mesa4.4

Proporción puntos primarios , puntajes y calificaciones de exámenes

Años, puntos 2 3 4 5

2007 primaria 0-11 12-22 23-35 36-52

prueba 0-32 33-51 52-68 69-100

2006 primaria 0-9 10-19 20-33 34-52

prueba 0-34 35-51 52-69 70-100

2005 primaria 0-10 11-20 21-35 36-52

prueba 0-33 34-50 51-67 68-100

La comparación de los límites de los puntos primarios muestra que este año las condiciones

La obtención de las notas correspondientes fue más estricta que en 2006, pero

aproximadamente correspondía a las condiciones de 2005. Esto se debió a que en el pasado

año examen unificado La física la tomaron no solo los que iban a ingresar a las universidades

en el perfil relevante, pero también casi el 20% de los estudiantes (del número total de solicitantes),

que estudió física en nivel básico(para ellos, este examen fue por decisión

región requerida).

Se prepararon un total de 40 opciones para el examen en 2007,

que constaba de cinco series de 8 variantes, creadas según diferentes planos.

La serie de variantes difiere en los elementos controlados del contenido y tipos

actividades para la misma línea de tareas, pero en general todas tenían aproximadamente

2 En este caso, nos referimos a la forma de presentación de la información en el texto de la tarea o distractores,

por lo tanto, el mismo trabajo puede probar dos actividades.

mismo nivel promedio complejidad y correspondía al plan de examen

trabajo que figura en el Apéndice 4.1.

4.2. Características de los participantes en el examen de física.2007 del año

El número de participantes en el Examen Estatal Unificado de Física de este año ascendió a 70.052 personas, que

significativamente menor que en el año anterior, y corresponde aproximadamente a los indicadores

2005 (ver tabla 4.5). El número de regiones en las que los graduados tomaron el Examen del Estado Unificado en

física, aumentó a 65. El número de graduados que eligieron la física en el formato

El Examen Estatal Unificado difiere significativamente para las diferentes regiones: de 5316 personas. en la republica

Tartaristán hasta 51 personas en Nenets región Autónoma... Como porcentaje de

el número total de graduados, el número de participantes en el examen de física oscila entre

0,34% en Moscú al 19,1% en la región de Samara.

mesa4.5

Participantes del examen

Año Número Niñas Niños

regiones

de participantes Número% Número%

2005 54 68 916 18 006 26,1 50 910 73,9

2006 61 90 3893 29 266 32,4 61 123 67,6

2007 65 70 052 17 076 24,4 52 976 75,6

El examen de física es elegido principalmente por hombres jóvenes, y solo una cuarta parte de

del número total de participantes son niñas que han optado por continuar

universidades de educación de perfil físico y técnico.

La distribución de participantes en el examen por

tipos de asentamientos (ver tabla 4.6). Casi la mitad de los graduados que aprobaron

Examen estatal unificado de física, vive en grandes ciudades y solo el 20% son estudiantes que han completado

escuelas rurales.

mesa4.6

Distribución de los participantes del examen por tipo de asentamiento, en el cual

sus instituciones educativas están ubicadas

Número de examinados Porcentaje

Un tipo asentamiento examinados

Asentamiento de tipo rural (aldea,

aldea, aldea, etc.) 13767 18107 14281 20,0 20,0 20,4

Asentamiento de tipo urbano

(asentamiento de trabajadores, asentamiento urbano

tipo, etc.)

4 780 8 325 4 805 6,9 9,2 6,9

Ciudad con una población de menos de 50 mil habitantes 7427 10810 7965 10,8 12,0 11,4

Ciudad con una población de 50-100 mil habitantes 6.063 8.757 7.088 8,8 9,7 10,1

Ciudad con una población de 100 a 450 mil habitantes 16 195 17 673 14630 23,5 19,5 20,9

Ciudad con una población de 450-680 mil habitantes 7679 11799 7210 11,1 13,1 10,3

Una ciudad con una población de más de 680 mil

personas 13.005 14.283 13.807 18,9 15,8 19,7

San Petersburgo - 72 7 - 0,1 0,01

Moscú - 224 259 - 0,2 0,3

Sin datos - 339 - - 0,4 -

Total 68916 90389 70 052100% 100% 100%

3 En 2006, en una de las regiones exámenes de admisión a las universidades de física se llevaron a cabo solo en

formato del examen. Esto llevó a un aumento tan significativo en el número de participantes de USE.

La composición de los participantes del examen por tipo de educación.

instituciones (ver cuadro 4.7). Como el año pasado, la gran mayoría

examinados graduados Instituciones educacionales, y solo alrededor del 2%

Los graduados llegaron al examen de instituciones educativas de primaria o

medio educación vocacional.

mesa4.7

Distribución de los participantes del examen por tipo de institución educativa

Número

examinados

Por ciento

Un tipo institución educativa examinados

2006 GRAMO. 2007 GRAMO. 2006 GRAMO. 2007 GRAMO.

Instituciones de educación general 86331 66849 95,5 95,4

Educación general vespertina (turno)

instituciones 487369 0,5 0,5

Internado de educación general,

escuela de cadetes, internado con

entrenamiento inicial de vuelo

1 144 1 369 1,3 2,0

Instituciones educativas de primaria y

educación secundaria profesional 1469 1333 1,7 1,9

Sin datos 958132 1,0 0,2

Total: 90389 70 052100% 100%

4.3. Los principales resultados del trabajo de examen en física.

En general, los resultados del trabajo de examen en 2007 resultaron ser

ligeramente superior a los resultados del año pasado, pero aproximadamente al mismo nivel que

indicadores del año antepasado. La Tabla 4.8 muestra los resultados del USE en física en 2007.

en una escala de cinco puntos, y en la Tabla 4.9 y la Fig. 4.1 - por puntajes de prueba de 100-

escala de puntos. Para mayor claridad de comparación, los resultados se presentan en comparación con

los dos años anteriores.

mesa4.8

Distribución de los participantes del examen por nivel

preparación(porcentaje del total)

Años "2" Puntos "n3o" 5 puntos "b4n" en la escala "5"

2005 10,5% 40,7% 38,1% 10,7%

2006 16,0% 41,4% 31,1% 11,5%

2007 12,3% 43,2% 32,5% 12,0%

mesa4.9

Distribución de los participantes del examen

según los puntos de prueba recibidos en2005-2007 aa.

Intervalo de año de la escala de puntuación de la prueba

intercambio 0-10 11-20 21-30 31-40 41-50 51-60 61-70 71-80 81-90 91-100

2005 0,09% 0,57% 6,69% 19,62% 24,27% 24,44% 16,45% 6,34% 1,03% 0,50% 68 916

2006 0,10% 0,19% 6,91% 23,65% 23,28% 19,98% 15,74% 7,21% 2,26% 0,68% 90 389

2007 0,07% 1,09% 7,80% 19,13% 27,44% 20,60% 14,82% 6,76% 1,74% 0,55% 70 052

0-10 11-20 21-30 31-40 41-50 51-60 61-70 71-80 81-90 91-100

Resultado de la prueba

Porcentaje de estudiantes que recibieron

puntaje de prueba correspondiente

Arroz. 4.1 Distribución de los participantes del examen por puntajes recibidos

La tabla 4.10 muestra una comparación de la escala en puntos de prueba en una escala de 100 puntos.

escalar con los resultados de las tareas opción de examen en primaria

mesa4.10

Comparación de intervalos de puntajes primarios y de pruebas en2007 año

Intervalo de escala

puntos de prueba 0-10 11-20 21-30 31-40 41-50 51-60 61-70 71-80 81-90 91-100

Intervalo de escala

puntos primarios 0-3 4-6 7-10 11-15 16-22 23-29 30-37 38-44 45-48 49-52

Para obtener 35 puntos (puntaje 3, puntaje primario - 13) el examinado

fue suficiente con responder correctamente las 13 más preguntas simples primera parte

trabajo. Para obtener 65 puntos (grado 4, puntaje primario - 34), el graduado debe

fue, por ejemplo, responder correctamente 25 preguntas de opción múltiple, resolver tres de cuatro

tareas con una respuesta corta, y también para hacer frente a dos tareas de alto nivel

dificultades. Los que recibieron 85 puntos (puntaje 5, puntaje primario - 46), prácticamente

Realizó idealmente la primera y segunda parte del trabajo y resolvió al menos cuatro tareas.

tercera parte.

Lo mejor de lo mejor (rango de 91 a 100 puntos) no solo necesita

tener la libertad de navegar en todas las cuestiones del curso de física de la escuela, pero también en la práctica

evite incluso errores técnicos. Entonces, para obtener 94 puntos (puntaje primario

- 49) era posible "perder" solo 3 puntos principales, por ejemplo,

Errores aritméticos en la resolución de uno de los problemas de alto nivel de complejidad.

y estar equivocado en dos preguntas de opción múltiple.

Desafortunadamente, este año no hubo un aumento en el número de graduados que recibieron

en USE resultados en física la puntuación más alta posible. Cuadro 4.11

Se proporciona el número de puntuaciones de 100 puntos durante los últimos cuatro años.

mesa4.11

Número de probados, quién puntuó de acuerdo con los resultados del examen100 puntos

Año 2004 2005 2006 2007

Número de alumnos 6 23 33 28

Los líderes de este año son 27 niños y solo una niña (A.I. Romanova de

Escuela secundaria Novovoronezh No. 1). Como en el año anterior, entre los egresados del Liceo No. 153

Ufa: dos estudiantes a la vez que anotaron 100 puntos. Los mismos resultados (dos 100-

salón de baile) y logró el gimnasio número 4 nombrado. COMO. Pushkin en la ciudad de Yoshkar-Ola.

Las moléculas son muy pequeñas, las moléculas ordinarias no se pueden ver ni siquiera con el microscopio óptico más fuerte, pero algunos parámetros de las moléculas se pueden calcular con bastante precisión (masa), y algunos solo se pueden estimar de manera muy aproximada (tamaño, velocidad), y sería bueno para entender de qué "tamaño de moléculas" y de qué tipo de "velocidad de la molécula" estamos hablando. Entonces, la masa de una molécula se encuentra como "la masa de un mol" / "el número de moléculas en un mol". Por ejemplo, para una molécula de agua m = 0.018 / 6 1023 = 3 10-26 kg (se puede calcular con mayor precisión: el número de Avogadro se conoce con buena precisión y masa molar cualquier molécula es fácil de encontrar).
La estimación del tamaño de una molécula comienza con la pregunta de qué constituye su tamaño. ¡Si tan solo fuera un cubo perfectamente pulido! Sin embargo, no es un cubo ni una bola y, en general, no tiene límites claramente definidos. ¿Qué hacer en tales casos? Empecemos desde lejos. Estimemos el tamaño de un objeto mucho más familiar: un colegial. Todos hemos visto a los escolares, tomaremos la masa del escolar de secundaria igual a 60 kg (y luego veremos si esta elección influye fuertemente en el resultado), la densidad del escolar es aproximadamente como el agua (recuerde que Vale la pena respirar el aire correctamente, y luego puede "colgar" en el agua, sumergido casi por completo, y si exhala, inmediatamente comienza a hundirse). Ahora puede encontrar el volumen del estudiante: V = 60/1000 = 0.06 metros cúbicos. metros. Si ahora asumimos que el estudiante tiene la forma de un cubo, entonces su tamaño se calcula como la raíz cúbica del volumen, es decir. aproximadamente 0,4 m Este es el tamaño - menos altura (tamaño "en altura"), más espesor (tamaño "en profundidad"). Si no sabemos nada sobre la forma del cuerpo del alumno, entonces no encontraremos nada mejor que esta respuesta (en lugar de un cubo, podrías tomar una pelota, pero la respuesta sería aproximadamente la misma, y es más difícil para calcular el diámetro de la bola que el borde de un cubo). Pero si tenemos información adicional (del análisis de fotografías, por ejemplo), entonces la respuesta puede ser mucho más razonable. Que se sepa que el "ancho" del estudiante es, en promedio, cuatro veces menor que su altura, y su "profundidad" es todavía tres veces menor. Entonces H * H / 4 * H / 12 = V, por lo tanto H = 1.5 m (no tiene sentido hacer un cálculo más preciso de un valor tan mal definido, para guiarse por las capacidades de la calculadora en tal "cálculo" es simplemente analfabeto!). Obtuvimos una estimación completamente razonable de la altura de un estudiante, si tomamos una masa de aproximadamente 100 kg (¡y hay tales estudiantes!), Obtenemos aproximadamente 1.7 - 1.8 m; también es bastante razonable.
Calculemos ahora el tamaño de una molécula de agua. Encontremos el volumen por molécula en el "agua líquida"; en ella las moléculas están más densamente empaquetadas (están más presionadas entre sí que en el estado sólido de "hielo"). Un mol de agua tiene una masa de 18 g, su volumen es de 18 metros cúbicos. centímetros. Entonces, una molécula tiene un volumen V = 18 · 10-6 / 6 · 1023 = 3 · 10-29 m3. Si no tenemos información sobre la forma de una molécula de agua (o, si no queremos tener en cuenta la forma compleja de las moléculas), la forma más sencilla es considerarla como un cubo y encontrar el tamaño exactamente como acabamos de encontró el tamaño de un estudiante cúbico: d = (V) 1/3 = 3 · 10-10 m. ¡Eso es todo! Para evaluar la influencia de la forma de moléculas bastante complejas en el resultado del cálculo, puede, por ejemplo, de la siguiente manera: calcular el tamaño de las moléculas de gasolina, contar las moléculas como cubos, y luego realizar un experimento observando el área de La mancha de una gota de gasolina en la superficie del agua. Considerando la película como una "superficie líquida de una molécula de espesor" y conociendo la masa de la gota, se pueden comparar los tamaños obtenidos por estos dos métodos. ¡El resultado será muy instructivo!
La idea utilizada también es adecuada para un cálculo completamente diferente. Calculemos la distancia promedio entre las moléculas de gas enrarecidas vecinas para un caso específico: nitrógeno a una presión de 1 atm y una temperatura de 300 K. Para hacer esto, encontraremos el volumen, que en este gas es por molécula, y luego todo resultará simple. Entonces, tome un mol de nitrógeno en estas condiciones y encuentre el volumen de la porción indicada en la condición, y luego divida este volumen por el número de moléculas: V = R T / P NA = 8.3 300/105 6 1023 = 4 10 - 26 m3. Supondremos que el volumen se divide en celdas cúbicas densamente empaquetadas, y que cada molécula "en promedio" se encuentra en el centro de su celda. Entonces, la distancia promedio entre las moléculas vecinas (más cercanas) es igual al borde de una celda cúbica: d = (V) 1/3 = 3 · 10-9 m. Se puede ver que el gas está enrarecido, con tal relación entre el tamaño de la molécula y la distancia entre los "vecinos", las propias moléculas ocupan una parte bastante pequeña - aproximadamente 1/1000 - del volumen del recipiente. También en este caso, realizamos el cálculo de forma muy aproximada, como cantidades no demasiado definidas, como "la distancia media entre moléculas vecinas", no tiene sentido calcular con mayor precisión.

Leyes de los gases y fundamentos de MKT.

Si el gas está lo suficientemente enrarecido (y esto es algo común, la mayoría de las veces tenemos que tratar con gases enrarecidos), entonces casi cualquier cálculo se realiza utilizando una fórmula que conecta la presión P, el volumen V, la cantidad de gas ν y la temperatura T - esto es la famosa "ecuación del estado del gas ideal» P · V = ν · R · T. Cómo encontrar una de estas cantidades, si se dan todas las demás, es bastante simple y directo. Pero puede formular el problema de tal manera que la pregunta sea sobre alguna otra cantidad, por ejemplo, sobre la densidad del gas. Entonces, la tarea es encontrar la densidad del nitrógeno a una temperatura de 300 K y una presión de 0.2 atm. Vamos a resolverlo. A juzgar por la condición, el gas está bastante enrarecido (el aire, que consta de un 80% de nitrógeno y a una presión significativamente más alta puede considerarse enrarecido, lo respiramos libremente y lo atravesamos fácilmente), y si esto no fuera así, no lo hacemos. nos preocupan otras fórmulas no, usamos esta, amados. La condición no especifica el volumen de ninguna porción del gas, lo configuraremos nosotros mismos. Toma 1 metro cúbico nitrógeno y encuentre la cantidad de gas en este volumen. Si conocemos la masa molar del nitrógeno M = 0.028 kg / mol, encontramos la masa de esta porción, y el problema está resuelto. La cantidad de gas ν = P V / R T, masa m = ν M = M P V / R T, de ahí la densidad ρ = m / V = M P / R T = 0.028 20000 / (8.3 300) ≈ 0.2 kg / m3. El volumen que elegimos nunca se incluyó en la respuesta, lo elegimos por su concreción; es más fácil razonar de esta manera, porque no tiene que darse cuenta de inmediato de que el volumen puede ser cualquier cosa, pero la densidad será la misma. Sin embargo, es posible calcular: "tomando el volumen, digamos, cinco veces más, aumentaremos la cantidad de gas exactamente cinco veces, por lo tanto, no importa qué volumen tomemos, la densidad será la misma". Simplemente podría reescribir su fórmula favorita sustituyendo en ella la expresión de la cantidad de gas a través de la masa de una porción del gas y su masa molar: ν = m / M, luego la relación m / V = MP / RT se expresa inmediatamente, y esta es la densidad ... Podría tomar un mol de gas y encontrar el volumen que ocupa, después de lo cual se encuentra inmediatamente la densidad, porque se conoce la masa del mol. En general, cuanto más simple es la tarea, más equitativas y hermosas formas de resolverla ...
Aquí hay otro problema donde la pregunta puede parecer inesperada: encuentre la diferencia en la presión del aire a una altura de 20 my a una altura de 50 m sobre el nivel del suelo. Temperatura 00C, presión 1 atm. Solución: si encontramos la densidad del aire ρ en estas condiciones, entonces la diferencia de presión ∆P = ρ · g · ∆H. Encontramos la densidad de la misma forma que en el problema anterior, la dificultad está solo en el hecho de que el aire es una mezcla de gases. Suponiendo que consta de 80% de nitrógeno y 20% de oxígeno, encontramos la masa de un mol de la mezcla: m = 0.8 · 0.028 + 0.2 · 0.032 ≈ 0.029 kg. El volumen ocupado por este mol es V = R · T / P y la densidad se encuentra como la relación de estas dos cantidades. Entonces todo está claro, la respuesta será de unos 35 Pa.
La densidad del gas deberá calcularse al encontrar, por ejemplo, la elevación globo aerostático un volumen dado, al calcular la cantidad de aire en los tanques de buceo necesaria para respirar bajo el agua durante un cierto tiempo, al calcular el número de burros necesarios para transportar una determinada cantidad de vapor de mercurio a través del desierto, y en muchos otros casos.
Pero la tarea es más complicada: un hervidor eléctrico hierve ruidosamente sobre la mesa, el consumo de energía es de 1000 W, la eficiencia es calentador 75% (el resto "va" al espacio circundante). Desde la nariz, el área de la “nariz” es de 1 cm2, se emite un chorro de vapor para estimar la velocidad del gas en este chorro. Toma todos los datos necesarios de las tablas.
Solución. Supondremos que se forma vapor saturado en el hervidor sobre el agua, luego un chorro de vapor de agua saturado a + 1000C saldrá volando del pico. La presión de tal vapor es de 1 atm, es fácil encontrar su densidad. Conociendo la potencia de evaporación Р = 0,75 · Р0 = 750 W y el calor específico de vaporización (evaporación) r = 2300 kJ / kg, encontramos la masa de vapor generada durante el tiempo τ: m = 0,75Р0 · τ / r. Conocemos la densidad, entonces es fácil encontrar el volumen de esta cantidad de vapor. El resto ya está claro: representamos este volumen en forma de columna con un área de sección transversal de 1 cm2, la longitud de esta columna dividida por τ nos dará la velocidad de salida (esta longitud sale volando en un segundo ). Entonces, la velocidad de salida del chorro del pico de la tetera es 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 1105 0,018 1 10-4) ≈ 5 m / s.
(c) Zilberman A.R.

¡Física molecular simplificada!

Fuerzas de interacción de moléculas.

Todas las moléculas de materia interactúan entre sí mediante las fuerzas de atracción y repulsión.
Prueba de la interacción de moléculas: fenómeno de humectación, resistencia a la compresión y tensión, baja compresibilidad de sólidos y gases, etc.
La razón de la interacción de moléculas son las interacciones electromagnéticas de partículas cargadas en la materia.

¿Cómo se puede explicar esto?

Un átomo consta de un núcleo cargado positivamente y una capa de electrones cargada negativamente. La carga del núcleo es igual a la carga total de todos los electrones, por lo tanto, en su conjunto, el átomo es eléctricamente neutro.
Una molécula que consta de uno o más átomos también es eléctricamente neutra.

Consideremos la interacción entre moléculas usando el ejemplo de dos moléculas inmóviles.

Pueden existir fuerzas gravitacionales y electromagnéticas entre cuerpos en la naturaleza.
Dado que las masas de moléculas son extremadamente pequeñas, se pueden ignorar las fuerzas insignificantes de interacción gravitacional entre moléculas.

A distancias muy grandes, tampoco hay interacción electromagnética entre moléculas.

Pero, con una disminución en la distancia entre las moléculas, las moléculas comienzan a orientarse de modo que sus lados enfrentados tengan cargas de diferentes signos (en general, las moléculas permanecen neutrales), y surgen fuerzas de atracción entre las moléculas.

Con una disminución aún mayor en la distancia entre las moléculas, surgen fuerzas repulsivas como resultado de la interacción de las capas de electrones cargados negativamente de los átomos de las moléculas.

Como resultado, la suma de las fuerzas de atracción y repulsión actúa sobre la molécula. A grandes distancias, prevalece la fuerza de atracción (a una distancia de 2-3 diámetros de la molécula, la atracción es máxima), a distancias pequeñas, la fuerza de repulsión.

Existe tal distancia entre las moléculas en la que las fuerzas de atracción se vuelven iguales a las fuerzas de repulsión. Esta posición de las moléculas se denomina posición de equilibrio estable.

Las moléculas ubicadas a una distancia entre sí y unidas por fuerzas electromagnéticas tienen energía potencial.
En una posición de equilibrio estable, la energía potencial de las moléculas es mínima.

En una sustancia, cada molécula interactúa simultáneamente con muchas moléculas vecinas, lo que también afecta el valor de la energía potencial mínima de las moléculas.

Además, todas las moléculas de una sustancia están en movimiento continuo, es decir, Poseen energía cinética.

Así, la estructura de una sustancia y sus propiedades (cuerpos sólidos, líquidos y gaseosos) están determinadas por la relación entre la energía potencial mínima de interacción de las moléculas y el stock de energía cinética del movimiento térmico de las moléculas.

La estructura y propiedades de los cuerpos sólidos, líquidos y gaseosos.

La estructura de los cuerpos se explica por la interacción de las partículas corporales y la naturaleza de su movimiento térmico.

Sólido

Los sólidos tienen una forma y un volumen constantes, prácticamente incompresibles.
La energía potencial mínima de interacción de las moléculas es mayor que la energía cinética de las moléculas.
Fuerte interacción de partículas.

El movimiento térmico de las moléculas en un sólido se expresa solo por vibraciones de partículas (átomos, moléculas) alrededor de una posición de equilibrio estable.

Debido a las grandes fuerzas de atracción, las moléculas prácticamente no pueden cambiar su posición en la materia, esto explica la invariabilidad del volumen y la forma de los sólidos.

La mayoría de los sólidos tienen una disposición ordenada de partículas en el espacio, que forman una red cristalina regular. Las partículas de materia (átomos, moléculas, iones) están ubicadas en los vértices, los nodos de la red cristalina. Los nodos de la red cristalina coinciden con la posición de equilibrio estable de las partículas.
Estos sólidos se denominan cristalinos.

Líquido

Los líquidos tienen un cierto volumen, pero no tienen forma propia, toman la forma de un recipiente en el que se encuentran.
La energía potencial mínima de interacción de las moléculas es comparable a la energía cinética de las moléculas.
Interacción de partículas débiles.
El movimiento térmico de las moléculas en un líquido se expresa mediante vibraciones alrededor de una posición de equilibrio estable dentro del volumen proporcionado a una molécula por sus vecinas.

Las moléculas no pueden moverse libremente a lo largo del volumen de una sustancia, pero son posibles las transiciones de moléculas a lugares vecinos. Esto explica la fluidez del líquido, la capacidad de cambiar su forma.

En los líquidos, las moléculas están suficientemente unidas entre sí por las fuerzas de atracción, lo que explica la invariabilidad del volumen del líquido.

En un líquido, la distancia entre moléculas es aproximadamente igual al diámetro de la molécula. Con una disminución en la distancia entre moléculas (compresión de un líquido), las fuerzas repulsivas aumentan bruscamente, por lo tanto, los líquidos son incompresibles.

Según su estructura y la naturaleza del movimiento térmico, los líquidos ocupan una posición intermedia entre los sólidos y los gases.
Aunque la diferencia entre líquido y gas es mucho mayor que entre líquido y sólido. Por ejemplo, durante la fusión o cristalización, el volumen de un cuerpo cambia muchas veces menos que durante la evaporación o la condensación.

Los gases no tienen un volumen constante y ocupan todo el volumen del recipiente en el que se encuentran.
La energía potencial mínima de interacción de las moléculas es menor que la energía cinética de las moléculas.
Las partículas de materia prácticamente no interactúan.
Los gases se caracterizan por un completo desorden en la disposición y movimiento de las moléculas.