Udaljenost između molekula u krutoj tekućini. Međudjelovanje molekula
Čvrste tvari su one koje mogu oblikovati tijela i imaju volumen. Oni se svojim oblikom razlikuju od tekućina i plinova. Čvrsta tijela zadržavaju oblik tijela zbog činjenice da se njihove čestice ne mogu slobodno kretati. Razlikuju se po gustoći, plastičnosti, električnoj vodljivosti i boji. Imaju i druga svojstva. Tako se, na primjer, većina tih tvari otapa tijekom zagrijavanja, stječući agregatno stanje u tekućem stanju. Neki od njih, zagrijavajući, odmah se pretvaraju u plin (sublimat). No postoje i oni koji se raspadaju na druge tvari.
Vrste čvrstih tijela
Sve krute tvari razvrstane su u dvije skupine.
- Amorfna, u kojoj se pojedinačne čestice nasumično nalaze. Drugim riječima: nemaju jasnu (određenu) strukturu. Ove krute tvari mogu se topiti u određenom temperaturnom području. Najčešći od njih su staklo i smola.
- Kristalni, koji su pak podijeljeni u 4 vrste: atomski, molekularni, ionski, metalni. U njima se čestice nalaze samo prema određenom obrascu, naime, u čvorovima kristalna rešetka... Njegova geometrija može se jako razlikovati u različitim tvarima.
Kristalne krutine prema broju prevladavaju nad amorfnima.
Vrste kristalnih krutina
U krutom stanju gotovo sve tvari imaju kristalnu strukturu. Razlikuju se po svojim rešetkama, na svojim čvorovima sadrže razne čestice i kemijski elementi... U skladu s njima dobili su svoja imena. Svaka vrsta ima svoja karakteristična svojstva:
- U atomskoj kristalnoj rešetki čestice krute tvari vezane su kovalentnom vezom. Odlikuje se izdržljivošću. Zbog toga se takve tvari razlikuju po visokim vrelištima. Ova vrsta uključuje kvarc i dijamant.
- U molekularnoj kristalnoj rešetki vezu između čestica karakterizira njezina slabost. Tvari ove vrste odlikuju se lakoćom vrenja i taljenja. Odlikuju ih isparljivost, zbog čega imaju određeni miris. Takve krute tvari uključuju led, šećer. Molekularna kretanja u krutim tvarima ovog tipa razlikuju se po svojoj aktivnosti.
- U čvorovima se izmjenjuju odgovarajuće čestice, pozitivno i negativno nabijene. Drži ih zajedno elektrostatičko privlačenje. Ovaj tip rešetka postoji u lužinama, solima, Mnoge tvari ovog tipa lako se otapaju u vodi. Zbog dovoljno jake veze između iona, oni su vatrostalni. Gotovo svi su bez mirisa, budući da su nehlapljivi. Tvari s ionskom rešetkom nisu sposobne provoditi struje, budući da u njihovom sastavu nema slobodnih elektrona. Tipičan primjer ionska kruta tvar - kuhinjska sol. Ova kristalna rešetka čini ga krhkim. To je zbog činjenice da bilo koje njegovo pomicanje može dovesti do pojave odbojnih sila iona.
- U metalnoj kristalnoj rešetki na mjestima su prisutni samo ioni kemijske tvari pozitivno nabijen. Između njih postoje slobodni elektroni kroz koje toplinska i električna energija savršeno prolaze. Zato se svi metali odlikuju takvom značajkom kao vodljivost.
Opći pojmovi čvrstog tijela
Krute tvari i tvari praktički su ista stvar. Ovi se pojmovi odnose na jedan od 4 agregatna stanja... Čvrsta tijela imaju stabilan oblik i prirodu toplinskog kretanja atoma. Štoviše, potonji izvode male fluktuacije u blizini ravnotežnih položaja. Grana znanosti koja se bavi proučavanjem sastava i unutarnje strukture naziva se fizika čvrstog stanja. Postoje i druga važna područja znanja koja se bave takvim tvarima. Promjena oblika pod vanjskim utjecajima i kretanjem naziva se mehanikom deformabilnog tijela.
Zbog različitih svojstava čvrstih tijela, našli su primjenu u raznim tehničkim uređajima koje je stvorio čovjek. Najčešće se njihova uporaba temeljila na svojstvima poput tvrdoće, volumena, mase, elastičnosti, plastičnosti, lomljivosti. Suvremena znanost omogućuje korištenje drugih kvaliteta krutih tvari koje se mogu pronaći samo u laboratorijskim uvjetima.
Što su kristali
Kristali su krute tvari s česticama raspoređenim po određenom redoslijedu. Svaki ima svoju strukturu. Njegovi atomi tvore trodimenzionalno periodično pakiranje koje se naziva kristalna rešetka. Čvrsta tijela imaju različite strukturne simetrije. Kristalno stanje krute tvari smatra se stabilnim jer ima minimalnu količinu potencijalne energije.
Ogromnu većinu krutina sastoji se od ogromnog broja nasumično orijentiranih pojedinačnih zrna (kristalita). Takve tvari nazivaju se polikristalne. To uključuje tehničke legure i metale, kao i mnoge druge stijena... Pojedinačni prirodni ili sintetički kristali nazivaju se monokristalni.
Najčešće se takve krutine tvore iz stanja tekuće faze, predstavljene talinom ili otopinom. Ponekad se dobivaju iz plinovitog stanja. Taj se proces naziva kristalizacija. Zahvaljujući znanstvenom i tehničkom napretku, postupak uzgoja (sintetiziranja) različitih tvari dobio je industrijske razmjere. Većina kristala ima prirodnog oblika u obliku Njihove su veličine vrlo različite. Dakle, prirodni kvarc (gorski kristal) može težiti i do stotine kilograma, a dijamanti - do nekoliko grama.
U amorfnom čvrste tvari ah atomi su u stalnoj vibraciji oko nasumično lociranih točaka. Zadržavaju određeni poredak kratkog dometa, ali dugoročni poredak ne postoji. To je zbog činjenice da se njihove molekule nalaze na udaljenosti koja se može usporediti s njihovom veličinom. Najčešći primjer takve čvrste tvari u našem životu je staklasto stanje. često promatrana kao tekućina s beskonačno visokim viskozitetom. Vrijeme njihove kristalizacije ponekad je toliko dugo da se uopće ne očituje.
Gore navedena svojstva ovih tvari čine ih jedinstvenim. Amorfne krute tvari smatraju se nestabilnima jer s vremenom mogu postati kristalne.
Molekule i atomi koji se sastoje čvrsta pakiran s velikom gustoćom. Oni praktički zadržavaju međusobni položaj u odnosu na druge čestice i drže se zajedno zbog međumolekulske interakcije. Razmak između molekula krutine u različitim smjerovima naziva se parametar kristalne rešetke. Struktura tvari i njezina simetrija određuju mnoga svojstva, poput elektronskog pojasa, cijepanja i optike. Kad je kruto tijelo izloženo dovoljno velikoj sili, te se kvalitete mogu u određenom ili drugom stupnju narušiti. U tom slučaju, kruta tvar podložna je trajnoj deformaciji.
Atomi krutih tijela izvode oscilatorna kretanja koja određuju njihovo posjedovanje toplinske energije. Budući da su zanemarivi, mogu se promatrati samo u laboratorijskim uvjetima. kruta tvar uvelike utječe na njena svojstva.
Proučavanje čvrstih tijela
Značajke, svojstva ovih tvari, njihovu kvalitetu i kretanje čestica proučavaju različiti pododsjeci fizike čvrstog stanja.
Za istraživanja koja se koriste: radiospektroskopija, strukturna analiza pomoću X-zraka i druge metode. Tako se proučavaju mehanička, fizikalna i toplinska svojstva krutih tvari. Tvrdoća, otpornost na opterećenja, vlačna čvrstoća, fazne transformacije proučava znanost o materijalima. U velikoj mjeri se preklapa s fizikom čvrstih tijela. Postoji još jedan važan moderna znanost... Proučavanje postojećih i sinteza novih tvari provodi se kemijom čvrstog stanja.
Značajke čvrstih tijela
Priroda kretanja vanjskih elektrona atoma krutine određuje mnoga njegova svojstva, na primjer, električna. Postoji 5 klasa takvih tijela. Oni se uspostavljaju ovisno o vrsti veze između atoma:
- Ionska, čija je glavna karakteristika sila elektrostatičkog privlačenja. Njegove značajke: refleksija i apsorpcija svjetlosti u infracrvenom području. Na niskim temperaturama ionsku vezu karakterizira niska električna vodljivost. Primjer takve tvari je natrijeva sol klorovodične kiseline (NaCl).
- Kovalentno, provodi ga elektronski par koji pripada oba atoma. Takva se veza dijeli na: jednostruku (jednostavnu), dvostruku i trostruku. Ovi nazivi ukazuju na prisutnost elektronskih parova (1, 2, 3). Dvostruke i trostruke veze nazivaju se višestruke. Postoji još jedna podjela ove skupine. Dakle, ovisno o raspodjeli gustoće elektrona, polarni i nepolarna veza... Prvi tvore različiti atomi, a drugi je isti. Takvo kruto stanje tvari, čiji su primjeri dijamant (C) i silicij (Si), razlikuje se po svojoj gustoći. Najtvrđi kristali pripadaju upravo kovalentnoj vezi.
- Metalni, nastao kombiniranjem valentnih elektrona atoma. Kao rezultat toga pojavljuje se zajednički elektronski oblak koji se istiskuje pod utjecajem električnog napona. Metalna veza nastaje kada su atomi koji se vežu veliki. Oni su ti koji su u mogućnosti donirati elektrone. Za mnoge metale i složene spojeve ta veza čini čvrsto tvar. Primjeri: natrij, barij, aluminij, bakar, zlato. Od nemetalnih spojeva može se primijetiti sljedeće: AlCr 2, Ca 2 Cu, Cu 5 Zn 8. Tvari s metalnim vezama (metali) su različitih fizičkih svojstava. Mogu biti tekući (Hg), meki (Na, K), vrlo tvrdi (W, Nb).
- Molekularne, nastaju u kristalima, koje tvore pojedinačne molekule tvari. Karakteriziraju ga praznine između molekula s nultom gustoćom elektrona. Sile koje vežu atome u takvim kristalima su značajne. U tom slučaju molekule se međusobno privlače samo slabom međumolekulskom privlačnošću. Zato se veze među njima pri zagrijavanju lako uništavaju. Veze između atoma mnogo je teže prekinuti. Molekularne veze dijele se na orijentacijske, disperzivne i induktivne. Primjer takve tvari je čvrsti metan.
- Vodik koji nastaje između pozitivno polariziranih atoma molekule ili njenog dijela i negativno polarizirane najmanje čestice druge molekule ili drugog dijela. Ove veze uključuju led.
Svojstva čvrstih tijela
Što danas znamo? Znanstvenici su dugo proučavali svojstva čvrstog tvari. Prilikom izlaganja temperaturama također se mijenja. Prijelaz takvog tijela u tekućinu naziva se taljenje. Pretvaranje krute tvari u plinovito stanje naziva se sublimacija. S padom temperature krutina se kristalizira. Neke tvari pod utjecajem hladnoće prelaze u amorfnu fazu. Znanstvenici taj proces nazivaju vitrifikacijom.
Kad se promijeni unutarnja struktura čvrstih tijela. Najveći red stječe s padom temperature. Na atmosferski pritisak i temperaturom T> 0 K sve tvari koje postoje u prirodi se učvršćuju. Izuzetak od ovog pravila je samo helij, kojem je za kristalizaciju potreban pritisak od 24 atm.
Čvrsto stanje tvari daje joj različitost fizikalna svojstva... Karakteriziraju specifično ponašanje tijela pod utjecajem određenih polja i sila. Ova svojstva su podijeljena u grupe. Postoje 3 metode izlaganja koje odgovaraju 3 vrste energije (mehanička, toplinska, elektromagnetska). Prema tome, postoje 3 skupine fizičkih svojstava krutih tvari:
- Mehanička svojstva povezana s naprezanjem i deformacijom tijela. Prema tim kriterijima, krute tvari se dijele na elastične, reološke, čvrstoće i tehnološke. U mirovanju takvo tijelo zadržava svoj oblik, ali se može promijeniti pod utjecajem vanjske sile. Istodobno, njegova deformacija može biti plastična (početni oblik se ne vraća), elastična (vraća se u izvorni oblik) ili destruktivna (kada se dosegne određeni prag, dolazi do raspada / loma). Odziv na primijenjenu silu opisan je modulima elastičnosti. Kruto tijelo ne odbija samo sabijanje, istezanje, već i smicanje, torziju i savijanje. Čvrstoća krute tvari naziva se njezino svojstvo da se odupre uništenju.
- Toplinski, očituje se pri izlaganju toplinskim poljima. Jedno od najvažnijih svojstava je talište na kojem tijelo postaje tekuće. Nalazi se u kristalnim krutim tvarima. Amorfna tijela imaju latentnu toplinu fuzije, budući da se njihov prijelaz u tekuće stanje s porastom temperature događa postupno. Po dosezanju određene topline amorfno tijelo gubi elastičnost i dobiva plastičnost. Ovo stanje znači da postiže temperaturu staklastog prijelaza. Prilikom zagrijavanja dolazi do deformacije krutine. Štoviše, najčešće se širi. Kvantitativno, ovo stanje karakterizira određeni koeficijent. Tjelesna temperatura utječe na mehanička svojstva poput fluidnosti, duktilnosti, tvrdoće i čvrstoće.
- Elektromagnetski, povezan s utjecajem struja mikročestica i elektromagnetskih valova velike krutosti na čvrstu tvar. Na njih se konvencionalno odnose svojstva zračenja.
Struktura zone
Krute tvari razvrstavaju se prema tzv struktura zone... Dakle, među njima se razlikuju:
- Vodiči, karakterizirani time da se njihove vodne i valentne zone preklapaju. U tom slučaju, elektroni se mogu kretati između njih, primajući najmanju energiju. Svi se metali smatraju vodičima. Kada se na takvo tijelo primijeni razlika potencijala, nastaje električna struja (zbog slobodnog kretanja elektrona između točaka s najmanjim i najvećim potencijalom).
- Dielektrike čije se zone ne preklapaju. Interval između njih prelazi 4 eV. Za prijenos elektrona iz valentnog područja u vodljivo područje potrebno je mnogo energije. Zbog ovih svojstava dielektričari praktički ne provode struju.
- Poluvodiči karakterizirani nedostatkom vodljivih i valentnih zona. Interval između njih je manji od 4 eV. Za prijenos elektrona iz valencije u vodljivi pojas potrebno je manje energije nego za dielektrike. Čisti (nelegirani i intrinzični) poluvodiči ne provode dobro struju.
Kretanje molekula u krutim tvarima određuje njihova elektromagnetska svojstva.
Ostala svojstva
Krute tvari se dijele prema vlastitim magnetska svojstva... Postoje tri grupe:
- Dijamagneti čija svojstva malo ovise o temperaturi ili agregatnom stanju.
- Paramagneti, koji su posljedica orijentacije elektrona vodljivosti i magnetskih momenata atoma. Prema Curiejevom zakonu, njihova osjetljivost opada proporcionalno temperaturi. Dakle, na 300 K je 10 -5.
- Tijela s uređenom magnetskom strukturom i atomskim redom velikog dometa. Na čvorovima njihove rešetke povremeno se nalaze čestice s magnetskim momentima. Takve krute tvari i tvari često se koriste u raznim područjima ljudskog djelovanja.
Najteže tvari u prirodi
Što su oni? Gustoća krutih tvari uvelike određuje njihovu tvrdoću. Po posljednjih godina znanstvenici su otkrili nekoliko materijala za koje se tvrdi da su "najtrajnije tijelo". Najteža tvar je fulerit (kristal s molekulama fulerena), koji je oko 1,5 puta tvrđi od dijamanta. Nažalost, trenutno je dostupan samo u iznimno malim količinama.
Do danas je najtvrđa tvar koja se može dalje koristiti u industriji lonsdaleit (šesterokutni dijamant). 58% je tvrđi od dijamanta. Lonsdaleite je alotropna modifikacija ugljika. Njegova kristalna rešetka vrlo je slična dijamantnoj. Stanica lonsdaleita sadrži 4 atoma, a dijamant - 8. Od široko korištenih kristala, dijamant je i danas najtvrđi.
Fizika. Molekule. Raspored molekula na plinovitoj, tekućoj i čvrstoj udaljenosti.
- U plinovitom stanju molekule nisu međusobno vezane, udaljene su jedna od druge. Brownovo gibanje. Plin se može relativno lako komprimirati.
U tekućini su molekule blizu jedna drugoj i vibriraju zajedno. Kompresija je gotovo nemoguća.
U krutom stanju - molekule su raspoređene u strogom redoslijedu (u kristalnim rešetkama), nema kretanja molekula. Neće podleći kompresiji. - Struktura materije i počeci kemije:
http://samlib.ru/a/anemow_e_m/aa0.shtml
(bez registracije i SMS poruka, u prikladnom tekstualnom formatu: možete koristiti Ctrl + C) - Ne može se nikako složiti da se molekule ne kreću u čvrstom stanju.
Kretanje molekula u plinovima
U plinovima je udaljenost između molekula i atoma obično mnogo veća od veličine molekula, a sile privlačenja vrlo su male. Stoga plinovi nemaju svoj oblik i stalan volumen. Plinovi se lako komprimiraju, jer odbojne sile na velike udaljenosti također su male. Plinovi imaju svojstvo neograničenog širenja, ispunjavajući cijeli volumen koji im je dan. Molekule plina kreću se s vrlo velike brzine, sudaraju se međusobno, odbijaju se međusobno u različitim smjerovima. Brojni udari molekula na stijenke posude stvaraju tlak plina.
Kretanje molekula u tekućinama
U tekućinama molekule ne samo da vibriraju oko ravnotežnog položaja, već i skaču iz jednog ravnotežnog položaja u susjedni. Ti se skokovi javljaju povremeno. Vremenski interval između takvih skokova naziva se prosječan sjedeći život (ili prosječno vrijeme opuštanja) i označava se slovom ?. Drugim riječima, vrijeme opuštanja je vrijeme osciliranja oko jednog određenog ravnotežnog položaja. Na sobnoj temperaturi ovo je vrijeme u prosjeku 10-11 s. Vrijeme jedne oscilacije je 10-1210-13 s.
Sjedilački život opada s porastom temperature. Udaljenost između molekula tekućine manja je od veličine molekula, čestice se nalaze jedna blizu druge, a međumolekulska privlačnost je velika. Međutim, raspored molekula tekućine nije strogo uređen po cijelom volumenu.
Tekućine, poput čvrstih tvari, zadržavaju volumen, ali nemaju svoj oblik. Stoga poprimaju oblik posude u kojoj se nalaze. Tekućina ima takvo svojstvo kao fluidnost. Zbog tog svojstva tekućina se ne opire promjeni oblika, malo se skuplja, a fizikalna svojstva su ista u svim smjerovima unutar tekućine (izotropija tekućina). Karakter molekularnog gibanja u tekućinama prvi je utvrdio sovjetski fizičar Yakov Ilyich Frenkel (1894. 1952.).
Kretanje molekula u čvrstim tijelima
Molekule i atomi krute tvari raspoređeni su u određenom redoslijedu i tvore kristalnu rešetku. Takve krute tvari nazivaju se kristalne. Atomi osciliraju oko ravnotežnog položaja, a privlačnost između njih je vrlo velika. Stoga, u normalnim uvjetima, krute tvari zadržavaju svoj volumen i imaju svoj oblik.
- U plinovitom stanju - nasumično se krećite, režite
U tekućini se kreću u skladu jedno s drugim
U čvrstom stanju, ne miču se.
tekućine, amorfna i kristalna tijela
plinovi i tekućine
plinovi, tekućine i kristalna tijela
približno jednak promjeru molekule
manji od promjera molekule
oko 10 puta veći od promjera molekule
ovisi o temperaturi plina
tekućine
kristalna tijela
amorfna tijela
samo modeli strukture plinova
samo modeli građe amorfnih tijela
modeli strukture plinova i tekućina
modeli strukture plinova, tekućina i krutih tvari
povećava se udaljenost između molekula
molekule se međusobno privlače
povećana urednost u rasporedu molekula
smanjuje se udaljenost između molekula
se nije promijenilo
povećan 5 puta
smanjen za 5 puta
uvećana za pet puta korijen
Udaljenost između molekula usporediva je s veličinama molekula (u normalnim uvjetima) za
U plinovima u normalnim uvjetima prosječna udaljenost između molekula je
Najmanji red u rasporedu čestica karakterističan je za
Udaljenost između susjednih čestica materije u prosjeku je višestruko veća od veličine samih čestica. Ova je izjava u skladu s modelom
Tijekom prijelaza vode iz tekuće stanje u kristalnu
Pri stalnom tlaku koncentracija molekula plina povećala se 5 puta, a njegova se masa nije promijenila. Prosječna kinetička energija translacijskog gibanja molekula plina
Tablica prikazuje tališta i vrelišta nekih tvari:
tvar | Temperatura vrenja | tvar | Temperatura taljenja |
naftalen |
Odaberite ispravnu tvrdnju.
Talište žive veće je od vrelišta etera
Vrelište alkohola je manje od tališta žive
Vrelište alkohola veće je od tališta naftalena
Vrelište etera manje je od tališta naftalena
Temperatura krutine pala je za 17 ºS. Na apsolutnoj ljestvici temperatura ta je promjena bila
1) 290 K 2) 256 K 3) 17 K 4) 0 K
9. U posudi stalnog volumena nalazi se idealan plin u količini od 2 mola. Kako treba promijeniti apsolutnu temperaturu posude s plinom kad se iz posude otpusti 1 mol plina, tako da se tlak plina na stijenkama posude udvostruči?
1) povećati 2 puta 3) povećati 4 puta
2) smanjiti za 2 puta 4) smanjiti za 4 puta
10. Pri temperaturi T i tlaku p, jedan mol idealnog plina zauzima volumen V. Koliki je volumen istog plina uzet u količini od 2 mola pri tlaku 2p i temperaturi 2T?
1) 4V 2) 2V 3) V 4) 8V
11. Temperatura vodika uzeta u količini od 3 mola u posudi jednaka je T. Kolika je temperatura kisika uzeta u količini od 3 mola u posudi istog volumena i pod istim tlakom?
1) T 2) 8T 3) 24 T 4) T / 8
12. U posudi zatvorenoj klipom nalazi se idealan plin. Grafikon ovisnosti tlaka plina o temperaturi s promjenama njegovog stanja prikazan je na slici. Kakvo stanje plina radi najmanja vrijednost volumen?
1) A 2) B 3) C 4) D
13. U posudi stalnog volumena nalazi se idealan plin čija se masa mijenja. Dijagram prikazuje proces promjene stanja plina. U kojoj je točki dijagrama masa plina najveća?
1) A 2) B 3) C 4) D
14. Na istoj se temperaturi zasićena para u zatvorenoj posudi razlikuje od nezasićene pare u istoj posudi.
1) pritisak
2) brzina kretanja molekula
3) prosječna energija kaotičnog kretanja molekula
4) odsutnost primjesa stranih plinova
15. Koja točka na dijagramu odgovara maksimalnom tlaku plina?
ne može se dati točan odgovor
17. Balon zapremine 2500 kubičnih metara s masom školjke 400 kg ima otvor na dnu kroz koji se zrak u balonu zagrijava plamenikom. Na koju minimalnu temperaturu se mora zagrijati zrak u balonu kako bi balon poletio zajedno s teretom (košarom i balonom) teškim 200 kg? Temperatura okoline je 7 ° C, gustoća mu je 1,2 kg po kubičnom metru. Smatrajte ljusku kugle ne rastegljivom.
MKT i termodinamika
MKT i termodinamika
Za ovaj odjeljak svaka je opcija uključivala pet zadataka s izborom
odgovor, od čega 4 - osnovna razina i 1 - napredna. Na temelju rezultata ispita
Naučeni su sljedeći elementi sadržaja:
Primjena jednadžbe Mendeleev - Clapeyron;
Ovisnost tlaka plina o koncentraciji molekula i temperaturi;
Količina topline tijekom zagrijavanja i hlađenja (izračun);
Značajke prijenosa topline;
Relativna vlažnost zraka (izračun);
Rad u termodinamici (grafikon);
Primjena jednadžbe stanja plina.
Među zadaćama osnovne razine poteškoće su uzrokovala sljedeća pitanja:
1) Promjena unutarnje energije u različitim izoprocesima (na primjer, kada
izohorski porast tlaka) - 50% ispunjenosti.
2) Zemljišta izoprocesa - 56%.
Primjer 5.
U prikazanom procesu sudjeluje konstantna masa idealnog plina
na slici. Postiže se najveći tlak plina u procesu
1) u točki 1
2) na cijelom segmentu 1-2
3) u točki 3
4) na cijelom segmentu 2–3
Odgovor: 1
3) Određivanje vlažnosti zraka - 50%. Ti su zadaci sadržavali fotografiju
psihrometar, prema kojem je bilo potrebno uzeti očitanja suhog i mokrog
termometrima, a zatim pomoću dijela odrediti vlažnost zraka
psihrometrijska tablica dana u zadatku.
4) Primjena prvog zakona termodinamike. Pokazalo se da je tih zadataka najviše
težak među zadacima osnovne razine u ovom odjeljku - 45%. Ovdje
bilo je potrebno koristiti grafikon, kako bi se odredila vrsta izoprocesa
(korištene su izoterme ili izokore) iu skladu s tim
odrediti jedan od parametara s obzirom na drugi.
Među zadacima povećana razina računski zadaci su predstavljeni za
primjena jednadžbe stanja plina, koja se bavila u prosjeku 54%
učenika, kao i prethodno korištene zadatke za utvrđivanje promjene
parametri idealnog plina u proizvoljnom procesu. Uspješno se nosi s njima
samo skupina snažnih diplomaca, a prosječni postotak završenih studija bio je 45%.
Jedan od ovih zadataka prikazan je u nastavku.
Primjer 6
U posudi zatvorenoj klipom nalazi se idealan plin. Postupak
promjene stanja plina prikazane su na dijagramu (vidi sliku). Kako
je li se volumen plina promijenio tijekom prijelaza iz stanja A u stanje B?
1) stalno se povećavao
2) stalno se smanjivao
3) prvo povećao, a zatim se smanjio
4) prvo se smanjio, a zatim povećao
Odgovor: 1
Aktivnosti Kol
zadaci%
fotografije2 10-12 25.0-30.0
4. FIZIKA
4.1. Karakteristike kontrolnih mjernih materijala u fizici
2007 godine
Ispitni rad za jedinstveni državni ispit 2007. imao je
ista struktura kao u prethodne dvije godine. Sastojao se od 40 zadataka,
razlikuju se po obliku prezentacije i razini složenosti. U prvom dijelu rada
Uključeno je 30 pitanja s višestrukim izborom, gdje je svaki zadatak dat
četiri moguća odgovora, od kojih je samo jedan bio točan. Drugi dio sadržavao je 4
zadaci s kratkim odgovorom. To su bili računski problemi, nakon što su ih riješili
koja je zahtijevala davanje odgovora u obliku broja. Treći dio ispita
rad - to je 6 računskih problema, do kojih je bilo potrebno donijeti potpuni
detaljno rješenje. Ukupno vrijeme za završetak posla bilo je 210 minuta.
Kodifikator elemenata obrazovnih sadržaja i specifikacija
ispitni rad sastavljeni su na temelju obveznog minimuma
1999. br. 56) i uzeo je u obzir saveznu komponentu državnog standarda
srednje (potpuno) obrazovanje iz fizike, razini profila(Naredba Ministarstva obrane od 5
Ožujka 2004. broj 1089). Kodifikator elementa sadržaja nije doživio nikakve promjene.
u usporedbi s 2006. i uključivali samo one elemente koji su istodobno
prisutna kao u saveznoj komponenti državnog standarda
(razina profila, 2004.) i u Obaveznom minimalnom sadržaju
obrazovanje 1999
U usporedbi s kontrolom mjerni materijali 2006. u opcijama
USE 2007. izmijenjen je na dva načina. Prva je bila preraspodjela
zadaci u prvom dijelu rada na tematskoj osnovi. Bez obzira na složenost
(osnovne ili napredne razine), prvo su slijedili svi zadaci iz mehanike, zatim
o MKT -u i termodinamici, elektrodinamici i, konačno, o kvantnoj fizici. Drugi
promjena se ticala ciljanog uvođenja zadataka koji se provjeravaju
formiranje metodičkih vještina. Godine 2007. zadaci A30 testirali su vještine
analizirati rezultate eksperimentalna istraživanja izraženo kao
tablice ili grafikone, kao i građenje grafikona na temelju rezultata pokusa. Izbor
dodjele za liniju A30 izvršene su na temelju potrebe provjere u ovome
niz mogućnosti za jednu vrstu aktivnosti i, sukladno tome, neovisno o
tematska pripadnost određenom zadatku.
U ispitnom radu povećali su se zadaci osnovnih
i visoke razine težine. Zadaci na osnovnoj razini najviše su testirali majstorstvo
važni fizički pojmovi i zakoni. Napredni zadaci su bili pod nadzorom
sposobnost korištenja ovih pojmova i zakona za analizu složenijih procesa ili
sposobnost rješavanja problema primjenom jednog ili dva zakona (formule) prema bilo kojem od
teme školskog kolegija fizike. Zadaci visoka razina izračunavaju se poteškoće
zadaci koji odražavaju razinu zahtjeva za prijemne ispite na sveučilišta i
zahtijevaju primjenu znanja iz dva ili tri odjeljka fizike odjednom u izmijenjenom ili
nova situacija.
U KIM -u 2007. zadaci su uključeni za sve glavne sadržaje
dijelovi tečaja fizike:
1) "Mehanika" (kinematika, dinamika, statika, zakoni očuvanja u mehanici,
mehaničke vibracije i valovi);
2) „Molekularna fizika. Termodinamika";
3) "Elektrodinamika" (elektrostatika, D.C., magnetsko polje,
elektromagnetska indukcija, elektromagnetske oscilacije i valovi, optika);
4) " Kvantna fizika"(Elementi SRT-a, dualizam valovitih čestica, fizika
atom, fizika atomske jezgre).
Tablica 4.1 prikazuje raspodjelu zadataka po blokovima sadržaja u svakom
iz dijelova ispitnog rada.
Tablica 4.1
ovisno o vrsti zadataka
Svi rade
(s izborom
(sa kratkim
zadataka% Iznos
zadataka% Iznos
zadaci%
1 Mehanika 11-131 27,5-32,5 9-10 22,5-25,0 1 2,5 1-2 2,5-5,0
2 MKT i termodinamika 8-10 20,0-25,0 6-7 15,0-17,5 1 2,5 1-2 2,5-5,0
3 Elektrodinamika 12-14 30,0-35,5 9-10 22,5-15,0 2 5,0 2-3 5,0-7,5
4 Kvantna fizika i
STO 6-8 15,0-20,0 5-6 12,5-15,0--1-2 2,5-5,0
Tablica 4.2 prikazuje raspodjelu zadataka po blokovima sadržaja u
ovisno o stupnju težine.
stol4.2
Raspodjela zadataka po odjeljcima kolegija fizike
ovisno o stupnju težine
Svi rade
Osnovna razina
(s izborom
Povišeno
(s izborom odgovora
i kratki
Visoka razina
(s proširenim
Dio po odgovor)
zadataka% Iznos
zadataka% Iznos
zadataka% Iznos
zadaci%
1 Mehanika 11-13 27,5-32,5 7-8 17,5-20,0 3 7,5 1-2 2,5-5,0
2 MKT i termodinamika 8-10 20,0-25,0 5-6 12,5-15,0 2 5,0 1-2 2,5-5,0
3 Elektrodinamika 12-14 30,0-35,5 7-8 17,5-20,0 4 10,0 2-3 5,0-7,5
4 Kvantna fizika i
STO 6-8 15,0-20,0 4-5 10,0-12,5 1 2,5 1-2 2,5-5,0
Prilikom izrade sadržaja ispitnog rada,
treba provjeriti majstorstvo različite vrste aktivnosti. Pri čemu
zadaci za svaku od niza opcija odabrani su uzimajući u obzir raspodjelu prema vrsti
aktivnosti prikazane u tablici 4.3.
1 Promjena broja zadataka za svaku temu povezana je s drugom temom složeni zadaci C6 i
zadaci A30, koji provjeravaju metodološke vještine na materijalu različitih grana fizike, u
različite serije opcija.
stol4.3
Raspodjela zadataka prema vrsti aktivnosti
Aktivnosti Kol
zadaci%
1 Shvatite fizičko značenje modeli, koncepti, količine 4-5 10,0-12,5
2 Objasnite fizičke pojave, razlikovati utjecaj različitih
čimbenici na tijek pojava, manifestacije pojava u prirodi ili
njihova uporaba u tehničkim uređajima i svakodnevnom životu
3 Primijenite zakone fizike (formule) za analizu procesa na
stupanj kvalitete 6-8 15,0-20,0
4 Primijenite zakone fizike (formule) za analizu procesa na
projektna razina 10-12 25,0-30,0
5 Analizirajte rezultate eksperimentalnih studija 1-2 2.5-5.0
6 Analizirajte podatke dobivene iz grafikona, tablica, dijagrama,
fotografije2 10-12 25.0-30.0
7 Riješite probleme različitih razina težine 13-14 32,5-35,0
Svi zadaci prvog i drugog dijela ispitnog rada ocijenjeni su ocjenom 1
primarni rezultat. Rješenja problema trećeg dijela (C1-C6) provjerila su dva stručnjaka u
u skladu s generaliziranim kriterijima ocjenjivanja, uzimajući u obzir ispravnost i
potpunost odgovora. Maksimalna ocjena za sve zadatke s detaljnim odgovorom bila je 3
bodova. Problem se smatrao riješenim ako je učenik za njega osvojio najmanje 2 boda.
Na temelju bodova dodijeljenih za sve stavke na ispitu
rada, prebačeno je na "testne" bodove na ljestvici od 100 bodova i u ocjene
na ljestvici od pet stupnjeva. Tablica 4.4 odražava odnos između primarnih,
testne ocjene za sustav s pet točaka u posljednje tri godine.
stol4.4
Omjer primarne točke , bodove i ocjene ispita
Godine, bodovi 2 3 4 5
2007. primarni 0-11 12-22 23-35 36-52
test 0-32 33-51 52-68 69-100
2006. primarni 0-9 10-19 20-33 34-52
test 0-34 35-51 52-69 70-100
2005. primarni 0-10 11-20 21-35 36-52
test 0-33 34-50 51-67 68-100
Usporedba granica primarnih točaka pokazuje da su ove godine uvjeti
dobivanje odgovarajućih ocjena bilo je strože nego 2006., ali
približno odgovarao uvjetima iz 2005. To je bilo zbog činjenice da je u prošlosti
godina objedinjeni ispit u fizici nisu prošli samo oni koji su išli na sveučilišta
na odgovarajućem profilu, ali i gotovo 20% učenika (od ukupnog broja prijavljenih),
koji je studirao fiziku na osnovna razina(za njih je ovaj ispit bio odlukom
potrebna regija).
Za ispit u 2007. godini pripremljeno je ukupno 40 mogućnosti,
koji se sastojao od pet serija od 8 varijanti, nastalih prema različitim planovima.
Niz varijanti razlikovao se u kontroliranim elementima sadržaja i vrstama
aktivnosti za isti niz zadataka, ali općenito svi su imali otprilike
2 U ovom slučaju mislimo na oblik prezentacije informacija u tekstu zadatka ili na distraktore,
stoga isti posao može testirati dvije aktivnosti.
isti prosječna razina složenosti i odgovarao planu ispitivanja
radovi dati u Dodatku 4.1.
4.2. Karakteristike polaznika ispita iz fizike2007 godine
Broj sudionika Jedinstvenog državnog ispita iz fizike ove godine iznosio je 70.052 osobe, što je
znatno niža u odnosu na prethodnu godinu, te približno odgovara pokazateljima
2005. (vidi tablicu 4.5). Broj regija u kojima su diplomanti polagali Jedinstveni državni ispit
fizika se povećala na 65. Broj diplomanata koji su odabrali fiziku u formatu
Jedinstveni državni ispit značajno se razlikuje za različite regije: od 5316 ljudi. u Republici
Tatarstan do 51 osoba u Nenetcima autonomna regija... U postotku od
ukupan broj diplomanata, broj sudionika ispita iz fizike kreće se od
0,34% u Moskvi do 19,1% u regiji Samara.
stol4.5
Sudionici ispita
Godina Broj Djevojke Dječaci
regije
sudionika Broj% Broj%
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
Ispit iz fizike biraju uglavnom mladići, a samo četvrtina njih
od ukupnog broja polaznica su djevojke koje su odlučile nastaviti
obrazovna sveučilišta fizičko -tehničkog profila.
Raspodjela sudionika ispita po
vrste naselja (vidi tablicu 4.6). Gotovo polovica diplomaca koji su prošli
Jedinstveni državni ispit iz fizike, živi u velikih gradova a samo 20% su studenti koji su završili
seoske škole.
stol4.6
Raspodjela ispitanika po tipu naselja, u kojem
nalaze se njihove obrazovne ustanove
Broj ispitanika Postotak
Vrsta naselje ispitanici
Naselje ruralnog tipa (selo,
selo, zaselak itd.) 13 767 18 107 14 281 20,0 20,0 20,4
Naselje gradskog tipa
(radno naselje, gradsko naselje
vrsta itd.)
4 780 8 325 4 805 6,9 9,2 6,9
Grad s manje od 50 tisuća stanovnika 7 427 10 810 7 965 10,8 12,0 11,4
Grad sa 50-100 tisuća stanovnika 6.063 8.757 7.088 8,8 9,7 10.1
Grad sa 100-450 tisuća stanovnika 16 195 17 673 14 630 23,5 19,5 20,9
Grad sa 450-680 tisuća stanovnika 7 679 11 799 7 210 11,1 13,1 10.3
Grad sa preko 680 tisuća stanovnika
osoba 13.005 14.283 13.807 18,9 15,8 19,7
Sankt Peterburg - 72 7 - 0,1 0,01
Moskva - 224 259 - 0,2 0,3
Nema podataka - 339 - - 0,4 -
Ukupno 68 916 90 389 70 052 100% 100% 100%
3 2006. u jednoj od regija prijemni ispiti na sveučilišta u fizici provodili su se samo u
formatu ispita. To je dovelo do tako značajnog povećanja broja sudionika USE -a.
Sastav ispitanika po vrsti obrazovanja
institucije (vidi tablicu 4.7). Kao i prošle godine, velika većina
ispitivači su diplomirali obrazovne ustanove, i samo oko 2%
maturanti su na ispit dolazili iz obrazovnih ustanova osnovnih ili
srednji strukovno obrazovanje.
stol4.7
Raspodjela polaznika ispita prema vrsti obrazovne ustanove
Broj
ispitanici
Postotak
Vrsta obrazovna ustanova ispitanici
2006 G. 2007 G. 2006 G. 2007 G.
Opće obrazovne ustanove 86 331 66 849 95,5 95,4
Večernje (smjensko) opće obrazovanje
ustanove 487 369 0,5 0,5
Općeobrazovni internat,
kadetska škola, internat sa
početnu letačku obuku
1 144 1 369 1,3 2,0
Odgojno -obrazovne ustanove osnovnih i
srednje strukovno obrazovanje 1 469 1 333 1,7 1.9
Nema podataka 958 132 1,0 0,2
Ukupno: 90 389 70 052 100% 100%
4.3. Glavni rezultati ispitnog rada iz fizike
Općenito, pokazalo se da su rezultati ispitnog rada u 2007. godini
nešto veći od prošlogodišnjih rezultata, ali otprilike na istoj razini kao i
pokazatelji pretprošle godine. Tablica 4.8 prikazuje rezultate USE -a u fizici u 2007. godini.
na ljestvici od pet točaka, a u tablici 4.9 i sl. 4.1 - prema rezultatima testa 100-
ljestvica točaka. Radi jasnoće usporedbe, rezultati su prikazani u usporedbi s
prethodne dvije godine.
stol4.8
Raspodjela ispitanika po razini
priprema(postotak od ukupno)
Godine "2" Oznake "n3o" 5 bodova "b4n" na skali "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%
stol4.9
Raspodjela polaznika ispita
prema primljenim ispitnim točkama u2005-2007 yy.
Godina Interval skale bodovanja testa
razmjena 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
Rezultat testa
Postotak učenika koji su primili
odgovarajući rezultat testa
Riža. 4.1 Raspodjela ispitanika prema primljenim rezultatima testa
Tablica 4.10 prikazuje usporedbu ljestvice u ispitnim točkama u 100 točaka
ljestvici s rezultatima zadataka mogućnost pregleda u primarnom
stol4.10
Usporedba intervala primarnih i testnih rezultata u2007 godina
Interval razmjera
ispitne točke 0-10 11-20 21-30 31-40 41-50 51-60 61-70 71-80 81-90 91-100
Interval razmjera
primarne točke 0-3 4-6 7-10 11-15 16-22 23-29 30-37 38-44 45-48 49-52
Za postizanje 35 bodova (ocjena 3, primarni rezultat - 13) polagač ispita
bilo je dovoljno točno odgovoriti na 13 najviše jednostavna pitanja prvi dio
raditi. Da bi osvojio 65 bodova (ocjena 4, primarni rezultat - 34), maturant mora
je, na primjer, točno odgovorio na 25 pitanja s višestrukim izborom, riješio tri od četiri
zadatke s kratkim odgovorom, a također i za rješavanje dvaju zadataka na visokoj razini
poteškoće. Oni koji su dobili 85 bodova (ocjena 5, primarni rezultat - 46), praktično
idealno izveo prvi i drugi dio posla i riješio najmanje četiri zadatka
treći dio.
Najbolji od najboljih (u rasponu od 91 do 100 bodova) ne trebaju samo
da se slobodno snalazite u svim pitanjima školskog kolegija fizike, ali i praktično
izbjeći čak i tehničke greške. Dakle, da biste dobili 94 boda (primarni rezultat)
- 49) bilo je moguće „propustiti“ samo 3 primarne točke, na primjer,
aritmetičke pogreške u rješavanju jednog od problema visoke razine složenosti
i pogriješiti u bilo koja dva pitanja s višestrukim izborom.
Nažalost, ove godine nije došlo do povećanja broja diplomanata koji su primili
na USE rezultati u fizici najveći mogući rezultat. Tablica 4.11
dat je broj od 100 bodova za posljednje četiri godine.
stol4.11
Broj testiranih, koji je bodovao prema rezultatima ispita100 bodova
Godina 2004 2005 2006 2007
Broj učenika 6 23 33 28
Ovogodišnji lideri su 27 dječaka i samo jedna djevojčica (A.I. Romanova iz
Novovoronežska srednja škola broj 1). Kao i prošle godine, među maturantima Liceja broj 153
Ufa - dva učenika odjednom koji su osvojili 100 bodova. Isti rezultati (dva 100-
plesna dvorana) i postigla gimnaziju broj 4 po imenu. KAO. Puškina u gradu Yoshkar-Ola.
Molekule su vrlo male, obične molekule se ne mogu vidjeti čak ni najjačim optičkim mikroskopom - ali neki se parametri molekula mogu izračunati prilično točno (masa), a neki se mogu samo grubo procijeniti (veličina, brzina), i bilo bi dobro razumjeti o kakvim „molekulama veličine“ i o kakvoj „brzini molekule“ govorimo. Dakle, masa molekule se nalazi kao "masa jednog mola" / "broj molekula u molu". Na primjer, za molekulu vode m = 0,018 / 6 1023 = 3 10-26 kg (možete preciznije izračunati - Avogadrov broj poznat je s dobrom točnošću, a molekulska masa bilo koju molekulu je lako pronaći).
Procjena veličine molekule počinje pitanjem što čini njezinu veličinu. Kad bi barem bila savršeno uglačana kocka! Međutim, to nije ni kocka, ni lopta, i općenito nema jasno definiranih granica. Što učiniti u takvim slučajevima? Počnimo izdaleka. Procijenimo veličinu mnogo poznatijeg predmeta - školarca. Svi smo vidjeli školarce, masa srednjoškolaca bit će uzeta jednaka 60 kg (i tada ćemo vidjeti utječe li ovaj izbor snažno na rezultat), gustoća školarca približno je poput gustoće vode (zapamtite da vrijedi pravilno udahnuti zrak, a nakon toga možete "objesiti" u vodi, skoro potpuno uronjeni, a ako izdahnete, odmah počinjete tonuti). Sada možete pronaći obujam učenika: V = 60/1000 = 0,06 kubičnih metara. metara. Pretpostavimo li sada da učenik ima oblik kocke, tada se njegova veličina nalazi kao kubični korijen volumena, t.j. oko 0,4 m. To je veličina - manji rast (veličina "u visinu"), veća debljina (veličina "u dubinu"). Ako ne znamo ništa o obliku tijela učenika, tada nećemo pronaći ništa bolje od ovog odgovora (umjesto kocke mogli bismo uzeti loptu, ali odgovor bi bio otprilike isti, a teže je za izračunavanje promjera kugle od ruba kocke). No ako imamo dodatne informacije (na primjer, iz analize fotografija), odgovor se može učiniti mnogo razumnijim. Neka postane poznato da je "širina" učenika u prosjeku četiri puta manja od njegove visine, a "dubina" je još uvijek tri puta manja. Tada je H * H / 4 * H / 12 = V, dakle H = 1,5 m (nema smisla napraviti točniji izračun tako loše definirane vrijednosti, voditi se sposobnostima kalkulatora u takvom "izračunu" je jednostavno nepismen!). Dobili smo potpuno razumnu procjenu rasta učenika, ako smo uzeli masu od oko 100 kg (a takvih učenika ima!), Dobijemo oko 1,7 - 1,8 m - to je također sasvim razumno.
Procijenimo sada veličinu molekule vode. Pronađimo volumen po molekuli u "tekućoj vodi" - u njoj su molekule najgušće zbijene (više su pritisnute jedna o drugu nego u čvrstom, "ledenom" stanju). Mol vode ima masu 18 g, volumen joj je 18 kubičnih metara. centimetara. Tada jedna molekula ima volumen V = 18 · 10-6 / 6 · 1023 = 3 · 10-29 m3. Ako nemamo podatke o obliku molekule vode (ili - ako ne želimo uzeti u obzir složeni oblik molekula), najjednostavniji način je da je razmotrimo kao kocku i pronađemo veličinu točno onakvu kakvu smo upravo pronašao veličinu kubnog učenika: d = (V) 1/3 = 3 · 10-10 m. To je sve! Da biste procijenili utjecaj oblika prilično složenih molekula na rezultat izračuna, možete, na primjer, kako slijedi: izračunati veličinu molekula benzina, računajući molekule kao kocke - a zatim provesti eksperiment promatrajući područje Mjesto od kapi benzina na površini vode. Smatrajući film "površinom tekućine debljine jedne molekule" i poznavajući masu kapljica, možemo usporediti veličine dobivene pomoću ove dvije metode. Rezultat će biti vrlo poučan!
Korištena ideja također je pogodna za potpuno drugačiji izračun. Procijenimo prosječnu udaljenost između susjednih molekula razrijeđenog plina za određeni slučaj - dušik pri tlaku od 1 atm i temperaturi od 300K. Da bismo to učinili, pronaći ćemo volumen, koji je u ovom plinu po molekuli, a zatim će sve jednostavno ispasti. Dakle, uzmite mol dušika u ovim uvjetima i pronađite volumen dijela naznačenog u stanju, a zatim podijelite ovaj volumen s brojem molekula: V = R T / P NA = 8,3 300/105 6 1023 = 4 10 - 26 m3. Pretpostavit ćemo da je volumen podijeljen na gusto zbijene kubične stanice, a svaka molekula "u prosjeku" sjedi u središtu svoje stanice. Tada je prosječna udaljenost između susjednih (najbližih) molekula jednaka rubu kubične ćelije: d = (V) 1/3 = 3 · 10-9 m. Može se vidjeti da je plin razrijeđen - s takvim omjerom između veličine molekule i udaljenosti između "susjeda", same molekule zauzimaju prilično mali - oko 1/1000 dijela - volumena posude. I u ovom smo slučaju proračun izvršili vrlo približno - takve ne previše određene količine, poput "prosječne udaljenosti između susjednih molekula", nema smisla preciznije izračunati.
Zakoni o plinu i osnove MKT -a.
Ako je plin dovoljno razrijeđen (a to je uobičajena stvar, najčešće se moramo baviti razrijeđenim plinovima), tada se gotovo svaki proračun vrši pomoću formule koja povezuje tlak P, volumen V, količinu plina ν i temperaturu T - to je poznato "jednadžbeno idealno stanje plina" P · V = ν · R · T. Kako pronaći jednu od ovih veličina, ako su navedene sve ostale, sasvim je jednostavno i razumljivo. No problem možete formulirati na takav način da će se pitanje odnositi na neku drugu veličinu - na primjer, na gustoću plina. Dakle, zadatak je pronaći gustoću dušika pri temperaturi od 300K i tlaku od 0,2 atm. Riješimo to. Sudeći prema stanju, plin je prilično razrijeđen (zrak koji se sastoji od 80% dušika i pri znatno većem tlaku može se smatrati razrijeđenim, slobodno ga udišemo i lako prolazimo kroz njega), a da nije tako, ne briga za druge formule ne - mi koristimo ovu, dragi. Uvjet ne navodi volumen bilo kojeg dijela plina, mi ćemo ga sami postaviti. Uzmi 1 metar kubni dušika i pronaći količinu plina u ovom volumenu. Poznavajući molarnu masu dušika M = 0,028 kg / mol, nalazimo masu ovog dijela - i problem je riješen. Količina plina ν = P V / R T, masa m = ν M = M P V / R T, dakle gustoća ρ = m / V = M P / R T = 0,028 20000 / (8,3 300) ≈ 0,2 kg / m3. Volumen koji smo odabrali nikada nije uključen u odgovor, odabrali smo ga zbog konkretnosti - lakše je razmišljati na ovaj način, jer ne morate odmah shvatiti da volumen može biti bilo što, ali gustoća će biti ista. Međutim, također se može zaključiti - "uzimajući volumen, recimo, pet puta više, povećat ćemo količinu plina točno pet puta, pa će, bez obzira na volumen koji uzmemo, gustoća biti ista". Mogli biste jednostavno prepisati svoju omiljenu formulu zamjenom u nju izraza količine plina kroz masu dijela plina i njegovu molarnu masu: ν = m / M, zatim omjer m / V = MP / RT se odmah izražava, a ovo je gustoća ... Mogli biste uzeti mol plina i pronaći volumen koji zauzima, nakon čega se odmah nalazi gustoća, jer je poznata masa madeža. Općenito, što je zadatak jednostavniji, to će ga ravnopravniji i ljepši načini riješiti ...
Evo još jednog problema gdje se pitanje može učiniti neočekivanim: pronađite razliku u tlaku zraka na visini od 20 m i na visini od 50 m iznad razine tla. Temperatura 00C, tlak 1 atm. Rješenje: ako u tim uvjetima pronađemo gustoću zraka ρ, tada je razlika tlaka ∆P = ρ · g · ∆H. Gustoću nalazimo na isti način kao u prethodnom problemu, poteškoća je samo u činjenici da je zrak mješavina plinova. Pretpostavimo da se sastoji od 80% dušika i 20% kisika, nalazimo masu mola smjese: m = 0,8 · 0,028 + 0,2 · 0,032 ≈ 0,029 kg. Volumen koji zauzima ovaj mol je V = R · T / P, a gustoća se nalazi kao omjer ove dvije veličine. Tada je sve jasno, odgovor će biti oko 35 Pa.
Gustoća plina morat će se izračunati pri pronalaženju, na primjer, dizanja balon na vrući zrak zadanog volumena, pri izračunavanju količine zraka u ronilačkim spremnicima koja je potrebna za disanje pod vodom određeno vrijeme, pri izračunavanju broja magaraca potrebnih za transport određene količine živine pare preko pustinje, te u mnogim drugim slučajevima.
No zadatak je teži: električni čajnik bučno ključa na stolu, potrošnja energije je 1000 W, učinkovitost je grijač 75% (ostatak "odlazi" u okolni prostor). Iz nosa - područje "nosa" je 1 cm2 - ispušta se mlaz pare, kako bi se procijenila brzina plina u ovom mlazu. Uzmite sve potrebne podatke iz tablica.
Riješenje. Pretpostavit ćemo da se u kotliću iznad vode stvara zasićena para, a zatim će mlaz zasićene vodene pare na + 1000C izletjeti iz izljeva. Tlak takve pare je 1 atm, lako je pronaći njezinu gustoću. Poznavajući snagu koja se koristi za isparavanje P = 0,75 P0 = 750 W i specifičnu toplinu isparavanja (isparavanja) r = 2300 kJ / kg, nalazimo masu pare nastalu tijekom vremena τ: m = 0,75P0 τ / r. Znamo gustoću, tada je lako pronaći volumen ove količine pare. Ostalo je već jasno - ovaj volumen predstavljamo u obliku stupca s poprečnim presjekom od 1 cm2, duljina ovog stupca podijeljena s τ dat će nam brzinu polaska (ta duljina izlijeće u sekundi ). Dakle, brzina izlaska mlaza iz izljeva za čajnik je 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.
Molekularna fizika je postala jednostavna!
Sile interakcije molekula
Sve molekule tvari međusobno djeluju silama privlačenja i odbijanja.
Dokaz interakcije molekula: fenomen vlaženja, otpornost na kompresiju i napetost, niska stišljivost krutih tvari i plinova itd.
Razlog interakcije molekula su elektromagnetske interakcije nabijenih čestica u materiji.
Kako se to može objasniti?
Atom se sastoji od pozitivno nabijene jezgre i negativno nabijene elektronske ljuske. Naboj jezgre jednak je ukupnom naboju svih elektrona, stoga je atom u cjelini električno neutralan.
Molekula koja se sastoji od jednog ili više atoma također je električno neutralna.
Razmotrimo interakciju između molekula na primjeru dvije nepokretne molekule.
Gravitacijske i elektromagnetske sile mogu postojati između tijela u prirodi.
Budući da su mase molekula iznimno male, zanemarive sile gravitacijske interakcije između molekula mogu se zanemariti.
Na vrlo velikim udaljenostima nema ni elektromagnetske interakcije između molekula.
No, sa smanjenjem udaljenosti između molekula, molekule se počinju orijentirati tako da će njihove strane okrenute jedna prema drugoj imati naboje različitih znakova (općenito, molekule ostaju neutralne), a sile privlačenja nastaju između molekula.
S još većim smanjenjem udaljenosti između molekula, sile odbijanja nastaju kao posljedica interakcije negativno nabijenih elektronskih ljuski atoma molekula.
Kao rezultat toga, zbroj sila privlačenja i odbijanja djeluje na molekulu. Na velikim udaljenostima prevladava sila privlačenja (na udaljenosti od 2-3 promjera molekule, privlačenje je maksimalno), na malim udaljenostima sila odbijanja.
Postoji takva udaljenost između molekula na kojoj sile privlačenja postaju jednake silama odbijanja. Ovaj položaj molekula naziva se položaj stabilne ravnoteže.
Molekule koje se nalaze udaljene jedna od druge i vezane elektromagnetskim silama imaju potencijalnu energiju.
U položaju stabilne ravnoteže, potencijalna energija molekula je minimalna.
U tvari svaka molekula istodobno stupa u interakciju s mnogim susjednim molekulama, što također utječe na vrijednost minimalne potencijalne energije molekula.
Osim toga, sve molekule tvari su u kontinuiranom kretanju, t.j. posjeduju kinetičku energiju.
Dakle, struktura tvari i njezina svojstva (kruta, tekuća i plinovita tijela) određeni su omjerom između minimalne potencijalne energije interakcije molekula i zalihe kinetičke energije toplinskog gibanja molekula.
Struktura i svojstva čvrstih, tekućih i plinovitih tijela
Struktura tijela objašnjena je interakcijom čestica tijela i prirodom njihovog toplinskog kretanja.
Čvrsta
Krute tvari imaju konstantan oblik i volumen, praktički nestlačive.
Minimalna potencijalna energija interakcije molekula veća je od kinetičke energije molekula.
Jaka interakcija čestica.
Toplinsko gibanje molekula u čvrstom tijelu izražava se samo vibracijama čestica (atoma, molekula) oko stabilnog ravnotežnog položaja.
Zbog velikih sila privlačenja, molekule praktički ne mogu promijeniti svoj položaj u materiji, to objašnjava nepromjenjivost volumena i oblika čvrstih tijela.
Većina čvrstih tijela ima uređen raspored čestica u prostoru, koje tvore pravilnu kristalnu rešetku. Čestice tvari (atomi, molekule, ioni) nalaze se na vrhovima - čvorovima kristalne rešetke. Čvorovi kristalne rešetke podudaraju se s položajem stabilne ravnoteže čestica.
Takve krute tvari nazivaju se kristalne.
Tekući
Tekućine imaju određeni volumen, ali nemaju svoj oblik; poprimaju oblik posude u kojoj se nalaze.
Minimalna potencijalna energija interakcije molekula usporediva je s kinetičkom energijom molekula.
Slaba interakcija čestica.
Toplinsko kretanje molekula u tekućini izraženo je vibracijama oko stabilnog ravnotežnog položaja unutar volumena koji molekuli daju njezini susjedi
Molekule se ne mogu slobodno kretati kroz volumen tvari, ali su mogući prijelazi molekula na susjedna mjesta. To objašnjava fluidnost tekućine, mogućnost promjene njezinog oblika.
U tekućinama su molekule dovoljno čvrsto međusobno povezane silama privlačenja, što objašnjava nepromjenjivost volumena tekućine.
U tekućini je udaljenost između molekula približno jednaka promjeru molekule. S smanjenjem udaljenosti između molekula (kompresija tekućine), sile odbijanja naglo se povećavaju, pa su tekućine nesabijajuće.
S obzirom na svoju strukturu i prirodu toplinskog kretanja, tekućine zauzimaju srednji položaj između krutih tvari i plinova.
Iako je razlika između tekućine i plina mnogo veća nego između tekućine i krutine. Na primjer, tijekom taljenja ili kristalizacije, volumen tijela mijenja se mnogo puta manje nego tijekom isparavanja ili kondenzacije.
Plinovi nemaju stalan volumen i zauzimaju cijeli volumen posude u kojoj se nalaze.
Minimalna potencijalna energija interakcije molekula manja je od kinetičke energije molekula.
Čestice materije praktički ne stupaju u interakciju.
Plinove karakterizira potpuni poremećaj u rasporedu i kretanju molekula.
Učitavam...