Oddziaływanie cząsteczek. Struktura ciał stałych, cieczy i gazów

Teoria kinetyki molekularnej wyjaśnia, że wszystkie substancje mogą istnieć w trzech stanach skupienia: stałym, ciekłym i gazowym. Na przykład lód, woda i para wodna. Plazma jest często uważana za czwarty stan skupienia.

Zbiorcze stany skupienia(z łac agregować– dołączyć, połączyć) – stany tej samej substancji, pomiędzy którymi przejściami towarzyszy zmiana jej właściwości fizycznych. Jest to zmiana skupionych stanów materii.

We wszystkich trzech stanach cząsteczki tej samej substancji nie różnią się od siebie, zmienia się jedynie ich położenie, charakter ruchu termicznego i siły oddziaływania międzycząsteczkowego.

Ruch cząsteczek w gazach

W gazach odległość między cząsteczkami i atomami jest zwykle znacznie większa niż wielkość cząsteczek, a siły przyciągania są bardzo małe. Dlatego gazy nie mają własnego kształtu i stałej objętości. Gazy można łatwo sprężyć, ponieważ siły odpychania na dużych odległościach są również małe. Gazy mają właściwość rozszerzania się w nieskończoność, wypełniając całą dostarczoną im objętość. Cząsteczki gazu poruszają się z bardzo dużą prędkością, zderzają się ze sobą i odbijają się w różnych kierunkach. Powstają liczne uderzenia cząsteczek w ścianki naczynia ciśnienie gazu.

Ruch cząsteczek w cieczach

W cieczach cząsteczki nie tylko oscylują wokół położenia równowagi, ale także wykonują skoki z jednego położenia równowagi do drugiego. Skoki te występują okresowo. Nazywa się odstęp czasu między takimi skokami średni czas życia osiadłego(Lub średni czas relaksu) i jest oznaczony literą ?. Innymi słowy, czas relaksacji to czas oscylacji wokół jednego określonego położenia równowagi. W temperaturze pokojowej czas ten wynosi średnio 10 -11 s. Czas jednej oscylacji wynosi 10 -12 ... 10 -13 s.

Wraz ze wzrostem temperatury skraca się czas siedzącego trybu życia. Odległość między cząsteczkami cieczy jest mniejsza niż wielkość cząsteczek, cząstki znajdują się blisko siebie, a przyciąganie międzycząsteczkowe jest silne. Jednakże rozmieszczenie cząsteczek cieczy nie jest ściśle uporządkowane w całej objętości.

Ciecze, podobnie jak ciała stałe, zachowują swoją objętość, ale nie mają własnego kształtu. Dlatego przyjmują kształt naczynia, w którym się znajdują. Płyn ma następujące właściwości: płynność. Dzięki tej właściwości ciecz nie opiera się zmianie kształtu, jest lekko ściśnięta, a jej właściwości fizyczne są takie same we wszystkich kierunkach wewnątrz cieczy (izotropia cieczy). Naturę ruchu cząsteczek w cieczach po raz pierwszy ustalił radziecki fizyk Jakow Iljicz Frenkel (1894–1952).

Ruch cząsteczek w ciałach stałych

Cząsteczki i atomy ciała stałego są ułożone w określonej kolejności i formie sieci krystalicznej. Takie ciała stałe nazywane są krystalicznymi. Atomy wykonują ruchy wibracyjne wokół położenia równowagi, a przyciąganie między nimi jest bardzo silne. Dlatego ciała stałe w normalnych warunkach zachowują swoją objętość i mają swój własny kształt.

Fizyka

Oddziaływanie atomów i cząsteczek materii. Budowa ciał stałych, ciekłych i gazowych

Pomiędzy cząsteczkami substancji działają jednocześnie siły przyciągające i odpychające. Siły te w dużej mierze zależą od odległości między cząsteczkami.

Według badań eksperymentalnych i teoretycznych siły oddziaływania międzycząsteczkowego są odwrotnie proporcjonalne do n-tej potęgi odległości między cząsteczkami:

gdzie dla sił przyciągania n = 7 i dla sił odpychania .

Oddziaływanie dwóch cząsteczek można opisać za pomocą wykresu rzutu wypadkowych sił przyciągania i odpychania cząsteczek na odległość r pomiędzy ich środkami. Skierujmy oś r od cząsteczki 1, której środek pokrywa się z początkiem współrzędnych, do oddalonego od niej środka cząsteczki 2 (rys. 1).

Wtedy rzut siły odpychania cząsteczki 2 z cząsteczki 1 na oś r będzie dodatni. Rzut siły przyciągania cząsteczki 2 na cząsteczkę 1 będzie ujemny.

Siły odpychania (ryc. 2) są znacznie większe niż siły przyciągania na krótkich dystansach, ale zmniejszają się znacznie szybciej wraz ze wzrostem r. Siły przyciągania również szybko maleją wraz ze wzrostem r, tak że począwszy od pewnej odległości można pominąć oddziaływanie cząsteczek. Największa odległość rm, przy której cząsteczki nadal oddziałują, nazywana jest promieniem działania molekularnego .

Siły odpychające są równe siłom przyciągającym.

Odległość odpowiada stabilnej równowadze względnej pozycji cząsteczek.

W różnych stanach skupienia substancji odległość między jej cząsteczkami jest różna. Stąd różnica w oddziaływaniu siłowym cząsteczek i znacząca różnica w naturze ruchu cząsteczek gazów, cieczy i ciał stałych.

W gazach odległości między cząsteczkami są kilkakrotnie większe niż rozmiary samych cząsteczek. W efekcie siły oddziaływania pomiędzy cząsteczkami gazu są małe, a energia kinetyczna ruchu termicznego cząsteczek znacznie przewyższa energię potencjalną ich oddziaływania. Każda cząsteczka porusza się swobodnie od innych cząsteczek z ogromnymi prędkościami (setki metrów na sekundę), zmieniając kierunek i moduł prędkości podczas zderzenia z innymi cząsteczkami. Swobodna droga cząsteczek gazu zależy od ciśnienia i temperatury gazu. W normalnych warunkach.

W cieczach odległość między cząsteczkami jest znacznie mniejsza niż w gazach. Siły oddziaływania między cząsteczkami są duże, a energia kinetyczna ruchu cząsteczek jest proporcjonalna do energii potencjalnej ich interakcji, w wyniku czego cząsteczki cieczy oscylują wokół pewnej pozycji równowagi, a następnie gwałtownie przeskakują do nowej pozycje równowagi po bardzo krótkich okresach czasu, co prowadzi do płynności cieczy. Zatem w cieczy cząsteczki wykonują głównie ruchy wibracyjne i translacyjne. W ciałach stałych siły oddziaływania między cząsteczkami są tak duże, że energia kinetyczna ruchu cząsteczek jest znacznie mniejsza niż energia potencjalna ich oddziaływania. Cząsteczki wykonują jedynie drgania o małej amplitudzie wokół pewnego stałego położenia równowagi – węzła sieci krystalicznej.

Odległość tę można oszacować znając gęstość substancji i masę molową. Koncentracja – liczba cząstek na jednostkę objętości jest powiązana z gęstością, masą molową i liczbą Avogadro za pomocą zależności.

1. Budowa ciał gazowych, ciekłych i stałych

Teoria kinetyki molekularnej pozwala zrozumieć, dlaczego substancja może istnieć w stanie gazowym, ciekłym i stałym.
Gazy. W gazach odległość między atomami lub cząsteczkami jest średnio wielokrotnie większa niż wielkość samych cząsteczek ( Ryc.8.5). Na przykład pod ciśnieniem atmosferycznym objętość naczynia jest dziesiątki tysięcy razy większa niż objętość znajdujących się w nim cząsteczek.

Gazy łatwo ulegają kompresji, a średnia odległość między cząsteczkami maleje, ale kształt cząsteczki się nie zmienia ( Ryc.8.6).

Cząsteczki poruszają się w przestrzeni z ogromną prędkością – setkami metrów na sekundę. Kiedy się zderzają, odbijają się od siebie w różnych kierunkach niczym kule bilardowe. Słabe siły przyciągania cząsteczek gazu nie są w stanie utrzymać ich blisko siebie. Dlatego gazy mogą rozszerzać się w nieograniczony sposób. Nie zachowują kształtu ani objętości.
Liczne uderzenia cząsteczek w ścianki naczynia powodują powstanie ciśnienia gazu.

Płyny. Cząsteczki cieczy znajdują się prawie blisko siebie ( Ryc.8.7), więc cząsteczka cieczy zachowuje się inaczej niż cząsteczka gazu. W cieczach występuje tzw. porządek krótkiego zasięgu, czyli uporządkowany układ cząsteczek jest zachowany na odległościach równych kilku średnicom cząsteczek. Cząsteczka oscyluje wokół swojej pozycji równowagi, zderzając się z sąsiednimi cząsteczkami. Tylko od czasu do czasu wykonuje kolejny „skok”, wchodząc w nową pozycję równowagi. W tej pozycji równowagi siła odpychania jest równa sile przyciągania, tj. całkowita siła oddziaływania cząsteczki wynosi zero. Czas ustalone życie cząsteczki wody, czyli czas jej drgań wokół jednego określonego położenia równowagi w temperaturze pokojowej, wynosi średnio 10 -11 s. Czas jednego oscylacji jest znacznie krótszy (10 -12 -10 -13 s). Wraz ze wzrostem temperatury czas przebywania cząsteczek maleje.

Charakter ruchu molekularnego w cieczach, ustalony po raz pierwszy przez radzieckiego fizyka Ya.I. Frenkla, pozwala nam zrozumieć podstawowe właściwości cieczy.
Cząsteczki cieczy znajdują się bezpośrednio obok siebie. W miarę zmniejszania się objętości siły odpychania stają się bardzo duże. To wyjaśnia niska ściśliwość cieczy.
Jak wiadomo, ciecze są płynne, to znaczy nie zachowują swojego kształtu. Można to wyjaśnić w ten sposób. Siła zewnętrzna nie zmienia zauważalnie liczby skoków molekularnych na sekundę. Jednak skoki cząsteczek z jednej pozycji stacjonarnej do drugiej zachodzą głównie w kierunku siły zewnętrznej ( Ryc.8.8). Dzięki temu ciecz przepływa i przybiera kształt pojemnika.

ciała stałe. Atomy lub cząsteczki ciał stałych, w przeciwieństwie do atomów i cząsteczek cieczy, wibrują wokół pewnych położeń równowagi. Z tego powodu ciała stałe zachowują nie tylko objętość, ale także kształt. Energia potencjalna interakcji pomiędzy cząsteczkami stałymi jest znacznie większa niż ich energia kinetyczna.
Jest jeszcze jedna ważna różnica pomiędzy cieczami i ciałami stałymi. Płyn można porównać do tłumu ludzi, w którym poszczególne jednostki niespokojnie przepychają się w miejscu, a ciało stałe jest jak szczupła kohorta tych samych osobników, którzy choć nie stoją na baczność, zachowują przeciętnie określone odległości między sobą . Jeśli połączymy środki położeń równowagi atomów lub jonów ciała stałego, otrzymamy regularną siatkę przestrzenną zwaną krystaliczny.
Ryciny 8.9 i 8.10 przedstawiają sieci krystaliczne soli kuchennej i diamentu. Wewnętrzny porządek w rozmieszczeniu atomów w kryształach prowadzi do regularnych zewnętrznych kształtów geometrycznych.

Rysunek 8.11 przedstawia diamenty Jakuta.

W gazie odległość l między cząsteczkami jest znacznie większa niż wielkość cząsteczek 0:” l >>r 0 .
Dla cieczy i ciał stałych l≈r 0. Cząsteczki cieczy są ułożone w sposób nieuporządkowany i od czasu do czasu przeskakują z jednego ustalonego położenia do drugiego.
Krystaliczne ciała stałe mają cząsteczki (lub atomy) ułożone w ściśle uporządkowany sposób.

2. Gaz doskonały w teorii kinetyki molekularnej

Badanie dowolnej dziedziny fizyki zawsze rozpoczyna się od wprowadzenia określonego modelu, w ramach którego toczą się dalsze badania. Na przykład, gdy badaliśmy kinematykę, model ciała był punktem materialnym itp. Jak można się domyślić, model nigdy nie będzie odpowiadał faktycznie zachodzącym procesom, ale często jest bardzo bliski tej zgodności.

Fizyka molekularna, a w szczególności MCT, nie jest wyjątkiem. Problemem opisu modelu zajmowało się od XVIII w. wielu naukowców: M. Łomonosow, D. Joule, R. Clausius (ryc. 1). Ten ostatni wprowadził model gazu doskonałego w 1857 roku. Jakościowe wyjaśnienie podstawowych właściwości substancji w oparciu o teorię kinetyki molekularnej nie jest szczególnie trudne. Jednak teoria ustalająca ilościowe powiązania między wielkościami mierzonymi eksperymentalnie (ciśnienie, temperatura itp.) A właściwościami samych cząsteczek, ich liczbą i szybkością ruchu, jest bardzo złożona. W gazie pod normalnym ciśnieniem odległość między cząsteczkami jest wielokrotnie większa niż ich wymiary. W tym przypadku siły oddziaływania pomiędzy cząsteczkami są znikome, a energia kinetyczna cząsteczek jest znacznie większa od energii potencjalnej oddziaływania. Cząsteczki gazu można traktować jako punkty materialne lub bardzo małe, stałe kulki. Zamiast prawdziwy gaz, pomiędzy cząsteczkami, na które działają złożone siły interakcji, rozważymy to Modelem jest gaz doskonały.

Gaz doskonały– model gazowy, w którym cząsteczki i atomy gazu są reprezentowane w postaci bardzo małych (zanikających rozmiarów) sprężystych kulek, które nie oddziałują ze sobą (bez bezpośredniego kontaktu), a jedynie zderzają się (patrz rys. 2).

Należy zauważyć, że wodór rozrzedzony (pod bardzo niskim ciśnieniem) prawie całkowicie spełnia model gazu doskonałego.

Ryż. 2.

Gaz doskonały jest gazem, w którym oddziaływanie między cząsteczkami jest znikome. Naturalnie, gdy cząsteczki gazu doskonałego zderzają się, działa na nie siła odpychająca. Ponieważ zgodnie z modelem cząsteczki gazu możemy uznać za punkty materialne, zaniedbujemy rozmiary cząsteczek, biorąc pod uwagę, że zajmowana przez nie objętość jest znacznie mniejsza niż objętość naczynia.
Przypomnijmy, że w modelu fizycznym uwzględniane są tylko te właściwości układu rzeczywistego, których uwzględnienie jest absolutnie niezbędne do wyjaśnienia badanych wzorców zachowania tego układu. Żaden model nie jest w stanie przekazać wszystkich właściwości systemu. Teraz musimy rozwiązać dość wąski problem: wykorzystać teorię kinetyki molekularnej do obliczenia ciśnienia gazu doskonałego na ściankach naczynia. W przypadku tego problemu model gazu doskonałego okazuje się całkiem zadowalający. Prowadzi to do rezultatów potwierdzonych doświadczeniem.

3. Ciśnienie gazu w teorii kinetyki molekularnej Niech gaz będzie w zamkniętym pojemniku. Manometr pokazuje ciśnienie gazu p 0. Jak powstaje to ciśnienie?
Każda cząsteczka gazu uderzająca w ścianę działa na nią z określoną siłą przez krótki czas. W wyniku przypadkowych uderzeń w ścianę ciśnienie zmienia się gwałtownie w czasie, mniej więcej tak, jak pokazano na rysunku 8.12. Jednak skutki wywołane uderzeniami poszczególnych cząsteczek są na tyle słabe, że nie są rejestrowane przez manometr. Manometr rejestruje średnią w czasie siłę działającą na każdą jednostkę powierzchni jej wrażliwego elementu – membrany. Pomimo niewielkich zmian ciśnienia, średnia wartość ciśnienia p 0 praktycznie okazuje się to całkowicie określona wartość, ponieważ uderzeń w ścianę jest dużo, a masy cząsteczek są bardzo małe.

Gaz doskonały jest modelem gazu rzeczywistego. Zgodnie z tym modelem cząsteczki gazu można uznać za punkty materialne, których interakcja zachodzi tylko w przypadku zderzenia. Kiedy cząsteczki gazu zderzają się ze ścianą, wywierają na nią nacisk.

4. Mikro- i makroparametry gazu

Teraz możemy zacząć opisywać parametry gazu doskonałego. Dzielą się na dwie grupy:

Idealne parametry gazu

Oznacza to, że mikroparametry opisują stan pojedynczej cząstki (mikrociała), a makroparametry opisują stan całej porcji gazu (makrociała). Zapiszmy teraz zależność łączącą jedne parametry z innymi, czyli podstawowe równanie MKT:

Tutaj: - średnia prędkość ruchu cząstek;

Definicja. – stężenie cząstki gazu – liczba cząstek w jednostce objętości; ; jednostka - .

5. Średnia wartość kwadratu prędkości cząsteczek

Aby obliczyć średnie ciśnienie, należy znać średnią prędkość cząsteczek (a dokładniej średnią wartość kwadratu prędkości). To nie jest proste pytanie. Przyzwyczaiłeś się do tego, że każda cząstka ma prędkość. Średnia prędkość cząsteczek zależy od ruchu wszystkich cząstek.
Wartości średnie. Od samego początku należy zrezygnować z prób śledzenia ruchu wszystkich cząsteczek tworzących gaz. Jest ich za dużo i poruszają się bardzo trudno. Nie musimy wiedzieć, jak porusza się każda cząsteczka. Musimy dowiedzieć się, do czego prowadzi ruch wszystkich cząsteczek gazu.
Charakter ruchu całego zestawu cząsteczek gazu jest znany z doświadczenia. Cząsteczki wykonują przypadkowy (termiczny) ruch. Oznacza to, że prędkość dowolnej cząsteczki może być bardzo duża lub bardzo mała. Kierunek ruchu cząsteczek stale się zmienia, gdy zderzają się ze sobą.
Prędkości poszczególnych cząsteczek mogą być jednak dowolne przeciętny wartość modułu tych prędkości jest dość określona. Podobnie wzrost uczniów w klasie nie jest taki sam, ale jego średnia jest określoną liczbą. Aby znaleźć tę liczbę, należy dodać wzrost poszczególnych uczniów i podzielić tę sumę przez liczbę uczniów.
Średnia wartość kwadratu prędkości. W przyszłości będziemy potrzebować średniej wartości nie samej prędkości, ale kwadratu prędkości. Od tej wartości zależy średnia energia kinetyczna cząsteczek. A średnia energia kinetyczna cząsteczek, jak wkrótce się przekonamy, jest bardzo ważna w całej teorii kinetyki molekularnej.
Oznaczmy moduły prędkości poszczególnych cząsteczek gazu przez . Średnią wartość kwadratu prędkości wyznacza się ze wzoru:

Gdzie N- liczba cząsteczek w gazie.
Ale kwadrat modułu dowolnego wektora jest równy sumie kwadratów jego rzutów na osie współrzędnych WÓŁ, OY, OZ. Dlatego

Średnie wartości wielkości można wyznaczyć za pomocą wzorów podobnych do wzoru (8.9). Pomiędzy wartością średnią a wartościami średnimi kwadratów rzutów zachodzi taka sama zależność jak zależność (8.10):

Rzeczywiście, równość (8.10) obowiązuje dla każdej cząsteczki. Dodanie tych równości dla poszczególnych cząsteczek i podzielenie obu stron otrzymanego równania przez liczbę cząsteczek N, dochodzimy do wzoru (8.11).
Uwaga! Ponieważ kierunki trzech osi Och, och I OZ ze względu na losowy ruch cząsteczek są one równe, średnie wartości kwadratów rzutów prędkości są sobie równe:

Widzisz, z chaosu wyłania się pewien wzór. Czy mógłbyś to rozgryźć sam?
Biorąc pod uwagę relację (8.12), zamiast i stawiamy we wzorze (8.11). Następnie dla średniego kwadratu rzutu prędkości otrzymujemy:

tj. średni kwadrat rzutu prędkości jest równy 1/3 średniego kwadratu samej prędkości. Współczynnik 1/3 pojawia się ze względu na trójwymiarowość przestrzeni i odpowiednio istnienie trzech rzutów dla dowolnego wektora.
Prędkości cząsteczek zmieniają się losowo, ale średni kwadrat prędkości jest dobrze określoną wartością.

6. Podstawowe równania teorii kinetyki molekularnej
Przejdźmy do wyprowadzenia podstawowego równania molekularnej teorii kinetyki gazów. Równanie to ustala zależność ciśnienia gazu od średniej energii kinetycznej jego cząsteczek. Po wyprowadzeniu tego równania w XIX w. i eksperymentalny dowód jej słuszności zapoczątkował szybki rozwój teorii ilościowej, który trwa do dziś.
Dowód niemal każdego twierdzenia w fizyce, wyprowadzenie dowolnego równania można przeprowadzić z różnym stopniem rygorystyczności i przekonywalności: bardzo uproszczonym, mniej lub bardziej rygorystycznym lub z pełnym rygorem dostępnym współczesnej nauce.
Rygorystyczne wyprowadzenie równania molekularnej teorii kinetyki gazów jest dość złożone. Dlatego ograniczymy się do mocno uproszczonego, schematycznego wyprowadzenia równania. Pomimo wszystkich uproszczeń wynik będzie prawidłowy.
Wyprowadzenie równania podstawowego. Obliczmy ciśnienie gazu na ścianie płyta CD naczynie ABCD obszar S, prostopadle do osi współrzędnych WÓŁ (Ryc.8.13).

Kiedy cząsteczka uderza w ścianę, jej pęd zmienia się: . Ponieważ moduł prędkości cząsteczek przy uderzeniu się nie zmienia . Zgodnie z drugim prawem Newtona zmiana pędu cząsteczki jest równa impulsowi siły działającej na nią ze ścianki naczynia, a zgodnie z trzecim prawem Newtona wielkości impulsu siły, z jaką cząsteczka działanie cząsteczki na ścianę jest takie samo. W rezultacie w wyniku uderzenia cząsteczki na ścianę działa siła, której pęd jest równy .

Cząsteczki są bardzo małe, zwykłych cząsteczek nie da się zobaczyć nawet za pomocą najpotężniejszego mikroskopu optycznego - ale niektóre parametry cząsteczek można obliczyć dość dokładnie (masę), a inne można jedynie z grubsza oszacować (wymiary, prędkość), i to też by dobrze jest zrozumieć, czym „rozmiar” są cząsteczki” i o jakim rodzaju „prędkości cząsteczek” mówimy. Zatem masę cząsteczki określa się jako „masę jednego mola” / „liczbę cząsteczek w molu”. Np. dla cząsteczki wody m = 0,018/6·1023 = 3,10-26 kg (można obliczyć dokładniej - liczba Avogadro jest znana z dużą dokładnością, a masę molową dowolnej cząsteczki łatwo znaleźć).
Szacowanie wielkości cząsteczki rozpoczyna się od pytania, co stanowi jej wielkość. Gdyby tylko była idealnie wypolerowaną kostką! Nie jest to jednak ani sześcian, ani kula i w ogóle nie ma jasno określonych granic. Co zrobić w takich przypadkach? Zacznijmy od daleka. Oszacujmy wielkość znacznie bardziej znanego obiektu - ucznia. Wszyscy widzieliśmy dzieci w wieku szkolnym, przyjmijmy, że masa przeciętnego ucznia wynosi 60 kg (a wtedy zobaczymy, czy ten wybór ma znaczący wpływ na wynik), gęstość ucznia jest w przybliżeniu taka jak gęstość wody (pamiętajcie że jeśli weźmiesz głęboki wdech powietrza, a potem będziesz mógł „zawiesić się” w wodzie, zanurzony prawie całkowicie, a jeśli zrobisz wydech, natychmiast zaczniesz tonąć). Teraz możesz znaleźć objętość ucznia: V = 60/1000 = 0,06 metra sześciennego. metrów. Jeśli teraz założymy, że uczeń ma kształt sześcianu, to jego rozmiar obliczamy jako pierwiastek sześcienny objętości, tj. około 0,4 m. Tak wyszedł rozmiar - mniejszy niż wysokość (rozmiar „wysokości”), większy niż grubość (rozmiar „głębokości”). Jeśli nie wiemy nic o kształcie ciała ucznia, to nie znajdziemy nic lepszego niż ta odpowiedź (zamiast sześcianu moglibyśmy wziąć piłkę, ale odpowiedź byłaby mniej więcej taka sama, a obliczenie średnicy piłki jest trudniejsza niż krawędź sześcianu). Ale jeśli mamy dodatkowe informacje (na przykład z analizy zdjęć), odpowiedź może być znacznie rozsądniejsza. Niech wiadomo, że „szerokość” ucznia jest średnio cztery razy mniejsza niż jego wzrost, a jego „głębokość” jest trzy razy mniejsza. Wtedy Н*Н/4*Н/12 = V, stąd Н = 1,5 m (nie ma sensu dokładniej obliczać tak słabo określonej wartości, poleganie na możliwościach kalkulatora w takim „obliczeniu” jest po prostu analfabeta!). Otrzymaliśmy całkowicie rozsądne oszacowanie wzrostu ucznia, gdybyśmy przyjęli masę około 100 kg (a są tacy uczniowie!), otrzymalibyśmy około 1,7 - 1,8 m - także całkiem rozsądne.
Oszacujmy teraz wielkość cząsteczki wody. Znajdźmy objętość na cząsteczkę w „ciekłej wodzie” - w niej cząsteczki są najgęściej upakowane (ściśnięte bliżej siebie niż w stanie stałym, „lódowym”). Mol wody ma masę 18 g i objętość 18 metrów sześciennych. cm. Wtedy objętość przypadająca na cząsteczkę wynosi V= 18·10-6/6·1023 = 3,10-29 m3. Jeśli nie mamy informacji o kształcie cząsteczki wody (lub nie chcemy brać pod uwagę złożonego kształtu cząsteczek), najłatwiej jest potraktować ją jako sześcian i znaleźć jej rozmiar dokładnie taki, jaki właśnie znaleźliśmy wielkość sześciennego ucznia: d= (V)1/3 = 3,10-10 m. To wszystko! Możesz ocenić wpływ kształtu dość skomplikowanych cząsteczek na wynik obliczeń, na przykład w ten sposób: oblicz wielkość cząsteczek benzyny, licząc cząsteczki jako sześciany - a następnie przeprowadź eksperyment, patrząc na powierzchnię plama po kropli benzyny na powierzchni wody. Biorąc pod uwagę, że film ma „powierzchnię cieczy o grubości jednej cząsteczki” i znając masę kropli, możemy porównać rozmiary uzyskane tymi dwiema metodami. Wynik będzie bardzo pouczający!
Zastosowany pomysł nadaje się także do zupełnie innych obliczeń. Oszacujmy średnią odległość pomiędzy sąsiednimi cząsteczkami rozrzedzonego gazu dla konkretnego przypadku - azotu pod ciśnieniem 1 atm i temperatury 300 K. Aby to zrobić, znajdźmy objętość na cząsteczkę tego gazu, a wtedy wszystko okaże się proste. Zatem weźmy mol azotu w tych warunkach i znajdźmy objętość części wskazanej w warunku, a następnie podzielmy tę objętość przez liczbę cząsteczek: V= R·T/P·NA= 8,3·300/105· 6,1023 = 4,10 -26 m3. Załóżmy, że objętość jest podzielona na gęsto upakowane komórki sześcienne, a każda cząsteczka „średnio” znajduje się w środku swojej komórki. Wtedy średnia odległość pomiędzy sąsiednimi (najbliższymi) cząsteczkami jest równa krawędzi komórki sześciennej: d = (V)1/3 = 3,10-9 m. Widać, że gaz jest rozrzedzony - przy takiej zależności między wielkością cząsteczki a odległością między „sąsiadami” same cząsteczki zajmują raczej niewielką - około 1/1000 części - objętości naczynia. W tym przypadku również obliczenia przeprowadziliśmy bardzo w przybliżeniu - nie ma sensu dokładniej obliczać tak mało określonych wielkości, jak „średnia odległość między sąsiednimi cząsteczkami”.

Prawa gazowe i podstawy ICT.

Jeżeli gaz jest dostatecznie rozrzedzony (a to częsta przypadłość, najczęściej mamy do czynienia z gazami rozrzedzonymi), to prawie wszelkich obliczeń dokonuje się na podstawie wzoru łączącego ciśnienie P, objętość V, ilość gazu ν i temperaturę T - to to słynny „stan równania gazu doskonałego” P·V= ν·R·T. Sposób znalezienia jednej z tych wielkości, jeśli podane są wszystkie pozostałe, jest dość prosty i zrozumiały. Ale problem można sformułować w taki sposób, że pytanie będzie dotyczyło innej wielkości - na przykład gęstości gazu. Zatem zadanie: znaleźć gęstość azotu w temperaturze 300 K i ciśnieniu 0,2 atm. Rozwiążmy to. Sądząc po stanie, gaz jest dość rozrzedzony (powietrze składające się z 80% azotu i przy znacznie wyższym ciśnieniu można uznać za rozrzedzone, wdychamy nim swobodnie i łatwo przez niego przechodzimy), a gdyby tak nie było, nie mielibyśmy inne formuły nie – używamy tej ulubionej. Warunek nie określa objętości jakiejkolwiek porcji gazu, określimy ją sami. Weźmy 1 metr sześcienny azotu i znajdźmy ilość gazu w tej objętości. Znając masę molową azotu M = 0,028 kg/mol, wyznaczamy masę tej części - i problem rozwiązany. Ilość gazu ν= P·V/R·T, masa m = ν·М = М·P·V/R·T, stąd gęstość ρ= m/V = М·P/R·T = 0,028·20000/ ( 8,3·300) ≈ 0,2 kg/m3. Wybrana przez nas objętość nie została uwzględniona w odpowiedzi, wybraliśmy ją ze względu na specyfikę - łatwiej tak rozumować, ponieważ niekoniecznie od razu zdajesz sobie sprawę, że objętość może być dowolna, ale gęstość będzie ta sama. Można jednak obliczyć: „biorąc objętość, powiedzmy pięciokrotnie większą, zwiększymy ilość gazu dokładnie pięć razy, dlatego niezależnie od objętości, jaką przyjmiemy, gęstość będzie taka sama”. Można po prostu przepisać swój ulubiony wzór, zastępując go wyrażeniem na ilość gazu poprzez masę porcji gazu i jego masę molową: ν = m/M, wówczas stosunek m/V = M P/R T jest natychmiast wyrażany , a to jest gęstość. Można było wziąć mol gazu i znaleźć zajmowaną przez niego objętość, po czym natychmiast oblicza się gęstość, ponieważ znana jest masa mola. Ogólnie rzecz biorąc, im prostszy problem, tym bardziej równoważne i piękne sposoby jego rozwiązania...
Oto kolejny problem, w przypadku którego pytanie może wydawać się nieoczekiwane: znajdź różnicę ciśnienia powietrza na wysokości 20 m i na wysokości 50 m nad poziomem gruntu. Temperatura 00C, ciśnienie 1 atm. Rozwiązanie: jeśli w tych warunkach znajdziemy gęstość powietrza ρ, to różnica ciśnień ∆P = ρ·g·∆H. Gęstość wyznaczamy analogicznie jak w poprzednim zadaniu, z tą tylko trudnością, że powietrze jest mieszaniną gazów. Zakładając, że składa się ona z 80% azotu i 20% tlenu, obliczamy masę mola mieszaniny: m = 0,8 0,028 + 0,2 0,032 ≈ 0,029 kg. Objętość zajmowana przez ten mol wynosi V= R·T/P, a gęstość oblicza się jako stosunek tych dwóch wielkości. Wtedy wszystko będzie jasne, odpowiedź będzie wynosić około 35 Pa.
Gęstość gazu trzeba będzie także obliczyć przy wyznaczaniu np. siły unoszącej balonu o danej objętości, przy obliczaniu ilości powietrza w butlach do nurkowania potrzebnej do oddychania pod wodą przez określony czas, przy obliczaniu liczby osły potrzebne do transportu określonej ilości oparów rtęci przez pustynię oraz w wielu innych przypadkach.
Ale zadanie jest bardziej skomplikowane: na stole głośno gotuje się czajnik elektryczny, pobór mocy to 1000 W, wydajność. grzejnik 75% (reszta „idzie” do otaczającej przestrzeni). Z dziobka wydobywa się strumień pary - powierzchnia „dziobka” wynosi 1 cm2. Oszacuj prędkość gazu w tym strumieniu. Weź wszystkie niezbędne dane z tabel.
Rozwiązanie. Załóżmy, że nad wodą w czajniku tworzy się para nasycona, wówczas z dziobka wypływa strumień nasyconej pary wodnej o temperaturze +1000C. Ciśnienie takiej pary wynosi 1 atm, łatwo jest znaleźć jej gęstość. Znając moc wykorzystaną do parowania Р= 0,75·Р0 = 750 W i ciepło właściwe parowania (parowania) r = 2300 kJ/kg, wyznaczymy masę pary powstałej w czasie τ: m= 0,75Р0·τ/r . Znamy gęstość, więc łatwo jest znaleźć objętość tej ilości pary. Reszta jest już jasna - wyobraźmy sobie tę objętość w postaci kolumny o polu przekroju 1 cm2, długość tej kolumny podzielona przez τ da nam prędkość odjazdu (ta długość startuje w ciągu sekundy ). Zatem prędkość strumienia opuszczającego dziobek kotła wynosi V = m/(ρ S τ) = 0,75 P0 τ/(r ρ S τ) = 0,75 P0 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.

Ciała stałe to substancje, które mogą tworzyć ciała i mają objętość. Różnią się od cieczy i gazów kształtem. Ciała stałe zachowują swój kształt ciała dzięki temu, że ich cząstki nie mogą się swobodnie poruszać. Różnią się gęstością, plastycznością, przewodnością elektryczną i kolorem. Mają także inne właściwości. Na przykład większość tych substancji topi się podczas ogrzewania, uzyskując ciekły stan skupienia. Część z nich po podgrzaniu natychmiast zamienia się w gaz (sublimację). Ale są też takie, które rozkładają się na inne substancje.

Rodzaje ciał stałych

Wszystkie ciała stałe są podzielone na dwie grupy.

Amorficzny, w którym poszczególne cząstki są ułożone losowo. Innymi słowy: nie mają jasnej (określonej) struktury. Te ciała stałe mogą topić się w pewnym zakresie temperatur. Najpopularniejsze z nich to szkło i żywica.
Krystaliczne, które z kolei dzielą się na 4 typy: atomowy, molekularny, jonowy, metaliczny. W nich cząstki są rozmieszczone tylko według określonego wzoru, a mianowicie w węzłach sieci krystalicznej. Jego geometria w różnych substancjach może się znacznie różnić.

Substancje stałe krystaliczne przeważają pod względem liczebności nad substancjami amorficznymi.

Rodzaje substancji krystalicznych

W stanie stałym prawie wszystkie substancje mają strukturę krystaliczną. Wyróżniają się siatkami w węzłach zawierającymi różne cząstki i pierwiastki chemiczne. To zgodnie z nimi otrzymali swoje imiona. Każdy typ ma charakterystyczne właściwości:

W atomowej sieci krystalicznej cząstki ciała stałego są połączone wiązaniami kowalencyjnymi. Wyróżnia się siłą. Z tego powodu takie substancje mają wysoką temperaturę wrzenia. Ten typ obejmuje kwarc i diament.
W molekularnej sieci krystalicznej wiązania między cząstkami charakteryzują się słabością. Substancje tego typu charakteryzują się łatwością wrzenia i topienia. Charakteryzują się lotnością, dzięki czemu mają określony zapach. Do takich substancji stałych zalicza się lód i cukier. Ruchy cząsteczek w ciałach stałych tego typu wyróżniają się aktywnością.
Odpowiednie cząstki, naładowane dodatnio i ujemnie, przeplatają się w węzłach. Są one utrzymywane razem przez przyciąganie elektrostatyczne. Ten typ sieci występuje w alkaliach, solach.Wiele substancji tego typu jest łatwo rozpuszczalnych w wodzie. Ze względu na dość silne wiązanie między jonami są one ogniotrwałe. Prawie wszystkie z nich są bezwonne, ponieważ charakteryzują się nielotnością. Substancje posiadające sieć jonową nie mogą przewodzić prądu elektrycznego, ponieważ nie zawierają wolnych elektronów. Typowym przykładem ciała stałego jonowego jest sól kuchenna. Ta sieć krystaliczna nadaje mu kruchość. Wynika to z faktu, że każde jego przesunięcie może prowadzić do pojawienia się sił odpychających jony.
W metalowej sieci krystalicznej w węzłach znajdują się tylko dodatnio naładowane jony chemiczne. Pomiędzy nimi znajdują się wolne elektrony, przez które doskonale przechodzi energia cieplna i elektryczna. Dlatego wszelkie metale wyróżniają się taką cechą, jak przewodność.

Ogólne pojęcia dotyczące ciał stałych

Ciało stałe i substancja to praktycznie to samo. Terminy te odnoszą się do jednego z 4 stanów skupienia. Ciała stałe mają stabilny kształt i wzór termicznego ruchu atomów. Co więcej, te ostatnie wykonują niewielkie oscylacje w pobliżu położeń równowagi. Dziedzina nauki badająca skład i strukturę wewnętrzną nazywa się fizyką ciała stałego. Istnieją inne ważne obszary wiedzy dotyczące takich substancji. Zmiana kształtu pod wpływem czynników zewnętrznych i ruchu nazywana jest mechaniką ciała odkształcalnego.

Ze względu na odmienne właściwości ciał stałych znalazły one zastosowanie w różnych urządzeniach technicznych stworzonych przez człowieka. Najczęściej przy ich stosowaniu opierano się na takich właściwościach jak twardość, objętość, masa, sprężystość, plastyczność i kruchość. Współczesna nauka umożliwia wykorzystanie innych właściwości ciał stałych, które można wykryć jedynie w warunkach laboratoryjnych.

Czym są kryształy

Kryształy to ciała stałe, których cząstki są ułożone w określonej kolejności. Każdy ma swoją własną strukturę. Jego atomy tworzą trójwymiarowy układ okresowy zwany siecią krystaliczną. Ciała stałe mają różną symetrię struktury. Stan krystaliczny ciała stałego uważa się za stabilny, ponieważ ma minimalną ilość energii potencjalnej.

Zdecydowana większość ciał stałych składa się z ogromnej liczby losowo zorientowanych pojedynczych ziaren (krystalitów). Substancje takie nazywane są polikrystalicznymi. Należą do nich stopy i metale techniczne, a także wiele skał. Pojedyncze kryształy naturalne lub syntetyczne nazywane są monokrystalicznymi.

Najczęściej takie ciała stałe powstają ze stanu fazy ciekłej, reprezentowanej przez stop lub roztwór. Czasami otrzymuje się je ze stanu gazowego. Proces ten nazywa się krystalizacją. Dzięki postępowi naukowo-technicznemu proces uprawy (syntezy) różnych substancji osiągnął skalę przemysłową. Większość kryształów ma naturalny kształt, np. Ich rozmiary są bardzo zróżnicowane. Zatem naturalny kwarc (kryształ górski) może ważyć nawet setki kilogramów, a diamenty - nawet kilka gramów.

W ciałach amorficznych atomy znajdują się w ciągłych wibracjach wokół losowo rozmieszczonych punktów. Zachowują pewien porządek krótkiego zasięgu, ale brakuje im porządku dalekiego zasięgu. Wynika to z faktu, że ich cząsteczki znajdują się w odległości porównywalnej z ich wielkością. Najczęstszym przykładem takiego ciała stałego w naszym życiu jest stan szklisty. często uważany za ciecz o nieskończenie dużej lepkości. Czas ich krystalizacji jest czasami tak długi, że w ogóle się nie pojawia.

To właśnie powyższe właściwości tych substancji czynią je wyjątkowymi. Amorficzne ciała stałe są uważane za niestabilne, ponieważ z czasem mogą stać się krystaliczne.

Cząsteczki i atomy tworzące ciało stałe są upakowane z dużą gęstością. Praktycznie zachowują swoje względne położenie względem innych cząstek i są utrzymywane razem w wyniku interakcji międzycząsteczkowych. Odległość między cząsteczkami ciała stałego w różnych kierunkach nazywana jest parametrem sieci krystalicznej. Struktura substancji i jej symetria determinują wiele właściwości, takich jak pasmo elektronowe, łupliwość i optyka. Gdy substancja stała zostanie wystawiona na działanie wystarczająco dużej siły, właściwości te mogą zostać w takim czy innym stopniu pogorszone. W tym przypadku ciało stałe ulega deformacji szczątkowej.

Atomy ciał stałych podlegają ruchom wibracyjnym, które decydują o posiadaniu przez nie energii cieplnej. Ponieważ są one znikome, można je zaobserwować jedynie w warunkach laboratoryjnych. substancji stałej ma ogromny wpływ na jej właściwości.

Badanie ciał stałych

Cechy, właściwości tych substancji, ich właściwości i ruch cząstek są badane w różnych dziedzinach fizyki ciała stałego.

Do badań wykorzystuje się następujące metody: spektroskopię radiową, analizę strukturalną z wykorzystaniem promieni rentgenowskich i inne metody. W ten sposób bada się właściwości mechaniczne, fizyczne i termiczne ciał stałych. Twardość, wytrzymałość na obciążenie, wytrzymałość na rozciąganie, przemiany fazowe są badane przez inżynierię materiałową. Ma to wiele wspólnego z fizyką ciała stałego. Jest jeszcze jedna ważna współczesna nauka. Badanie istniejących substancji i synteza nowych odbywa się za pomocą chemii ciała stałego.

Cechy ciał stałych

Charakter ruchu zewnętrznych elektronów atomów substancji stałej determinuje wiele jej właściwości, na przykład elektryczne. Istnieje 5 klas takich ciał. Ustawia się je w zależności od rodzaju wiązania między atomami:

Jonowy, którego główną cechą jest siła przyciągania elektrostatycznego. Jego cechy: odbicie i absorpcja światła w obszarze podczerwieni. W niskich temperaturach wiązania jonowe mają niską przewodność elektryczną. Przykładem takiej substancji jest sól sodowa kwasu solnego (NaCl).
Kowalencyjny, przenoszony przez parę elektronów należącą do obu atomów. Takie wiązanie dzieli się na: pojedyncze (proste), podwójne i potrójne. Nazwy te wskazują na obecność par elektronów (1, 2, 3). Wiązania podwójne i potrójne nazywane są wielokrotnościami. Istnieje inny podział tej grupy. Zatem w zależności od rozkładu gęstości elektronowej rozróżnia się wiązania polarne i niepolarne. Pierwszy składa się z różnych atomów, a drugi z identycznych. Ten stały stan materii, którego przykładami są diament (C) i krzem (Si), wyróżnia się gęstością. Najtwardsze kryształy należą właśnie do wiązania kowalencyjnego.
Metaliczny, powstały w wyniku połączenia elektronów walencyjnych atomów. W rezultacie pojawia się ogólna chmura elektronów, która przesuwa się pod wpływem napięcia elektrycznego. Wiązanie metaliczne tworzy się, gdy łączone atomy są duże. To oni mogą oddawać elektrony. W wielu metalach i związkach złożonych wiązanie to tworzy stan stały. Przykłady: sód, bar, aluminium, miedź, złoto. Można wyróżnić następujące związki niemetaliczne: AlCr 2, Ca 2 Cu, Cu 5 Zn 8. Substancje z wiązaniami metalicznymi (metale) mają zróżnicowane właściwości fizyczne. Mogą być płynne (Hg), miękkie (Na, K), bardzo twarde (W, Nb).
Molekularny, występujący w kryształach utworzonych przez pojedyncze cząsteczki substancji. Charakteryzuje się przerwami między cząsteczkami o zerowej gęstości elektronowej. Siły wiążące atomy w takich kryształach są znaczące. W tym przypadku cząsteczki przyciągają się do siebie jedynie poprzez słabe przyciąganie międzycząsteczkowe. Dlatego wiązania między nimi łatwo ulegają zniszczeniu pod wpływem ciepła. Połączenia między atomami są znacznie trudniejsze do rozbicia. Wiązania molekularne dzielimy na orientacyjne, dyspersyjne i indukcyjne. Przykładem takiej substancji jest stały metan.
Wodór, który występuje pomiędzy dodatnio spolaryzowanymi atomami cząsteczki lub jej części a ujemnie spolaryzowaną najmniejszą cząstką innej cząsteczki lub części. Do takich połączeń zalicza się lód.

Właściwości ciał stałych

Co wiemy dzisiaj? Naukowcy od dawna badają właściwości stanu stałego materii. Pod wpływem temperatury również ulega zmianom. Przejście takiego ciała w ciecz nazywa się topnieniem. Przekształcenie ciała stałego w stan gazowy nazywa się sublimacją. Wraz ze spadkiem temperatury ciało stałe krystalizuje. Niektóre substancje pod wpływem zimna przechodzą w fazę amorficzną. Naukowcy nazywają ten proces przemianą szklistą.

Kiedy zmienia się wewnętrzna struktura ciał stałych. Największy porządek osiąga wraz ze spadkiem temperatury. Pod ciśnieniem atmosferycznym i w temperaturze T > 0 K wszelkie substancje występujące w przyrodzie ulegają zestaleniu. Wyjątkiem od tej reguły jest jedynie hel, który do krystalizacji wymaga ciśnienia 24 atm.

Stan stały substancji nadaje jej różne właściwości fizyczne. Charakteryzują specyficzne zachowanie ciał pod wpływem określonych pól i sił. Właściwości te są podzielone na grupy. Istnieją 3 metody oddziaływania, odpowiadające 3 rodzajom energii (mechaniczna, termiczna, elektromagnetyczna). W związku z tym istnieją 3 grupy właściwości fizycznych ciał stałych:

Właściwości mechaniczne związane z naprężeniami i odkształceniami ciał. Według tych kryteriów ciała stałe dzielą się na sprężyste, reologiczne, wytrzymałościowe i technologiczne. W spoczynku takie ciało zachowuje swój kształt, ale może się zmieniać pod wpływem siły zewnętrznej. W tym przypadku jego odkształcenie może mieć charakter plastyczny (pierwotna forma nie powraca), sprężysty (powraca do pierwotnego kształtu) lub destrukcyjny (rozpad/pęknięcie następuje po osiągnięciu określonego progu). Odpowiedź na przyłożoną siłę opisuje moduł sprężystości. Ciało stałe jest odporne nie tylko na ściskanie i rozciąganie, ale także na ścinanie, skręcanie i zginanie. Siła ciała stałego to jego odporność na zniszczenie.
Termiczne, objawiające się pod wpływem pól termicznych. Jedną z najważniejszych właściwości jest temperatura topnienia, w której ciało przechodzi w stan ciekły. Obserwuje się to w krystalicznych ciałach stałych. Ciała amorficzne mają utajone ciepło topnienia, ponieważ ich przejście do stanu ciekłego następuje stopniowo wraz ze wzrostem temperatury. Po osiągnięciu określonego ciepła ciało amorficzne traci swoją elastyczność i nabiera plastyczności. Stan ten oznacza, że osiągnął temperaturę zeszklenia. Pod wpływem ogrzewania ciało stałe odkształca się. Co więcej, najczęściej się rozszerza. Ilościowo stan ten charakteryzuje się pewnym współczynnikiem. Temperatura ciała wpływa na właściwości mechaniczne, takie jak płynność, ciągliwość, twardość i wytrzymałość.
Elektromagnetyczne, związane z oddziaływaniem na materię stałą przepływów mikrocząstek i fal elektromagnetycznych o dużej sztywności. Należą do nich również właściwości radiacyjne.

Struktura strefy

Ciała stałe klasyfikuje się także według ich tzw. struktury strefowej. Wśród nich są więc:

Przewodniki charakteryzujące się tym, że ich pasma przewodzenia i walencyjne nakładają się na siebie. W takim przypadku elektrony mogą przemieszczać się między nimi, otrzymując najmniejszą energię. Wszystkie metale są uważane za przewodniki. Po przyłożeniu do takiego ciała różnicy potencjałów powstaje prąd elektryczny (w wyniku swobodnego przepływu elektronów pomiędzy punktami o najniższym i najwyższym potencjale).
Dielektryki, których strefy się nie pokrywają. Odstęp między nimi przekracza 4 eV. Do przewodzenia elektronów z pasma walencyjnego do pasma przewodnictwa potrzebne są duże ilości energii. Ze względu na te właściwości dielektryki praktycznie nie przewodzą prądu.
Półprzewodniki charakteryzujące się brakiem pasm przewodnictwa i walencyjnego. Odstęp między nimi jest mniejszy niż 4 eV. Do przeniesienia elektronów z pasma walencyjnego do pasma przewodnictwa potrzeba mniej energii niż w przypadku dielektryków. Czyste (niedomieszkowane i wewnętrzne) półprzewodniki nie przepuszczają dobrze prądu.

Ruchy cząsteczek w ciałach stałych determinują ich właściwości elektromagnetyczne.

Inne właściwości

Ciała stałe są również klasyfikowane według ich właściwości magnetycznych. Istnieją trzy grupy:

Diamagnetyki, których właściwości w niewielkim stopniu zależą od temperatury czy stanu skupienia.
Paramagnetyki, będące konsekwencją orientacji elektronów przewodnictwa i momentów magnetycznych atomów. Zgodnie z prawem Curie ich podatność maleje proporcjonalnie do temperatury. Zatem przy 300 K wynosi 10 -5.
Ciała o uporządkowanej strukturze magnetycznej, posiadające porządek atomowy dalekiego zasięgu. Cząstki posiadające momenty magnetyczne są okresowo lokalizowane w węzłach swojej sieci. Takie ciała stałe i substancje są często wykorzystywane w różnych dziedzinach działalności człowieka.

Najtwardsze substancje w przyrodzie

Czym oni są? Gęstość ciał stałych w dużej mierze decyduje o ich twardości. W ostatnich latach naukowcy odkryli kilka materiałów, które rzekomo są „najsilniejszym ciałem”. Najtwardszą substancją jest fuleryt (kryształ zawierający cząsteczki fulerenu), który jest około 1,5 razy twardszy od diamentu. Niestety, obecnie jest on dostępny jedynie w bardzo małych ilościach.

Obecnie najtwardszą substancją, która może w przyszłości znaleźć zastosowanie w przemyśle, jest lonsdaleit (diament sześciokątny). Jest o 58% twardszy od diamentu. Lonsdaleit jest alotropową modyfikacją węgla. Jego sieć krystaliczna jest bardzo podobna do diamentu. Komórka lonsdaleitu zawiera 4 atomy, a diament - 8. Spośród powszechnie stosowanych obecnie kryształów diament pozostaje najtwardszy.

gdzie jest gęstość substancji.

Odwrotnością stężenia jest objętość na jeden cząstka i odległość między cząstkami, a zatem odległość między cząstkami:

Dla cieczy i ciał stałych gęstość słabo zależy od temperatury i ciśnienia, dlatego jest wartością prawie stałą i w przybliżeniu równą, tj. Odległość między cząsteczkami jest rzędu wielkości samych cząsteczek.

Gęstość gazu zależy w dużym stopniu od ciśnienia i temperatury. W normalnych warunkach (ciśnienie, temperatura 273 K) gęstość powietrza wynosi około 1 kg/m 3, masa molowa powietrza wynosi 0,029 kg/mol, wówczas oszacowanie na podstawie wzoru (5.6) daje tę wartość. Zatem w gazach odległość między cząsteczkami jest znacznie większa niż wielkość samych cząsteczek.

Koniec pracy -

Ten temat należy do działu:

Fizyka

Federalna państwowa instytucja edukacyjna budżetowa.. Wyższe kształcenie zawodowe.. Państwowy Instytut Zarządzania w Orenburgu..

Jeśli potrzebujesz dodatkowych materiałów na ten temat lub nie znalazłeś tego czego szukałeś, polecamy skorzystać z wyszukiwarki w naszej bazie dzieł:

Co zrobimy z otrzymanym materiałem:

Jeśli ten materiał był dla Ciebie przydatny, możesz zapisać go na swojej stronie w sieciach społecznościowych:

Wszystkie tematy w tym dziale:

Fizyczne podstawy mechaniki nierelatywistycznej
Mechanika bada ruch mechaniczny. Ruch mechaniczny to zmiana położenia ciał lub części ciał względem innych ciał lub części ciał.

Kinematyka punktu materialnego. Kinematyka nadwozia sztywnego
Metody określania ruchu punktu materialnego w kinematyce. Podstawowe parametry kinematyczne: trajektoria, tor, przemieszczenie, prędkość, przyspieszenie normalne, styczne i pełne

Dynamika punktu materialnego i ruch translacyjny ciała sztywnego
Bezwładność ciał. Waga. Puls. Interakcja ciał. Siła. Prawa Newtona. Rodzaje sił w mechanice. Siły grawitacyjne. Reakcja podłoża i masa. Siła sprężystości. Siła tarcia. Deformacja ciał sprężystych. O

Dynamika ruchu obrotowego
Podstawowe równanie dynamiki ruchu obrotowego ciała absolutnie sztywnego. Chwila mocy. Pęd względem punktu i osi. Moment bezwładności bryły sztywnej względem głównego

Prawa zachowania i zmiany pędu i momentu pędu w mechanice
Systemy telefoniczne Każdy zbiór ciał nazywany jest układem ciał. Jeśli na ciała zawarte w systemie nie mają wpływu inne ciała, które nie są uwzględnione

Praca i moc w mechanice
Praca i moc siły oraz moment sił. ; ; ; ; ; Praca mechaniczna i energia potencjalna

Energia LOGO
Ruch w dowolnej studni potencjału jest ruchem oscylacyjnym (ryc. 2.1.1). Rysunek 2.1.1. Ruch oscylacyjny w studni potencjału

Wahadło sprężynowe
Prawo zachowania i transformacji energii drgań wahadła sprężystego (rys. 2.1.2): EPmax = EP + EK =

Wahadło fizyczne
Prawo zachowania i transformacji energii drgań wahadła fizycznego (rys. 2.1.3): Rys. 2.1.3. Wahadło fizyczne: O - punkt

Wahadło fizyczne
Równanie podstawowej zasady dynamiki ruchu obrotowego ciała absolutnie sztywnego: .(2.1.33) Skoro dla wahadła fizycznego (rys. 2.1.6), to.

Wahadła sprężyste i fizyczne (matematyczne).
Dla dowolnych układów oscylacyjnych równanie różniczkowe drgań własnych ma postać: .(2.1.43) Zależność przemieszczenia od czasu (rys. 2.1.7)

Dodanie wibracji
Dodawanie oscylacji o tym samym kierunku Rozważmy dodanie dwóch oscylacji harmonicznych o tej samej częstotliwości. Przemieszczenie x ciała oscylującego będzie sumą przemieszczeń xl

Tryby rozpadu
β < ω0 – квазипериодический колебательный режим (рис. 2.2.2). Рис. 2.2.2. График затухающих колебаний

Parametry drgań tłumionych
współczynnik tłumienia b Jeżeli po pewnym czasie te amplituda oscylacji maleje e-krotnie, to. potem, ach, następny

Wahadło sprężynowe
Zgodnie z drugim prawem Newtona: , (2.2.17) gdzie (2.2.18) jest zewnętrzną siłą okresową działającą na wahadło sprężyste.

Proces ustanawiania wymuszonych ciągłych oscylacji
Proces powstawania oscylacji wymuszonych nietłumionych można przedstawić jako proces dodawania dwóch oscylacji: 1. oscylacji tłumionych (rys. 2.2.8); ; &nb

Podstawy szczególnej teorii względności
Podstawy szczególnej teorii względności. Transformacje współrzędnych i czasu (1) W chwili t = t’ = 0 początki współrzędnych obu układów pokrywają się: x0

Ładunki elektryczne. Metody uzyskiwania opłat. Prawo zachowania ładunku elektrycznego
W przyrodzie występują dwa rodzaje ładunków elektrycznych, potocznie zwane ładunkami dodatnimi i ujemnymi. Historycznie pozytywny nazywa się świtem

Oddziaływanie ładunków elektrycznych. Prawo Coulomba. Zastosowanie prawa Coulomba do obliczania sił oddziaływania rozciągniętych ciał naładowanych
Prawo oddziaływania ładunków elektrycznych zostało ustalone w 1785 roku przez Charlesa Coulomba (Coulomb Sh., 1736-1806). Wisiorek mierzył siłę oddziaływania pomiędzy dwiema małymi naładowanymi kulkami w zależności od prędkości

Pole elektryczne. Siła pola elektrycznego. Zasada superpozycji pól elektrycznych
Oddziaływanie ładunków elektrycznych odbywa się poprzez specjalny rodzaj materii generowanej przez naładowane cząstki – pole elektryczne. Ładunki elektryczne zmieniają właściwości

Podstawowe równania elektrostatyki w próżni. Strumień wektora natężenia pola elektrycznego. Twierdzenie Gaussa
Z definicji przepływ pola wektorowego przez obszar jest wielkością (rys. 2.1). Rys. 2.1. W kierunku definicji strumienia wektorowego.

Zastosowanie twierdzenia Gaussa do obliczania pól elektrycznych
W wielu przypadkach twierdzenie Gaussa umożliwia znalezienie natężenia pola elektrycznego rozciągniętych naładowanych ciał bez konieczności obliczania uciążliwych całek. Zwykle dotyczy to ciał, których geometria

Praca sił polowych polegająca na przemieszczaniu ładunku. Potencjał pola elektrycznego i różnica potencjałów
Jak wynika z prawa Coulomba, siła działająca na ładunek punktowy q w polu elektrycznym wytworzonym przez inne ładunki jest centralna. Przypomnijmy, że centralny

Zależność natężenia pola elektrycznego od potencjału. Potencjalny gradient. Twierdzenie o cyrkulacji pola elektrycznego
Napięcie i potencjał to dwie cechy tego samego obiektu – pola elektrycznego, dlatego musi istnieć między nimi funkcjonalne połączenie. Rzeczywiście, pracując z

Potencjały najprostszych pól elektrycznych
Z zależności określającej zależność pomiędzy natężeniem i potencjałem pola elektrycznego wynika wzór na obliczenie potencjału pola: gdzie przeprowadza się całkowanie

Polaryzacja dielektryków. Opłaty bezpłatne i ograniczone. Główne rodzaje polaryzacji dielektryków
Zjawisko pojawiania się ładunków elektrycznych na powierzchni dielektryków w polu elektrycznym nazywa się polaryzacją. Powstałe ładunki są spolaryzowane

Wektor polaryzacji i wektor indukcji elektrycznej
Aby ilościowo scharakteryzować polaryzację dielektryków, wprowadza się koncepcję wektora polaryzacji jako całkowitego (całkowitego) momentu dipolowego wszystkich cząsteczek na jednostkę objętości dielektryka

Natężenie pola elektrycznego w dielektryku
Zgodnie z zasadą superpozycji pole elektryczne w dielektryku składa się wektorowo z pola zewnętrznego i pola ładunków polaryzacyjnych (ryc. 3.11). lub według wartości bezwzględnej

Warunki brzegowe pola elektrycznego
Podczas przekraczania granicy między dwoma dielektrykami o różnych stałych dielektrycznych ε1 i ε2 (ryc. 3.12) należy wziąć pod uwagę siły graniczne

Obciążalność elektryczna przewodników. Kondensatory
Ładunek q przekazany izolowanemu przewodnikowi wytwarza wokół niego pole elektryczne, którego natężenie jest proporcjonalne do wielkości ładunku. Z kolei potencjał pola φ jest powiązany

Obliczanie pojemności prostych kondensatorów
Zgodnie z definicją pojemność kondensatora wynosi: , gdzie (całka jest brana wzdłuż linii pola między okładkami kondensatora). Dlatego ogólny wzór na obliczenie e

Energia układu stacjonarnych ładunków punktowych
Jak już wiemy, siły, z którymi oddziałują naładowane ciała, są potencjalne. W związku z tym układ naładowanych ciał ma energię potencjalną. Kiedy zarzuty zostaną usunięte

Aktualna charakterystyka. Aktualna siła i gęstość. Spadek potencjału wzdłuż przewodnika z prądem
Każdy uporządkowany ruch ładunków nazywany jest prądem elektrycznym. Nośnikami ładunku w ośrodkach przewodzących mogą być elektrony, jony, „dziury”, a nawet makroskopowo

Prawo Ohma dla jednorodnego odcinka łańcucha. Rezystancja przewodnika
Istnieje funkcjonalna zależność pomiędzy spadkiem potencjału - napięciem U a prądem w przewodniku I, zwana charakterystyką prądowo-napięciową danego p

Aby prąd elektryczny mógł płynąć w przewodniku, na jego końcach musi utrzymywać się różnica potencjałów. Oczywiście nie można do tego celu zastosować naładowanego kondensatora. Działanie

Rozgałęzione łańcuchy. Reguły Kirchhoffa
Obwód elektryczny zawierający węzły nazywany jest obwodem rozgałęzionym. Węzeł to miejsce w obwodzie, w którym spotykają się trzy lub więcej przewodów (ryc. 5.14).

Połączenie oporowe
Połączenie rezystancji może być szeregowe, równoległe i mieszane. 1) Połączenie szeregowe. W połączeniu szeregowym prąd przepływa przez wszystko

Przenosząc ładunki elektryczne wzdłuż obwodu zamkniętego, źródło prądu działa. Rozróżnia się użyteczne i pełne działanie źródła prądu.

Oddziaływanie przewodników z prądem. Prawo Ampera
Wiadomo, że magnes trwały wpływa na przewodnik przewodzący prąd (na przykład ramę przewodzącą prąd); znane jest również zjawisko odwrotne - przewodnik z prądem oddziałuje na magnes trwały (np

Prawo Biota-Savarta-Laplace'a. Zasada superpozycji pól magnetycznych
Poruszające się ładunki elektryczne (prądy) zmieniają właściwości otaczającej je przestrzeni – wytwarzają w niej pole magnetyczne. Pole to objawia się tym, że umieszczone są w nim przewody

Obwód z prądem w polu magnetycznym. Moment magnetyczny prądu
W wielu przypadkach mamy do czynienia z prądami zamkniętymi, których wymiary są niewielkie w porównaniu z odległością od nich do punktu obserwacyjnego. Takie prądy nazwiemy elementarnymi

Pole magnetyczne na osi cewki kołowej z prądem
Zgodnie z prawem Biota-Savarta-Laplace'a indukcja pola magnetycznego wytworzonego przez element prądu dl w odległości r od niego wynosi, gdzie α jest kątem pomiędzy elementem prądu a promieniem

Moment sił działających na obwód z prądem w polu magnetycznym
Umieśćmy płaski prostokątny obwód (ramę) z prądem w jednorodnym polu magnetycznym z indukcją (ryc. 9.2).

Energia obwodu z prądem w polu magnetycznym
Obwód przewodzący prąd umieszczony w polu magnetycznym ma rezerwę energii. Rzeczywiście, aby obrócić obwód przewodzący prąd o pewien kąt w kierunku przeciwnym do kierunku jego obrotu w polu magnetycznym

Obwód z prądem w nierównomiernym polu magnetycznym
Jeżeli obwód z prądem znajduje się w nierównomiernym polu magnetycznym (ryc. 9.4), to oprócz momentu obrotowego działa na niego również siła wynikająca z obecności gradientu pola magnetycznego. Projekcja tego

Praca wykonana podczas poruszania obwodu przewodzącego prąd w polu magnetycznym
Rozważmy kawałek przewodnika, w którym płynie prąd, który może swobodnie poruszać się po dwóch prowadnicach w zewnętrznym polu magnetycznym (ryc. 9.5). Pole magnetyczne uznamy za jednorodne i skierowane pod kątem

Strumień wektora indukcji magnetycznej. Twierdzenie Gaussa w magnetostatyce. Wirowa natura pola magnetycznego
Przepływ wektora przez dowolną powierzchnię S nazywa się całką: , gdzie jest rzutem wektora na normalną do powierzchni S w danym punkcie (ryc. 10.1). Ryc. 10.1. DO

Twierdzenie o cyrkulacji pola magnetycznego. Napięcie magnetyczne
Cyrkulacja pola magnetycznego po zamkniętym konturze l nazywana jest całką: , gdzie jest rzutem wektora na kierunek stycznej do warstwicy w danym punkcie. Odpowiedni

Pole magnetyczne solenoidu i toroidu
Zastosujmy uzyskane wyniki do wyznaczenia natężenia pola magnetycznego na osi prostego długiego solenoidu i toroidu. 1) Pole magnetyczne na osi prostego, długiego solenoidu.

Pole magnetyczne w materii. Hipoteza Ampere'a dotycząca prądów molekularnych. Wektor namagnesowania
Różne substancje mają w różnym stopniu zdolność do magnesowania, to znaczy pod wpływem pola magnetycznego, w którym są umieszczone, uzyskują moment magnetyczny. Niektóre substancje

Opis pola magnetycznego w magnesach. Natężenie i indukcja pola magnetycznego. Podatność magnetyczna i przenikalność magnetyczna substancji
Namagnesowana substancja wytwarza pole magnetyczne, które nakłada się na pole zewnętrzne (pole w próżni). Obydwa pola w sumie dają wynikowe pole magnetyczne z indukcją i wg

Warunki brzegowe dla pola magnetycznego
Podczas przechodzenia przez granicę między dwoma magnesami o różnej przenikalności magnetycznej μ1 i μ2, linie pola magnetycznego doświadczają

Momenty magnetyczne atomów i cząsteczek
Atomy wszystkich substancji składają się z dodatnio naładowanego jądra i poruszających się wokół niego ujemnie naładowanych elektronów. Każdy elektron poruszający się po orbicie tworzy kołowy prąd siły - h

Natura diamagnetyzmu. Twierdzenie Larmore'a
Jeśli atom zostanie umieszczony w zewnętrznym polu magnetycznym z indukcją (ryc. 12.1), wówczas na elektron poruszający się po orbicie oddziaływać będzie moment obrotowy sił, zmierzający do ustalenia momentu magnetycznego elektronu

Paramagnetyzm. Prawo Curie. Teoria Langevina
Jeśli moment magnetyczny atomów jest różny od zera, wówczas substancja okazuje się paramagnetyczna. Zewnętrzne pole magnetyczne ma tendencję do ustalania momentów magnetycznych atomów wzdłuż

Elementy teorii ferromagnetyzmu. Pojęcie sił wymiany i struktura dziedzinowa ferromagnetyków. Prawo Curie-Weissa
Jak wspomniano wcześniej, ferromagnetyki charakteryzują się wysokim stopniem namagnesowania i nieliniową zależnością. Podstawowa krzywa namagnesowania ferromagnetyka

Siły działające na naładowaną cząstkę w polu elektromagnetycznym. Siła Lorentza
Wiemy już, że na przewodnik z prądem umieszczony w polu magnetycznym działa siła amperowa. Ale prąd w przewodniku jest kierunkowym ruchem ładunków. Sugeruje to wniosek, że siła de

Ruch naładowanej cząstki w jednorodnym, stałym polu elektrycznym
W tym przypadku siła Lorentza ma tylko składową elektryczną. Równanie ruchu cząstek w tym przypadku wygląda następująco: . Rozważmy dwie sytuacje: a)

Ruch naładowanej cząstki w jednolitym, stałym polu magnetycznym
W tym przypadku siła Lorentza ma tylko składową magnetyczną. Równanie ruchu cząstek zapisane w kartezjańskim układzie współrzędnych ma w tym przypadku postać: .

Praktyczne zastosowania siły Lorentza. Efekt Halla
Jednym z dobrze znanych przejawów siły Lorentza jest efekt odkryty przez Halla (Hall E., 1855-1938) w 1880 roku. _ _ _ _ _ _

Zjawisko indukcji elektromagnetycznej. Prawo Faradaya i reguła Lenza. Indukcja emf. Elektroniczny mechanizm powstawania prądu indukcyjnego w metalach
Zjawisko indukcji elektromagnetycznej zostało odkryte w 1831 roku. Michael Faraday (Faradaya M., 1791-1867), który ustalił, że w każdym zamkniętym obwodzie przewodzącym, gdy pot zmienia się

Zjawisko samoindukcji. Indukcyjność przewodnika
Ilekroć zmienia się prąd w przewodniku, zmienia się również jego własne pole magnetyczne. Wraz z nim zmienia się również strumień indukcji magnetycznej przenikający powierzchnię objętą konturem przewodnika.

Procesy nieustalone w obwodach elektrycznych zawierających indukcyjność. Dodatkowe prądy zamykania i rozłączania
Przy każdej zmianie natężenia prądu w dowolnym obwodzie powstaje w nim samoindukcyjny emf, który powoduje pojawienie się w tym obwodzie dodatkowych prądów, zwanych prądami dodatkowymi

Energia pola magnetycznego. Gęstość energii
W eksperymencie, którego schemat pokazano na rys. 14.7, po otwarciu wyłącznika przez pewien czas przez galwanometr przepływa malejący prąd. Praca tego prądu jest równa pracy sił zewnętrznych, których rolę odgrywa ED

Porównanie podstawowych twierdzeń elektrostatyki i magnetostatyki
Do tej pory badaliśmy statyczne pola elektryczne i magnetyczne, czyli pola tworzone przez ładunki stacjonarne i prądy stałe.

Wirowe pole elektryczne. Pierwsze równanie Maxwella
Pojawienie się prądu indukcyjnego w nieruchomym przewodniku przy zmianie strumienia magnetycznego wskazuje na pojawienie się w obwodzie sił zewnętrznych wprawiających w ruch ładunki. Jak już my

Hipoteza Maxwella dotycząca prądu przemieszczenia. Wzajemna zamiana pól elektrycznych i magnetycznych. Trzecie równanie Maxwella
Główną ideą Maxwella jest idea wzajemnej zamiany pól elektrycznych i magnetycznych. Maxwell zasugerował, że źródłami są nie tylko zmienne pola magnetyczne

Postać różniczkowa równań Maxwella
1. Stosując twierdzenie Stokesa, lewą stronę pierwszego równania Maxwella przekształcamy do postaci: . Następnie samo równanie można przepisać jako, skąd

Zamknięty układ równań Maxwella. Równania materiałowe
Aby zamknąć układ równań Maxwella, należy także wskazać powiązanie między wektorami, czyli określić właściwości ośrodka materialnego, w którym rozpatrywany jest elektron

Wnioski z równań Maxwella. Fale elektromagnetyczne. Prędkość światła
Rozważmy niektóre główne konsekwencje, jakie wynikają z równań Maxwella podanych w tabeli 2. Przede wszystkim zauważamy, że równania te są liniowe. Wynika, że

Elektryczny obwód oscylacyjny. Wzór Thomsona
Oscylacje elektromagnetyczne mogą wystąpić w obwodzie zawierającym indukcyjność L i pojemność C (ryc. 16.1). Taki obwód nazywa się obwodem oscylacyjnym. Podniecać się

Swobodne tłumione oscylacje. Współczynnik jakości obwodu oscylacyjnego
Każdy rzeczywisty obwód oscylacyjny ma rezystancję (rys. 16.3). Energia oscylacji elektrycznych w takim obwodzie jest stopniowo wydawana na ogrzewanie oporu, zamieniając się w ciepło Joule'a

Wymuszone oscylacje elektryczne. Metoda diagramów wektorowych
Jeżeli źródło zmiennego pola elektromagnetycznego zostanie włączone do obwodu obwodu elektrycznego zawierającego pojemność, indukcyjność i rezystancję (ryc. 16.5), to w nim wraz z własnymi tłumionymi oscylacjami

Zjawiska rezonansowe w obwodzie oscylacyjnym. Rezonans napięcia i rezonans prądu
Jak wynika z powyższych wzorów, przy częstotliwości zmiennej EMF ω równej, wartość amplitudy prądu w obwodzie oscylacyjnym przyjmuje

Równanie falowe. Rodzaje i charakterystyka fal
Proces rozchodzenia się drgań w przestrzeni nazywany jest procesem falowym lub po prostu falą. Fale o różnym charakterze (dźwiękowe, sprężyste,

Fale elektromagnetyczne
Z równań Maxwella wynika, że jeśli zmienne pole elektryczne lub magnetyczne zostanie wzbudzone za pomocą ładunków, w otaczającej przestrzeni powstanie ciąg wzajemnych przekształceń

Energia i pęd fali elektromagnetycznej. Wektor wskazujący
Rozprzestrzenianiu się fali elektromagnetycznej towarzyszy przenoszenie energii i pędu pola elektromagnetycznego. Aby to sprawdzić, pomnóżmy skalarnie pierwsze równanie Maxwella przez różnicę

Fale sprężyste w ciałach stałych. Analogia z falami elektromagnetycznymi
Prawa propagacji fal sprężystych w ciałach stałych wynikają z ogólnych równań ruchu jednorodnego sprężyście odkształconego ośrodka: , gdzie ρ

Stojące fale
Kiedy nałożą się na siebie dwie przeciwbieżne fale o tej samej amplitudzie, powstają fale stojące. Pojawienie się fal stojących ma miejsce na przykład wtedy, gdy fale odbijają się od przeszkody. P

efekt Dopplera
Kiedy źródło i/lub odbiornik fal dźwiękowych porusza się względem ośrodka, w którym dźwięk się rozchodzi, częstotliwość ν odbierana przez odbiornik może wynosić około

Fizyka molekularna i termodynamika
Wstęp. Przedmiot i zadania fizyki molekularnej. Fizyka molekularna bada stan i zachowanie obiektów makroskopowych pod wpływem czynników zewnętrznych (n

Ilość substancji
Układ makroskopowy musi zawierać liczbę cząstek porównywalną z liczbą Avogadro, aby można go było uwzględnić w ramach fizyki statystycznej. Avogadro dzwoni pod numer

Parametry kinetyczne gazu
Średnia droga swobodna to średnia odległość przebyta przez cząsteczkę gazu pomiędzy dwoma kolejnymi zderzeniami, określona wzorem: . (4.1.7) W tej formie

Idealne ciśnienie gazu
Ciśnienie gazu na ściance pojemnika powstaje w wyniku zderzeń z nim cząsteczek gazu. Każda cząsteczka po zderzeniu przenosi na ścianę określony impuls, dlatego działa na nią z n

Dyskretna zmienna losowa. Pojęcie prawdopodobieństwa
Przyjrzyjmy się pojęciu prawdopodobieństwa na prostym przykładzie. Niech w pudełku będą zmieszane białe i czarne kulki, które nie różnią się od siebie poza kolorem. Dla uproszczenia zrobimy to

Rozkład cząsteczek ze względu na prędkość
Doświadczenie pokazuje, że prędkości cząsteczek gazu znajdujących się w stanie równowagi mogą przyjmować bardzo różne wartości – zarówno bardzo duże, jak i bliskie zeru. Prędkość cząsteczek może

Podstawowe równanie teorii kinetyki molekularnej
Średnia energia kinetyczna ruchu translacyjnego cząsteczek jest równa: . (4.2.15) Zatem temperatura bezwzględna jest proporcjonalna do średniej energii kinetycznej

Liczba stopni swobody cząsteczki
Wzór (31) określa jedynie energię ruchu translacyjnego cząsteczki. Cząsteczki gazu jednoatomowego mają tę średnią energię kinetyczną. W przypadku cząsteczek wieloatomowych należy wziąć pod uwagę wkład

Energia wewnętrzna gazu doskonałego
Energia wewnętrzna gazu doskonałego jest równa całkowitej energii kinetycznej ruchu cząsteczek: Energia wewnętrzna jednego mola gazu doskonałego jest równa: (4.2.20) Wewnętrzna

Wzór barometryczny. Rozkład Boltzmanna
Ciśnienie atmosferyczne na wysokości h zależy od ciężaru leżących nad nimi warstw gazu. Jeżeli temperatura powietrza T i przyspieszenie ziemskie g nie zmieniają się wraz z wysokością, to ciśnienie powietrza P na wysokości

Pierwsza zasada termodynamiki. Układ termodynamiczny. Parametry zewnętrzne i wewnętrzne. Proces termodynamiczny
Słowo „termodynamika” pochodzi od greckich słów termos – ciepło i dynamika – siła. Termodynamika powstała jako nauka o siłach napędowych powstających podczas procesów termicznych, prawo

Stan równowagi. Procesy równowagowe
Jeżeli wszystkie parametry układu mają pewne wartości, które pozostają stałe w stałych warunkach zewnętrznych przez nieokreślony czas, wówczas taki stan układu nazywa się równowagą lub

Mendelejew – równanie Clapeyrona
W stanie równowagi termodynamicznej wszystkie parametry układu makroskopowego pozostają niezmienione tak długo, jak jest to pożądane, w stałych warunkach zewnętrznych. Eksperyment pokazuje, że dla każdego

Energia wewnętrzna układu termodynamicznego
Oprócz parametrów termodynamicznych P, V i T, układ termodynamiczny charakteryzuje się pewną funkcją stanu U, która nazywana jest energią wewnętrzną. Jeżeli oznaczenie

Pojęcie pojemności cieplnej
Zgodnie z pierwszą zasadą termodynamiki ilość ciepła dQ przekazanego układowi zmienia jego energię wewnętrzną dU oraz pracę dA wykonaną przez układ

Tekst wykładu
Opracował: GumarovaSonia Faritovna Książka ukazała się w wydaniu autorskim Sub. wydrukować 00.00.00. format 60x84 1/16. Bum. O