Відстань між молекулами в твердому рідкому. взаємодія молекул
Твердими називають такі речовини, які здатні утворювати тіла і мають об'єм. Від рідин і газів вони відрізняються своєю формою. Тверді речовини зберігають форму тіла завдяки тому, що їх частки не здатні вільно переміщатися. Вони відрізняються за своєю щільності, пластичності, електропровідності і кольором. Також у них є й інші властивості. Так, наприклад, більшість даних речовин плавляться під час нагрівання, набуваючи рідке агрегатний стан. Деякі з них при підігріві відразу ж перетворюються в газ (возгоняются). Але є ще й ті, які розкладаються на інші речовини.
Види твердих речовин
Всі тверді речовини підрозділяють на дві групи.
- Аморфні, в яких окремі частинки розташовуються хаотично. Іншими словами: в них немає чіткої (певної) структури. Ці тверді речовини здатні плавитися в якомусь установленому проміжку температур. До найпоширеніших з них можна віднести скло і смолу.
- Кристалічні, які, в свою чергу, поділяються на 4 типи: атомні, молекулярні, іонні, металеві. У них частки розташовуються тільки за певною схемою, а саме в вузлах кристалічної решітки. Її геометрія в різних речовинах може сильно відрізнятися.
Тверді кристалічні речовини переважають над аморфними за своєю чисельністю.
Типи кристалічних твердих речовин
У твердому стані практично всі речовини мають кристалічну структуру. Вони відрізняються своїм решітки в своїх вузлах містять різні частки і хімічні елементи. Саме відповідно до них вони і отримали свої назви. У кожного типу є характерні для нього властивості:
- В атомній кристалічній решітці частки твердої речовини пов'язані ковалентним зв'язком. Вона відрізняється своєю міцністю. Завдяки цьому такі речовини відрізняються високою і кипіння. До цього типу належать кварц і алмаз.
- У молекулярній кристалічній решітці зв'язок між частинками відрізняється своєю слабкістю. Речовини такого типу характеризуються легкістю закипання і плавлення. Вони відрізняються летючість, завдяки якій мають певний запах. До таких твердих тіл відносяться лід, цукор. Руху молекул в твердих речовинах цього типу відрізняються своєю активністю.
- У в вузлах чергуються відповідні частки, заряджені позитивно і негативно. Вони утримуються електростатичним притяганням. Даний тип решітки існує в лугах, солях, Багато речовини цього виду легко розчиняються у воді. Завдяки досить міцного зв'язку між іонами вони тугоплавкі. Практично всі вони не мають запаху, оскільки для них характерна нелетучесть. Речовини з іонної гратами нездатні проводити електричний струм, Оскільки в їх складі немає вільних електронів. типовий приклад іонного твердої речовини - кухонна сіль. Така кристалічна решітка надає їй крихкість. Це пов'язано з тим, що будь-який її зрушення може привести до виникнення сил відштовхування іонів.
- У металевій кристалічній решітці в вузлах присутні тільки іони хімічних речовин, Заряджені позитивно. Між ними є вільні електрони, через які відмінно проходить теплова і електрична енергія. Саме тому будь-які метали відрізняються такою особливістю, як провідність.
Загальні поняття про твердому тілі
Тверді тіла і речовини - це практично одне і те ж. Цими термінами називають одне з 4 агрегатних станів. Тверді тіла мають стабільну форму і характер теплового руху атомів. Причому останні здійснюють малі коливання поруч з положеннями рівноваги. Розділ науки, що займається вивченням складу і внутрішньої структури, називають фізикою твердого тіла. Існують і інші важливі галузі знань, що займаються такими речовинами. Зміна форми при зовнішніх впливах і русі називають механікою тіла, що деформується.
Завдяки різним властивостям твердих речовин вони знайшли застосування в різних технічних пристроях, створених людиною. Найчастіше в основі їх вживання лежали такі властивості, як твердість, обсяг, маса, пружність, пластичність, крихкість. Сучасна наука дозволяє використовувати і інші якості твердих речовин, які можна виявити тільки в лабораторних умовах.
Що таке кристали
Кристали - це тверді тіла з розташованими в певному порядку частинками. Кожному відповідає своя структура. Його атоми утворюють трехмерно-періодичну укладку, звану кристалічною решіткою. Тверді речовини мають різну симетрію структури. Кристалічний стан твердого тіла вважається стійким, оскільки має мінімальну кількість потенційної енергії.
Переважна більшість твердих складається з величезного числа безладно орієнтованих окремих зерен (кристалітів). Такі речовини називають полікристалічний. До них відносять технічні сплави і метали, а також безліч гірських порід. Монокристалічними називають поодинокі природні або синтетичні кристали.
Найчастіше такі тверді тіла утворюються зі стану рідкої фази, представленого розплавом або розчином. Іноді їх отримують і з газоподібного стану. Цей процес називають кристалізацією. Завдяки науково-технічному прогресу процедура вирощування (синтезу) різних речовин отримала промисловий масштаб. Більшість кристалів має природну форму у вигляді Їх розміри бувають самими різними. Так, природний кварц (гірський кришталь) може важити до сотень кілограмів, а алмази - до декількох грам.
В аморфних твердих тілах атоми знаходяться в постійному коливанні навколо хаотично знаходяться точок. У них зберігається певний ближній порядок, але відсутній дальній. Це обумовлено тим, що їх молекули розташовані на відстані, яке можна порівняти з їх розміром. Найбільш часто зустрічається в нашому житті прикладом такого твердого речовини є склоподібний стан. часто розглядаються як рідина з нескінченно великою в'язкістю. Час їх кристалізації іноді таке велике, що і зовсім не проявляється.
Саме перераховані вище властивості даних речовин роблять їх унікальними. Аморфні тверді тіла вважаються нестабільними, оскільки з часом можуть перейти в кристалічний стан.
Молекули і атоми, з яких складається тверда речовина, упаковані з великою щільністю. Вони практично зберігають своє взаимоположение щодо інших частинок і тримаються разом завдяки міжмолекулярної взаємодії. Відстань між молекулами твердої речовини в різних напрямках називають параметром кристалічної решітки. Структура речовини і її симетричність визначають безліч властивостей, таких як електронна зона, розщеплення і оптика. При впливі на тверду речовину досить великої сили ці якості можуть бути в тій чи іншій мірі порушені. При цьому тверде тіло піддається залишкової деформації.
Атоми твердих тіл здійснюють коливальні рухи, якими обумовлено володіння ними тепловою енергією. Оскільки вони дуже малі, їх можна спостерігати тільки при лабораторних умовах. твердої речовини багато в чому впливає на його властивості.
Вивчення твердих речовин
Особливості, властивості даних речовин, їх якості та рух частинок вивчаються різними підрозділами фізики твердого тіла.
Для дослідження використовуються: радіоспектроскопія, структурний аналіз за допомогою рентгена і інші методи. Так вивчаються механічні, фізичні та теплові властивості твердих речовин. Твердість, опір навантаженням, межа міцності, фазові перетворення вивчає матеріалознавство. Воно в значній мірі перегукується з фізикою твердих тіл. Існує й інша важлива сучасна наука. Дослідження існуючих і синтезування нових речовин проводяться хімією твердого стану.
Особливості твердих речовин
Характер руху зовнішніх електронів атомів твердого речовини визначає багато його властивості, наприклад, електричні. Існує 5 класів таких тел. Вони встановлені в залежності від типу зв'язку атомів:
- Іонна, основною характеристикою якої є сила електростатичного тяжіння. Її особливості: відображення і поглинання світла в інфрачервоної області. При малої температурі іонна зв'язок відрізняється малою електропровідністю. Прикладом такої речовини є натрієва сіль соляної кислоти (NaCl).
- Ковалентний, здійснювана за рахунок електронної пари, яка належить обом атомам. Такий зв'язок підрозділяється на: одинарну (просту), подвійну і потрійну. Ці назви говорять про наявність пар електронів (1, 2, 3). Подвійні і потрійні зв'язки називають кратними. Існує ще один поділ цієї групи. Так, в залежності від розподілу електронної щільності виділяють полярну і неполярну зв'язок. Перша утворюється різними атомами, а друга - однаковими. Таке тверде стан речовини, приклади якого - алмаз (С) і кремній (Si), відрізняється своєю щільністю. Найтвердіші кристали відносяться саме до ковалентного зв'язку.
- Металева, що утворюється шляхом об'єднання валентних електронів атомів. В результаті чого виникає загальне електронне хмара, яке зміщується під впливом електричної напруги. Металева зв'язок утворюється тоді, коли зв'язуються атоми великі. Саме вони здатні віддавати електрони. У багатьох металів і складних з'єднань даної зв'язком утворюється твердий стан речовини. Приклади: натрій, барій, алюміній, мідь, золото. З неметалічних сполук можна відзначити наступні: AlCr 2, Ca 2 Cu, Cu 5 Zn 8. Речовини з металевою зв'язком (метали) різноманітні за фізичними властивостями. Вони можуть бути рідкими (Hg), м'якими (Na, K), дуже твердими (W, Nb).
- Молекулярна, що виникає в кристалах, які утворюються окремими молекулами речовини. Її характеризують проміжки між молекулами з нульовою електронної щільністю. Сили, що зв'язують атоми в таких кристалах, значні. При цьому молекули притягуються один до одного тільки слабким міжмолекулярним тяжінням. Саме тому зв'язку між ними легко руйнуються при нагріванні. З'єднання між атомами руйнуються набагато складніше. Молекулярна зв'язок підрозділяється на орієнтаційну, дисперсионную і індукційну. Прикладом такої речовини є твердий метан.
- Воднева, яка виникає між позитивно поляризованими атомами молекули або її частини і негативно поляризованої найменшою часткою іншої молекули або іншій частині. До таких зв'язків можна віднести лід.
Властивості твердих речовин
Що нам відомо на сьогоднішній день? Вчені давно вивчають властивості твердого стану речовини. При впливі на нього температур змінюється і воно. Перехід такого тіла в рідину називають плавленням. Трансформація твердої речовини в газоподібний стан називається сублімацією. При зниженні температури відбувається кристалізація твердого тіла. Деякі речовини під дією холоду переходять в аморфну \u200b\u200bфазу. Цей процес вчені називають Склування.
При змінюється внутрішня структура твердих тіл. Найбільшу впорядкованість вона набуває при зниженні температури. При атмосферному тиску і температурі Т\u003e 0 К будь-які речовини, що існують в природі, тверднуть. Тільки гелій, для кристалізації якого потрібно тиск в 24 атм, складає виключення з цього правила.
Тверде стан речовини надає йому різні фізичні властивості. Вони характеризують специфічну поведінку тіл під впливом певних полів і сил. Ці властивості підрозділяють на групи. Виділяють 3 способи впливу, відповідні 3 видам енергії (механічної, термічної, електромагнітної). Відповідно їм існує 3 групи фізичних властивостей твердих речовин:
- Механічні властивості, пов'язані з напругою і деформацією тіл. За цими критеріями тверді речовини ділять на пружні, реологічні, міцності і технологічні. У спокої таке тіло зберігає свою форму, але воно може змінюватися під дією зовнішньої сили. При цьому його деформація може бути пластичної (початковий вигляд не повертається), пружною (повертається до первісної форми) або руйнівною (при досягненні певного порогу відбувається розпад / розлом). Відгук на прикладене зусилля описують модулями пружності. Тверде тіло пручається не тільки стисненню, розтягуванню, а й зрушень, кручення і вигинів. Міцністю твердого тіла називають його властивість чинити опір руйнуванню.
- Термічні, які проявляються при впливі теплових полів. Одне з найважливіших властивостей - температура плавлення, при якій тіло переходить в рідкий стан. Воно відзначається у кристалічних твердих речовин. Аморфні тіла володіють прихованою теплотою плавлення, оскільки їх перехід в рідкий стан при підвищенні температури відбувається поступово. Після досягнення певної теплоти аморфне тіло втрачає пружність і набуває пластичність. Цей стан означає досягнення їм температури склування. При нагріванні відбувається деформація твердого тіла. Причому воно найчастіше розширюється. Кількісно цей стан характеризується певним коефіцієнтом. Температура тіла впливає на такі механічні характеристики, як плинність, пластичність, твердість і міцність.
- Електромагнітні, пов'язані з впливом на тверду речовину потоків мікрочастинок і електромагнітних хвиль великої жорсткості. До них умовно відносять і радіаційні властивості.
зонна структура
Тверді речовини класифікуються і по так званій зонного структурі. Так, серед них розрізняють:
- Провідники, що відрізняються тим, що зони їх провідності і валентності перекриваються. При цьому електрони можуть переміщатися між ними, отримуючи найменшу енергію. До провідникам відносяться всі метали. При додатку до такого тілу різниці потенціалів утворюється електричний струм (завдяки вільному пересуванню електронів між точками з найменшим і великим потенціалом).
- Діелектрики, зони яких не перекриваються. Інтервал між ними перевищує 4 еВ. Для проведення електронів з валентної в проведену зону необхідна велика енергія. Завдяки таким властивостям діелектрики практично не проводять струм.
- Напівпровідники, які характеризуються відсутністю зон провідності і валентності. Інтервал між ними менше 4 еВ. Для перекладу електронів з валентної в проведену зону необхідна енергія менша, ніж для діелектриків. Чисті (нелегіровані та власні) напівпровідники погано пропускають струм.
Руху молекул в твердих речовинах обумовлюють їх електромагнітні властивості.
інші властивості
Тверді тіла поділяються і за своїм магнітними властивостями. Є три групи:
- Діамагнетик, властивості яких мало залежать від температури або агрегатного стану.
- Парамагнетики, що є наслідком орієнтації електронів провідності і магнітних моментів атомів. Відповідно до закону Кюрі, їх сприйнятливість зменшується пропорційно температурі. Так, при 300 К вона становить 10 -5.
- Тіла з упорядкованою магнітною структурою, що володіють дальнім порядком атомів. У вузлах їх решітки періодично розташовуються частинки з магнітними моментами. Такі тверді тіла і речовини часто використовуються в різних сферах діяльності людини.
Найтвердіші речовини в природі
Які ж вони? Щільність твердих речовин багато в чому визначає їх твердість. за останні роки вчені відкрили кілька матеріалів, які претендують на звання «найбільш міцного тіла». Найтвердіша речовина - це фуллерит (кристал з молекулами фулерену), який приблизно в 1,5 рази твердіше за алмаз. На жаль, він поки доступний тільки в дуже малих кількостях.
На сьогоднішній день саме тверда речовина, яке в подальшому, можливо, буде використовуватися в промисловості, - лонсдейліт (гексагональний алмаз). Він на 58% твердіше діаманта. Лонсдейліт - аллотропная модифікація вуглецю. Його кристалічна решітка дуже нагадує алмазну. Осередок лонсдейліта містить 4 атома, а діаманта - 8. З широко використовуваних кристалів на сьогодні найтвердішим залишається алмаз.
Фізика. Молекули. Розташування молекул в газоподібному, рідкому і твердому відстані.
- У газоподібному стані молекули не пов'язані один з одним, знаходяться на великій відстані один від одного. Рух Броунівський. Газ може бути відносно легко стиснутий.
У рідкому - молекули близько один до одного, коливаються разом. Стиску майже не піддаються.
У тврдом - молекули розташовані в строгому порядку (в кристалічних рештки), будь-який рух молекул відсутня. Стиск не піддатого. - Будова речовини і почала хімії:
http://samlib.ru/a/anemow_e_m/aa0.shtml
(Без реєстрації і SMS-повідомлень, в зручному текстовому форматі: можна використовувати Ctrl + C) - Ніяк не можна погодитися з тим, що в твердому стані молекули НЕ рухаються.
Рух молекул в газах
У газах зазвичай відстань між молекулами і атомами значно більше розмірів молекул, а сили тяжіння дуже малі. Тому гази не мають власної форми і постійного обсягами. Гази легко стискуються, тому що сили відштовхування на великих відстанях також малі. Гази мають властивість необмежено розширюватися, заповнюючи весь наданий їм об'м. Молекули газу рухаються з дуже великими швидкостями, Стикаються між собою, відскакують один від одного в різні боки. Численні удари молекул об стінки посудини створюють тиск газу.
Рух молекул в рідинах
У рідинах молекули не тільки коливаються біля положення рівноваги, але і роблять переходи з одного положення рівноваги в сусіднє. Ці переходи відбуваються періодично. Часовий відрізок між такими перескоками отримав назву середній час осілого життя (або середній час релаксації) і позначається буквою ?. Іншими словами, час релаксації цей час коливань біля одного определнного положення рівноваги. При кімнатній температурі цей час становить в середньому 10-11 с. Час одного коливання становить 10-1210-13 с.
Час осілого життя зменшується з підвищенням температури. Відстань між молекулами рідини менше розмірів молекул, частинки розташовані близько один до одного, а межмолекулярное тяжіння велике. Проте, розташування молекул рідини не є строго впорядкованим по всьому обсягами.
Рідини, як і тврдие тіла, зберігають свій об'м, але не мають власної форми. Тому вони приймають форму посудини, в якому знаходяться. Рідина має таку властивість, як плинність. Завдяки цій властивості рідина не пручається зміні форми, мало стискається, а ті фізичні властивості однакові в усіх напрямках всередині рідини (изотропия рідин). Вперше характер молекулярного руху в рідинах встановив радянський фізик Яків Ілліч Френкель (1894 1952).
Рух молекул в тврдих тілах
Молекули і атоми тврдого тіла розташовані в определнном порядку і утворюють кристалічну рештки. Такі тврдие речовини називають кристалічними. Атоми здійснюють коливальні рухи біля положення рівноваги, а тяжіння між ними дуже велика. Тому тврдие тіла в звичайних умовах зберігають об'м і мають власну форм
- У газоподібному-рухаються рандомно, включаються
У рідкому-рухаються відповідно один з одним
У твердому - НЕ рухаються.
рідин, аморфних і кристалічних тіл
газів і рідин
газів, рідин і кристалічних тіл
приблизно дорівнює діаметру молекули
менше діаметра молекули
приблизно в 10 разів більше діаметру молекули
залежить від температури газу
рідин
кристалічних тіл
аморфних тіл
тільки моделі будови газів
тільки моделі будови аморфних тіл
моделям будови газів і рідин
моделям будови газів, рідин і твердих тіл
збільшується відстань між молекулами
молекули починають притягуватися один до одного
збільшується впорядкованість в розташуванні молекул
зменшується відстань між молекулами
не змінилась
збільшилася в 5 разів
зменшилася в 5 разів
збільшилася в корінь з п'яти разів
Відстані між молекулами можна порівняти з розмірами молекул (при нормальних умовах) для
У газах при нормальних умовах середня відстань між молекулами
Найменша впорядкованість в розташуванні частинок характерна для
Відстань між сусідніми частинками речовини в середньому у багато разів перевищує розміри самих частинок. Це твердження відповідає моделі
У процесі переходу води з рідкого стану в кристалічне
При постійному тиску концентрація молекул газу збільшилася в 5 разів, а його маса не змінилася. Середня кінетична енергія поступального руху молекул газу
У таблиці наведено температури плавлення і кипіння деяких речовин:
речовина | Температура кипіння | речовина | Температура плавлення |
нафталін |
Виберіть вірне твердження.
Температура плавлення ртуті більше температури кипіння ефіру
Температура кипіння спирту менше температури плавлення ртуті
Температура кипіння спирту більше температури плавлення нафталіну
Температура кипіння ефіру менше температури плавлення нафталіну
Температура твердого тіла знизилася на 17 ºС. За абсолютною шкалою температур це зміна склала
1) 290 К 2) 256 К 3) 17 К 4) 0 До
9. У посудині незмінного обсягу знаходиться ідеальний газ в кількості 2 моль. Як треба змінити абсолютну температуру судини з газом при випуску з посудини 1 моль газу, щоб тиск газу на стінки посудини збільшилася в 2 рази?
1) збільшити в 2 рази 3) збільшити в 4 рази
2) зменшити в 2 рази 4) зменшити в 4 рази
10. При температурі Т і тиску р один моль ідеального газу займає об'єм V. Який обсяг цього ж газу, взятого в кількості 2 моль, при тиску 2р і температурі 2Т?
1) 4V 2) 2V 3) V 4) 8V
11. Температура водню, взятого в кількості 3 моль, в посудині дорівнює Т. Яка температура кисню, взятого в кількості 3 моль, в посудині того ж обсягу і при тому ж тиску?
1) Т 2) 8Т 3) 24 Т 4) Т / 8
12. У посудині, закритій поршнем, знаходиться ідеальний газ. Графік залежності тиску газу від температури при змінах його стану представлений на малюнку. Якому станом газу відповідає найменше значення обсягу?
1) А 2) В 3) З 4) D
13. У посудині постійного обсягу знаходиться ідеальний газ, масу якого змінюють. На діаграмі показаний процес зміни стану газу. В якій з точок діаграми маса газу найбільша?
1) А 2) В 3) З 4) D
14. При одній і тій же температурі насичений пар в закритій посудині відрізняється від ненасиченого пара в такому ж посудині
1) тиском
2) швидкістю руху молекул
3) середньої енергією хаотичного руху молекул
4) відсутністю домішки сторонніх газів
15. Який точці на діаграмі відповідає максимальний тиск газу?
не можна дати точну відповідь
17. Повітряна куля об'ємом 2500 куб.м з масою оболонки 400 кг має внизу отвір, через яке повітря в кулі нагрівається пальником. До якої мінімальної температури потрібно нагріти повітря в кулі, щоб куля злетів разом з вантажем (кошиком і повітроплавцем) масою 200 кг? Температура навколишнього повітря 7ºС, його щільність 1,2 кг на куб.м. Оболонку кулі вважати нерастяжимой.
МКТ та термодинаміка
МКТ та термодинаміка
За даним розділом в кожен варіант було включено п'ять завдань з вибором
відповіді, з яких 4 - базового рівня і 1 - підвищеної. За результатами іспиту
засвоєними виявилися наступні елементи змісту:
Застосування рівняння Менделєєва-Клапейрона;
Залежність тиску газу від концентрації молекул і температури;
Кількість теплоти при нагріванні і охолодженні (розрахунок);
Особливості теплопередачі;
Відносна вологість повітря (розрахунок);
Робота в термодинаміці (графік);
Застосування рівняння стану газу.
Серед завдань базового рівня труднощі викликали такі питання:
1) Зміна внутрішньої енергії в різних ізопроцессамі (наприклад, при
Ізохоричний збільшенні тиску) - 50% виконання.
2) Графіки ізопроцессов - 56%.
Приклад 5.
Постійна маса ідеального газу бере участь в процесі, показаному
на малюнку. Найбільший тиск газу в процесі досягається
1) в точці 1
2) на всьому відрізку 1-2
3) в точці 3
4) на всьому відрізку 2-3
Відповідь: 1
3) Визначення вологості повітря - 50%. Ці завдання містили фотографію
психрометра, по якій необхідно було зняти показання сухого та вологого
термометрів, а потім визначити вологість повітря, скориставшись частиною
психрометричні таблиці, наведеної в завданні.
4) Застосування першого закону термодинаміки. Ці завдання виявилися найбільш
складними серед завдань базового рівня з даного розділу - 45%. тут
необхідно було скористатися графіком, визначити вид ізопроцессамі
(Використовувалися або ізотерми, або ізохорами) і відповідно до цього
визначити один з параметрів за заданим іншому.
серед завдань підвищеного рівня були представлені розрахункові завдання на
застосування рівняння стану газу, з якими впорався в середньому 54%
учнів, а також використовувалися раніше завдання на визначення зміни
параметрів ідеального газу в довільному процесі. З ними успішно справляється
лише група сильних випускників, а середній відсоток виконання склав 45%.
Одне з таких завдань наведено нижче.
приклад 6
У посудині, закритій поршнем, знаходиться ідеальний газ. процес
зміни стану газу показаний на діаграмі (див. малюнок). як
змінювався обсяг газу при його переході зі стану А в стан В?
1) весь час збільшувався
2) весь час зменшувався
3) спочатку збільшувався, потім зменшувався
4) спочатку зменшувався, потім збільшувався
Відповідь: 1
Види діяльності Кількість
завдань%
фотографій2 10-12 25,0-30,0
4. ФІЗИКА
4.1. Характеристика контрольних вимірювальних матеріалів з фізики
2007 року
Екзаменаційна робота для єдиного державного іспиту в 2007 р мала
ту ж структуру, що і протягом двох попередніх років. Вона складалася з 40 завдань,
розрізняються формою подання та рівнем складності. В першу частину роботи
було включено 30 завдань з вибором відповіді, де до кожного завдання наводилося
чотири варіанти відповіді, з яких вірним був тільки один. Друга частина містила 4
завдання з короткою відповіддю. Вони представляли собою розрахункові завдання, після рішення
яких потрібно привести відповідь у вигляді числа. Третя частина екзаменаційної
роботи - це 6 розрахункових завдань, до яких необхідно було привести повне
розгорнуте рішення. Загальний час виконання роботи становило 210 хвилин.
Кодифікатор елементів змісту освіти та специфікація
екзаменаційної роботи були складені на основі Обов'язкового мінімуму
1999 № 56) і враховували Федеральний компонент державного стандарту
середньої (повної) освіти з фізики, профільний рівень (Наказ МО від 5
березня 2004 р № 1089). Кодифікатор елементів змісту не зазнав змін по
порівняно з 2006 р і включав в себе лише ті елементи, які одночасно
присутні як у Федеральному компоненті державного стандарту
(Профільний рівень, 2004), так і в Обов'язковому мінімумі змісту
освіти 1999 р
У порівнянні з контрольними вимірювальними матеріалами 2006 р варіанти
ЄДІ 2007 були внесені дві зміни. Перше з них полягало в перерозподілі
завдань в першій частині роботи за тематичним ознакою. Незалежно від складності
(Базовий або підвищений рівні), спочатку йшли всі завдання з механіки, потім
по МКТ та термодинаміки, електродинаміки і, нарешті, по квантовій фізиці. Друге
зміна стосувалася цілеспрямованого введення завдань, що перевіряють
сформованість методологічних умінь. У 2007 р завдання А30 перевіряли вміння
аналізувати результати експериментальних досліджень, виражених у вигляді
таблиці або графіка, а також будувати графіки за результатами експерименту. Підбір
завдань для лінії А30 здійснювався виходячи з необхідності перевірки в даній
серії варіантів одного виду діяльності і, відповідно, незалежно від
тематичної приналежності конкретного завдання.
У екзаменаційної роботи були представлені завдання базового, підвищеного
і високого рівнів складності. Завдання базового рівня перевіряли засвоєння найбільш
важливих фізичних понять і законів. Завдання підвищеного рівня контролювали
вміння використовувати ці поняття і закони для аналізу більш складних процесів або
вміння вирішувати завдання на застосування одного-двох законів (формул) з будь-якої з
тим шкільного курсу фізики. Завдання високого рівня складності - це розрахункові
завдання, які відображають рівень вимог до вступних іспитів до вищих навчальних закладів і
вимагають застосування знань відразу з двох-трьох розділів фізики в зміненій або
нової ситуації.
В КІМ 2007 р були включені завдання по всіх основних змістовним
розділів курсу фізики:
1) «Механіка» (кінематика, динаміка, статика, закони збереження в механіці,
механічні коливання і хвилі);
2) «Молекулярна фізика. Термодинаміка »;
3) «Електродинаміка» (електростатика, постійний струм, магнітне поле,
електромагнітна індукція, електромагнітні коливання і хвилі, оптика);
4) « Квантова фізика»(Елементи СТО, корпускулярно-хвильовий дуалізм, фізика
атома, фізика атомного ядра).
У таблиці 4.1 показано розподіл завдань по блокам змісту в кожній
з частин екзаменаційної роботи.
Таблиця 4.1
в залежності від типу завдань
Вся робота
(З вибором
(З коротким
завдань% Кількість
завдань% Кількість
завдань%
1 Механіка 11-131 27,5-32,5 9-10 22,5-25,0 1 2,5 1-2 2,5-5,0
2 МКТ та термодинаміка 8-10 20,0-25,0 6-7 15,0-17,5 1 2,5 1-2 2,5-5,0
3 Електродинаміка 12-14 30,0-35,5 9-10 22,5-15,0 2 5,0 2-3 5,0-7,5
4 Квантова фізика і
СТО 6-8 15,0-20,0 5-6 12,5-15,0 - - 1-2 2,5-5,0
У таблиці 4.2 показано розподіл завдань по блокам змісту в
залежно від рівня складності.
Таблиця4.2
Розподіл завдань по розділах курсу фізики
в залежності від рівня складності
Вся робота
Базовий рівень
(З вибором
підвищений
(З вибором відповіді
і коротким
Високий рівень
(З розгорнутим
Розділ відповіддю)
завдань% Кількість
завдань% Кількість
завдань% Кількість
завдань%
1 Механіка 11-13 27,5-32,5 7-8 17,5-20,0 3 7,5 1-2 2,5-5,0
2 МКТ та термодинаміка 8-10 20,0-25,0 5-6 12,5-15,0 2 5,0 1-2 2,5-5,0
3 Електродинаміка 12-14 30,0-35,5 7-8 17,5-20,0 4 10,0 2-3 5,0-7,5
4 Квантова фізика і
СТО 6-8 15,0-20,0 4-5 10,0-12,5 1 2,5 1-2 2,5-5,0
При розробці змісту екзаменаційної роботи враховувалася
необхідність перевірки оволодіння різними видами діяльності. При цьому
завдання кожної із серії варіантів підбиралися з урахуванням розподілу за видами
діяльності, представленому в таблиці 4.3.
1 Зміна числа завдань по кожній з тем пов'язано з різною тематикою комплексних завдань С6 і
завдань А30, перевіряючих методологічні вміння на матеріалі різних розділів фізики, в
різних серіях варіантів.
Таблиця4.3
Розподіл завдань за видами діяльності
Види діяльності Кількість
завдань%
1 Розуміти фізичний зміст моделей, понять, величин 4-5 10,0-12,5
2 Пояснювати фізичні явища, Розрізняти вплив різних
факторів на перебіг явищ, прояви явищ в природі або
їх використання в технічних пристроях і повсякденному житті
3 Застосовувати закони фізики (формули) для аналізу процесів на
якісному рівні 6-8 15,0-20,0
4 Застосовувати закони фізики (формули) для аналізу процесів на
розрахунковому рівні 10-12 25,0-30,0
5 Аналізувати результати експериментальних досліджень 1-2 2,5-5,0
6 Аналізувати відомості, отримані з графіків, таблиць, схем,
фотографій2 10-12 25,0-30,0
7 Вирішувати завдання різного рівня складності 13-14 32,5-35,0
Всі завдання першої та другої частин екзаменаційної роботи оцінювалися в 1
первинний бал. Рішення задач третьої частини (С1-С6) перевірялися двома експертами в
відповідно до узагальненими критеріями оцінювання, з урахуванням правильності і
повноти відповіді. Максимальний бал за все завдання з розгорнутою відповіддю становив 3
бали. Завдання вважалася вирішеною, якщо учень набрав за неї не менше 2-х балів.
На основі балів, виставлених за виконання всіх завдань екзаменаційної
роботи, здійснювався переклад в «тестові» бали за 100-бальною шкалою і в позначки
за п'ятибальною шкалою. У таблиці 4.4 відображені співвідношення між первинними,
тестовими оцінками за п'ятибальною системою протягом останніх трьох років.
Таблиця4.4
співвідношення первинних балів , тестових балів і шкільних відміток
Роки, бали 2 3 4 5
2007 первинні 0-11 12-22 23-35 36-52
тестові 0-32 33-51 52-68 69-100
2006 первинні 0-9 10-19 20-33 34-52
тестові 0-34 35-51 52-69 70-100
2005 первинні 0-10 11-20 21-35 36-52
тестові 0-33 34-50 51-67 68-100
Порівняння меж первинних балів показує, що в цьому році умови
отримання відповідних відміток були більш суворими в порівнянні з 2006 р, але
приблизно відповідали умовам 2005 г. Це було пов'язано з тим, що в минулому
році єдиний іспит з фізики здавали не тільки ті, хто збирався вступати до вузів
за відповідним профілем, а й майже 20% учнів (від загального числа здають),
які вивчали фізику на базовому рівні (Для них цей іспит був за рішенням
регіону обов'язковим).
Всього для проведення іспиту в 2007 р було підготовлено 40 варіантів,
які представляли собою п'ять серій по 8 варіантів, створених за різними планами.
Серії варіантів розрізнялися контрольованими елементами змісту і видами
діяльності для однієї і тієї ж лінії завдань, але в цілому всі вони мали приблизно
2 В цьому випадку мається на увазі форма подання інформації в тексті завдання або дістрактора,
тому одне й те саме завдання може перевіряти два види діяльності.
однаковий середній рівень складності і відповідали планові екзаменаційної
роботи, наведеному в додатку 4.1.
4.2. Характеристика учасників ЄДІ з фізики2007 року
Число учасників ЄДІ з фізики цього року склало 70 052 людини, що
істотно нижче, ніж в попередньому році, і приблизно відповідає показникам
2005 року (див. Таблицю 4.5). Число регіонів, в яких випускники здавали ЄДІ з
фізиці, збільшилася до 65. Кількість випускників, які обрали фізику в форматі
ЄДІ, істотно відрізняється для різних регіонів: від 5316 чол. в Республіці
Татарстан до 51 чол. в Ненецькому автономному окрузі. У відсотковому відношенні до
загальної кількості випускників кількість учасників ЄДІ з фізики коливається від
0,34% в м Москві до 19,1% в Самарській області.
Таблиця4.5
Число учасників іспиту
Рік Число Дівчата Юнаки
регіонів
учасників Число% Число%
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
Іспит з фізики вибирають переважно юнаки, і лише чверть від
загального числа учасників становлять дівчата, які обрали для продовження
освіти вузи фізико-технічного профілю.
Практично не змінюється рік від року і розподіл учасників іспиту з
типам населених пунктів (див. таблицю 4.6). Майже половина випускників, які здавали
ЄДІ з фізики, живе в великих містах і лише 20% - це учні, які закінчили
сільські школи.
Таблиця4.6
Розподіл учасників іспиту за типами населених пунктів, в яких
розташовані їхні освітні установи
Число екзаменованих Відсоток
Тип населеного пункту екзаменованих
Населений пункт сільського типу (село,
село, хутір тощо.) 13 767 18 107 14 281 20,0 20,0 20,4
Населений пункт міського типу
(Робітниче селище, селище міського
типу та ін.)
4 780 8 325 4 805 6,9 9,2 6,9
Місто з населенням менше 50 тис. Чоловік 7 427 10 810 7 965 10,8 12,0 11,4
Місто з населенням 50-100 тис. Осіб 6 063 8 757 7 088 8,8 9,7 10,1
Місто з населенням 100-450 тис. Осіб 16 195 17 673 14 630 23,5 19,5 20,9
Місто з населенням 450-680 тис. Осіб 7 679 11799 7 210 11,1 13,1 10,3
Місто з населенням понад 680 тис.
людина 13 005 14 283 13 807 18,9 15,8 19,7
м.Санкт-Петербург - 72 7 - 0,1 0,01
м Москва - 224 259 - 0,2 0,3
Немає даних - 339 - - 0,4 -
Всього 68 916 90 389 70 052 100% 100% 100%
3 У 2006 р в одному з регіонів вступні іспити до вузів з фізики проводилися тільки в
форматі ЄДІ. Це спричинило за собою настільки істотне зростання числа учасників ЄДІ.
Практично не змінюється склад учасників іспиту за типами освітніх
установ (див. таблицю 4.7). Як і в минулому році, переважна більшість
тестованих закінчували загальноосвітні установи, І лише близько 2%
випускників прийшли на іспит з освітніх установ початкової або
середнього професійної освіти.
Таблиця4.7
Розподіл учасників іспиту за типами освітніх установ
число
екзаменованих
відсоток
Тип освітнього закладу екзаменованих
2006 г. 2007 г. 2006 г. 2007 г.
Загальноосвітні установи 86 331 66 849 95,5 95,4
Вечірні (змінні) загальноосвітні
установи 487 369 0,5 0,5
Загальноосвітня школа-інтернат,
кадетська школа, школа-інтернат з
первісної льотної підготовкою
1 144 1 369 1,3 2,0
Освітні заклади початкової та
середньої професійної освіти 1 469 1 333 1,7 1,9
Немає даних 958 132 1,0 0,2
Разом: 90 389 70 052 100% 100%
4.3. Основні результати виконання екзаменаційної роботи з фізики
В цілому результати виконання екзаменаційної роботи в 2007 р виявилися
трохи вище результатів минулого року, але приблизно на тому ж рівні, що і
показники позаминулого року. У таблиці 4.8 наведені підсумки ЄДІ з фізики в 2007 р
за п'ятибальною шкалою, а в таблиці 4.9 і на рис. 4.1 - за тестовими балами в 100-
бальною шкалою. Для наочності порівняння результати представлені в порівнянні з
попередніми двома роками.
Таблиця4.8
Розподіл учасників іспиту за рівнем
підготовки(відсоток від загального числа)
Роки «2» Відмітки «п3о» 5-ти бал «ь4н» про і шкалою «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%
Таблиця4.9
Розподіл учасників іспиту
за отриманими тестовими балами в2005-2007 рр.
Рік Інтервал шкали тестових балів
міна 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
тестовий бал
Відсоток учнів, які отримали
відповідний тестовий бал
Мал. 4.1 Розподіл учасників іспиту за отриманими тестовими балами
У таблиці 4.10 наведено порівняння шкали в тестових балах в 100-бальною
шкалою з результатами виконання завдань екзаменаційного варіанти в первинних
Таблиця4.10
Порівняння інтервалів первинних і тестових балів в2007 році
інтервал шкали
тестових балів 0-10 11-20 21-30 31-40 41-50 51-60 61-70 71-80 81-90 91-100
інтервал шкали
первинних балів 0-3 4-6 7-10 11-15 16-22 23-29 30-37 38-44 45-48 49-52
Для отримання 35 балів (оцінка 3, первинний бал - 13) тестируемому
досить було правильно відповісти на 13 самих простих питань першій частині
роботи. Щоб набрати 65 балів (оцінка 4, первинний бал - 34), випускник повинен
був, наприклад, вірно відповісти на 25 завдань з вибором відповіді, вирішити три з чотирьох
задач з короткою відповіддю, і ще впоратися з двома завданнями високого рівня
складності. Ті, хто отримав 85 балів (оцінка 5, первинний бал - 46), практично
ідеально виконували першу і другу частини роботи і вирішували не менше чотирьох завдань
третій частині.
Кращим з кращих (інтервал від 91 до 100 балів) необхідно не тільки
вільно орієнтуватися у всіх питаннях шкільного курсу фізики, а й практично
не допускати навіть технічні помилки. Так, для отримання 94 балів (первинний бал
- 49) можна було «не добрали» лише 3 первинних бали, допустивши, наприклад,
арифметичні помилки при вирішенні однієї із завдань високого рівня складності
і помилитися у відповіді на два будь-яких питання з вибором відповіді.
На жаль, в цьому році не спостерігалося зростання числа випускників, які набрали
по результатами ЄДІ з фізики максимально можливий бал. У таблиці 4.11
наведено число 100-бальників за останні чотири роки.
Таблиця4.11
кількість тестованих, які набрали за результатами іспиту100 балів
Рік 2004 2005 2006 2007
Число учнів 6 23 33 28
Лідери цього року - 27 юнаків і лише одна дівчина (Романова А.І. з
Нововоронезької ЗОШ № 1). Як і в минулому році, серед випускників ліцею № 153
м Уфи - відразу два учнів, які набрали по 100 балів. Таких же результатів (два 100-
бальник) домоглася і гімназія № 4 ім. А.С. Пушкіна в м Йошкар-Ола.
Молекули дуже малі, звичайні молекули неможливо розглянути навіть в найсильніший оптичний мікроскоп - але деякі параметри молекул можна досить точно порахувати (маса), а деякі вийде тільки дуже грубо оцінити (розміри, швидкість), та ще добре б зрозуміти, що таке «розмір молекули »і про яку саме« швидкість молекули »ми говоримо. Отже, маса молекули знаходиться як «маса одного благаючи» / «число молекул в молі». Наприклад, для молекули води m \u003d 0,018 / 6 · 1 023 \u003d 3 · 10-26 кг (можна і точніше порахувати - число Авогадро відомо з хорошою точністю, та й молярну масу будь-який молекули нескладно знайти).
Оцінка розміру молекули починається з питання про те, що ж вважати її розміром. От якби вона була ідеально відполірованим кубиком! Однак, вона і не кубик, і не кулька і взагалі у неї немає чітко окреслених меж. Як бути в таких випадках? Почнемо здалеку. Оцінимо розмір куди більш знайомого об'єкта - школяра. Школярів все ми бачили, масу середнього школяра приймемо рівної 60 кг (а потім подивимося - чи сильно впливає цей вибір на результат), щільність школяра - приблизно як у води (згадаємо, що стоїть як слід вдихнути повітря, і після цього можна «висіти» в воді, занурившись майже повністю, а якщо видихнути, то відразу починаєш тонути). Тепер можна знайти обсяг школяра: V \u003d 60/1000 \u003d 0,06 куб. метра. Якщо тепер прийняти, що школяр має форму куба, то його розмір знаходиться як корінь кубічний з обсягу, тобто приблизно 0,4 м. Ось такий вийшов розмір - менше зростання (розміру «в висоту»), більше товщини (розміру «в глибину»). Якщо ми нічого про форму тіла школяра не знаємо, то краще цієї відповіді ми нічого і не знайдемо (замість кубика можна було взяти кульку, але відповідь вийшла б приблизно тим же, а вважати діаметр кулі складніше, ніж ребро куба). А ось якщо у нас є додаткова інформація (з аналізу фотографій, наприклад), то відповідь можна зробити куди більш розумним. Нехай стало відомо, що «ширина» школяра в середньому вчетверо менше його висоти, а його «глибина» - ще в три рази менше. Тоді Н * Н / 4 * Н / 12 \u003d V, звідси Н \u003d 1,5 м (немає сенсу робити більш точний розрахунок такий погано певної величини, орієнтуватися на можливості калькулятора в такому «розрахунку» просто неграмотно!). Ми отримали цілком розумну оцінку зростання школяра, якби ми взяли масу близько 100 кг (і такі школярі бувають!), Отримаємо приблизно 1,7 - 1,8 м - теж цілком розумно.
Оцінимо тепер розмір молекули води. Знайдемо обсяг, який припадає на одну молекулу в «рідкої воді» - в ній молекули щільніше всього упаковані (сильніше притиснуті один до одного, ніж в твердому, «крижаному» стані). Моль води має масу 18 г, його обсяг 18 куб. сантиметрів. Тоді на одну молекулу доводиться обсяг V \u003d 18 · 10-6 / 6 · 1 023 \u003d 3 · 10-29 м3. Якщо у нас немає інформації про форму молекули води (або - якщо ми не хочемо враховувати складну форму молекул), найпростіше вважати її кубиком і розмір знайти точно так, як ми тільки що знаходили розмір кубічного школяра: d \u003d (V) 1/3 \u003d 3 · 10-10 м. Ось і все! Оцінити вплив форми досить складних молекул на результат розрахунку можна, наприклад, так: порахувати розмір молекул бензину, вважаючи молекули кубиками - а після цього провести експеримент, подивившись площа плями від краплі бензину на поверхні води. Вважаючи плівку «рідкої поверхнею товщиною в одну молекулу» і знаючи масу краплі, можна порівняти розміри, отримані цими двома способами. Дуже повчальний вийде результат!
Використана ідея годиться і для зовсім іншого розрахунку. Оцінимо середня відстань між сусідніми молекулами розрідженого газу для конкретного випадку - азот при тиску 1 атм і температурі 300К. Для цього знайдемо обсяг, який в цьому газі доводиться на одну молекулу, а далі все вийде просто. Отже, візьмемо моль азоту при цих умовах і знайдемо обсяг зазначеної в умови порції, а потім розділимо цей обсяг на число молекул: V \u003d R · T / P · NА \u003d 8,3 · 300/105 · 6 · 1023 \u003d 4 · 10 -26 м3. Будемо вважати, що обсяг розділений на щільно упаковані кубічні клітини, а кожна молекула «в середньому» сидить в центрі своєї клітки. Тоді середня відстань між сусідніми (найближчими) молекулами одно ребру кубічної клітини: d \u003d (V) 1/3 \u003d 3 · 10-9 м. Видно, що газ розріджений - при такому співвідношенні між розмірами молекули і відстанню між «сусідами» самі молекули займають досить малу - приблизно 1/1000 частина - обсягу судини. Ми і в цьому випадку провели розрахунок дуже наближено - такі не надто певні величини, як «середня відстань між сусідніми молекулами» немає сенсу вважати точніше.
Газові закони і основи МКТ.
Якщо газ досить розріджений (а це - звичайна справа, нам найчастіше доводиться мати справу саме з розрідженими газами), то практично будь-який розрахунок робиться за допомогою формули, що зв'язує тиск Р, об'єм V, кількість газу ν і температуру Т - це знамените «рівняння стану ідеального газу »P · V \u003d ν · R · T. Як знаходити одну з цих величин, якщо задані всі інші, це зовсім просто і зрозуміло. Але можна сформулювати завдання так, що питання буде про якусь іншу величину - наприклад, про щільність газу. Отже, завдання: знайти щільність азоту при температурі 300К і тиску 0,2 атм. Вирішимо її. Судячи за умовою газ досить розріджений (повітря, що складається на 80% з азоту і при істотно більшому тиску можна вважати розрідженим, ми їм вільно дихаємо і легко через нього проходимо), а якби це було і не так - інших формул у нас все одно немає - використовуємо цю, улюблену. В умови не заданий обсяг будь-якої порції газу, задамо його самі. візьмемо 1 кубічний метр азоту і знайдемо кількість газу в цьому обсязі. Знаючи молярну масу азоту М \u003d 0,028 кг / моль, знайдемо масу цієї порції - і завдання виконане. Кількість газу ν \u003d P · V / R · T, маса m \u003d ν · М \u003d М · P · V / R · T, звідси щільність ρ \u003d m / V \u003d \u200b\u200bМ · P / R · T \u003d 0,028 · 20000 / ( 8,3 · 300) ≈ 0,2 кг / м3. Обраний нами обсяг так і не увійшов у відповідь, вибирали ми його для конкретності - так простіше міркувати, адже не обов'язково відразу збагнеш, що обсяг може бути яким завгодно, а щільність вийде одна і та ж. Втім, можна і збагнути - «взявши обсяг, скажімо, в п'ять разів більше, ми збільшимо рівно в п'ять разів кількість газу, отже, який би обсяг ні взяти, щільність вийде одна і та ж». Можна було просто переписати улюблену формулу, підставивши в неї вираз для кількості газу через масу порції газу і його молярну масу: ν \u003d m / М, тоді відразу виявляється ставлення m / V \u003d \u200b\u200bМ · P / R · T, а це і є щільність . Можна було взяти моль газу і знайти займаний ним об'єм, після чого відразу знаходиться щільність, адже маса благаючи відома. Загалом, чим простіше завдання, тим більше рівноцінних і красивих способів її вирішувати ...
Ось ще одна задача, де питання може здатися несподіваним: знайти різницю тисків повітря на висоті 20 м і на висоті 50 м над рівнем землі. Температура 00С, тиск 1 атм. Рішення: якщо ми знайдемо щільність повітря ρ при цих умовах, то різниця тисків ΔP \u003d ρ · g · ΔH. Щільність знаходимо так само, як і в попередній задачі, складність тільки в тому, що повітря - це суміш газів. Вважаючи, що він складається з 80% азоту і 20% кисню, знайдемо масу благаючи суміші: m \u003d 0,8 · 0,028 + 0,2 · 0,032 ≈ 0,029 кг. Обсяг, займаний цим молем, V \u003d R · T / P і щільність знайдеться, як відношення цих двох величин. Далі все зрозуміло, відповідь складе приблизно 35 Па.
Щільність газу доведеться розраховувати і при знаходженні, наприклад, підйомної сили повітряної кулі заданого обсягу, при розрахунку кількості повітря в балонах акваланга, необхідного для дихання під водою протягом певного часу, при розрахунку кількості віслюків, необхідних для перевезення заданого кількості парів ртуті через пустелю і в багатьох інших випадках.
А ось завдання складніше: на столі шумно кипить електричний чайник, споживана потужність становить 1000 Вт, к.к.д. нагрівача 75% (решта «йде» в навколишній простір). З носика - площа «носика» 1 см2 - вилітає струмінь пара, оцінити швидкість газу в цій струмені. Всі необхідні дані взяти з таблиць.
Рішення. Будемо вважати, що в чайнику над водою утворюється насичена пара, тоді з носика вилітає струмінь насиченої водяної пари при 1000 С. Тиск такого пара дорівнює 1 атм, легко знайти його щільність. Знаючи потужність, що йде на випаровування Р \u003d 0,75 · Р 0 \u003d 750 Вт і питому теплоту пароутворення (випаровування) r \u003d 2300 кДж / кг, знайдемо масу пари, що утворюється за час τ: m \u003d 0,75Р0 · τ / r. Щільність ми знаємо, тоді легко знайти об'єм цієї кількості пара. Інше вже зрозуміло - уявімо цей обсяг у вигляді стовпчика з площею поперечного перерізу 1 см2, довжина цього стовпчика, поділена на τ і дасть нам швидкість вильоту (така довжина вилітає за секунду). Отже, швидкість вильоту струменя з носика чайника V \u003d m / (ρ · S · τ) \u003d 0,75P0 · τ / (r · ρ · S · τ) \u003d 0,75P0 · R · T / (r · P · M · S) \u003d 750 · 8,3 · 373 / (2,3 · 106 · 1 · 105 · 0,018 · 1 · 10-4) ≈ 5 м / с.
(C) Зільберман А. Р.
Молекулярна фізика - це просто!
Сили взаємодії молекул
Всі молекули речовини взаємодіють між собою силами тяжіння і відштовхування.
Доказ взаємодії молекул: явище змочування, опір стисненню і розтягуванню, мала стисливість твердих тіл і газів і ін.
Причина взаємодії молекул - це електромагнітні взаємодії заряджених частинок в речовині.
Як це пояснити?
Атом складається з позитивно зарядженого ядра і негативно зарядженої електронної оболонки. Заряд ядра дорівнює сумарному заряду всіх електронів, тому в цілому атом електрично нейтральний.
Молекула, що складається з одного або декількох атомів, теж електрично нейтральна.
Розглянемо взаємодію між молекулами на прикладі двох нерухомих молекул.
Між тілами в природі можуть існувати гравітаційні і електромагнітні сили.
Так як маси молекул вкрай малі, мізерно малі сили гравітаційної взаємодії між молекулами можна не розглядати.
На дуже великих відстанях електромагнітної взаємодії між молекулами теж немає.
Але, при зменшенні відстані між молекулами молекули починають орієнтуватися так, що їх звернені один до одного боку матимуть різні за знаком заряди (в цілому молекули залишаються нейтральними), і між молекулами виникають сили тяжіння.
При ще більшому зменшенні відстані між молекулами виникають сили відштовхування, як результат взаємодії негативно заряджених електронних оболонок атомів молекул.
У підсумку на молекулу діє сума сил тяжіння і відштовхування. На великих відстанях переважає сила тяжіння (на відстані 2-3 діаметрів молекули тяжіння максимально), на малих відстанях сила відштовхування.
Існує таке відстань між молекулами, на якому сили тяжіння стають рівними силам відштовхування. Такий стан молекул називається становищем стійкої рівноваги.
Знаходяться на відстані один від одного і пов'язані електромагнітними силами молекули володіють потенційною енергією.
У положенні стійкої рівноваги потенційна енергія молекул мінімальна.
У речовині кожна молекула взаємодіє одночасно з багатьма сусідніми молекулами, що також впливає на величину мінімальної потенційної енергії молекул.
Крім того, всі молекули речовини знаходяться в безперервному русі, тобто мають кінетичної енергією.
Таким чином, структура речовини і його властивості (твердих, рідких і газоподібних тіл) визначаються співвідношенням між мінімальною потенційною енергією взаємодії молекул і запасом кінетичної енергії теплового руху молекул.
Будова і властивості твердих, рідких і газоподібних тіл
Будова тел пояснюється взаємодією частинок тіла і характером їх теплового руху.
Тверде тіло
Тверді тіла мають постійну форму і об'єм, практично нестисливі.
Мінімальна потенційна енергія взаємодії молекул більше кінетичної енергії молекул.
Сильна взаємодія частинок.
Тепловий рух молекул в твердому тілі виражається тільки коливаннями частинок (атомів, молекул) біля положення стійкої рівноваги.
Через великі сил тяжіння молекули практично не можуть змінювати своє положення в речовині, цим і пояснюється незмінність обсягу і форми твердих тіл.
Більшість твердих тіл має впорядковане в просторі розташування частинок, які утворюють правильну кристалічну решітку. Частинки речовини (атоми, молекули, іони) розташовані в вершинах - вузлах кристалічної решітки. Вузли кристалічної решітки збігаються з положенням стійкої рівноваги частинок.
Такі тверді тіла називаються кристалічними.
рідина
Рідини мають певний обсяг, але не мають своєї форми, вони приймають форму посудини, в якій знаходяться.
Мінімальна потенційна енергія взаємодії молекул порівнянна з кінетичної енергією молекул.
Слабка взаємодія частинок.
Тепловий рух молекул в рідині виражено коливаннями біля положення стійкої рівноваги усередині обсягу, наданого молекулі її сусідами
Молекули не можуть вільно переміщатися по всьому об'єму речовини, але можливі переходи молекул на сусідні місця. Цим пояснюється плинність рідини, здатність змінювати свою форму.
У рідинах молекули досить міцно пов'язані один з одним силами тяжіння, що пояснює незмінність обсягу рідини.
У рідини відстань між молекулами дорівнює приблизно діаметру молекули. При зменшенні відстані між молекулами (стисканні рідини) різко збільшуються сили відштовхування, тому рідини нестисливі.
За своєю будовою і характером теплового руху рідини займають проміжне положення між твердими тілами і газами.
Хоча різниця між рідиною і газом значно більше, ніж між рідиною і твердим тілом. Наприклад, при плавленні або кристалізації обсяг тіла змінюється в багато разів менше, ніж при випаровуванні або конденсації.
Гази не мають постійного обсягу і займають весь об'єм посудини, в якому вони знаходяться.
Мінімальна потенційна енергія взаємодії молекул менше кінетичної енергії молекул.
Частинки речовини практично не взаємодіють.
Гази характеризуються повною беспорядочностью розташування і руху молекул.
Завантаження ...