Όλοι, νομίζω, γνωρίζουν 3 βασικές αθροιστικές καταστάσεις της ύλης: υγρή, στερεή και αέρια. Αυτές τις καταστάσεις της ύλης τις συναντάμε κάθε μέρα και παντού. Τις περισσότερες φορές εξετάζονται στο παράδειγμα του νερού. Η υγρή κατάσταση του νερού μας είναι πιο γνωστή. Πίνουμε συνεχώς υγρό νερό, ρέει από τη βρύση μας και εμείς οι ίδιοι είμαστε κατά 70% υγρό νερό. Η δεύτερη αθροιστική κατάσταση του νερού είναι ο συνηθισμένος πάγος, τον οποίο βλέπουμε στο δρόμο το χειμώνα. Σε αέρια μορφή, το νερό βρίσκεται επίσης εύκολα μέσα Καθημερινή ζωή. Στην αέρια κατάσταση, το νερό είναι, όλοι γνωρίζουμε, ατμός. Φαίνεται όταν, για παράδειγμα, βράζουμε ένα μπρίκι. Ναι, είναι στους 100 βαθμούς που το νερό περνά από υγρή σε αέρια κατάσταση.
Αυτές είναι οι τρεις συγκεντρωτικές καταστάσεις της ύλης που είναι γνωστές σε εμάς. Γνωρίζετε όμως ότι στην πραγματικότητα υπάρχουν 4 από αυτά; Νομίζω ότι τουλάχιστον μια φορά όλοι άκουσαν τη λέξη " πλάσμα αίματος". Και σήμερα θέλω να μάθετε περισσότερα για το πλάσμα - την τέταρτη κατάσταση της ύλης.
Το πλάσμα είναι ένα μερικώς ή πλήρως ιονισμένο αέριο με την ίδια πυκνότητα θετικών και αρνητικών φορτίων. Το πλάσμα μπορεί να ληφθεί από αέριο - από την 3η κατάσταση της ύλης με ισχυρή θέρμανση. Η κατάσταση της συσσώρευσης γενικά, στην πραγματικότητα, εξαρτάται πλήρως από τη θερμοκρασία. Η πρώτη κατάσταση συσσωμάτωσης είναι η χαμηλότερη θερμοκρασία στην οποία το σώμα παραμένει στερεό, η δεύτερη κατάσταση συσσωμάτωσης είναι η θερμοκρασία στην οποία το σώμα αρχίζει να λιώνει και να γίνεται υγρό, η τρίτη κατάσταση συσσωμάτωσης είναι η υψηλότερη θερμοκρασία στην οποία η ουσία γίνεται αέριο. Για κάθε σώμα, ουσία, η θερμοκρασία μετάβασης από τη μια κατάσταση συσσωμάτωσης στην άλλη είναι εντελώς διαφορετική, για κάποιους είναι χαμηλότερη, για κάποιους είναι υψηλότερη, αλλά για όλους είναι αυστηρά σε αυτήν τη σειρά. Και σε ποια θερμοκρασία μια ουσία γίνεται πλάσμα; Δεδομένου ότι αυτή είναι η τέταρτη κατάσταση, σημαίνει ότι η θερμοκρασία μετάβασης σε αυτήν είναι υψηλότερη από αυτή κάθε προηγούμενης. Και πράγματι είναι. Για να ιονιστεί ένα αέριο απαιτείται πολύ υψηλή θερμοκρασία. Η χαμηλότερη θερμοκρασία και το χαμηλό ιονισμένο (περίπου 1%) πλάσμα χαρακτηρίζεται από θερμοκρασίες έως 100 χιλιάδες βαθμούς. Κάτω από επίγειες συνθήκες, ένα τέτοιο πλάσμα μπορεί να παρατηρηθεί με τη μορφή κεραυνού. Η θερμοκρασία του καναλιού του κεραυνού μπορεί να ξεπεράσει τους 30 χιλιάδες βαθμούς, δηλαδή 6 φορές μεγαλύτερη από την επιφανειακή θερμοκρασία του Ήλιου. Παρεμπιπτόντως, ο Ήλιος και όλα τα άλλα αστέρια είναι επίσης πλάσμα, πιο συχνά σε υψηλή θερμοκρασία. Η επιστήμη αποδεικνύει ότι περίπου το 99% της συνολικής ύλης του Σύμπαντος είναι πλάσμα.
Σε αντίθεση με το πλάσμα χαμηλής θερμοκρασίας, το πλάσμα υψηλής θερμοκρασίας έχει σχεδόν 100% ιονισμό και θερμοκρασίες έως και 100 εκατομμύρια βαθμούς. Αυτή είναι πραγματικά αστρική θερμοκρασία. Στη Γη, ένα τέτοιο πλάσμα βρίσκεται μόνο σε μία περίπτωση - για πειράματα σχετικά με τη θερμοπυρηνική σύντηξη. Con-tro-whether-ru-e-may η αντίδραση είναι αρκετά περίπλοκη και δαπανηρή σε ενέργεια, αλλά το non-con-tro-αν το ru-e-may είναι αρκετό - ήταν η ίδια σαν ένα όπλο από ένα αυτί λιπαρής δύναμης - μια θερμοπυρηνική βόμβα, που δοκιμάστηκε από την ΕΣΣΔ στις 12 Αυγούστου 1953.
Το πλάσμα ταξινομείται όχι μόνο από τη θερμοκρασία και τον βαθμό ιοντισμού, αλλά και από την πυκνότητα και την οιονεί ουδετερότητα. φράση πυκνότητα πλάσματοςσυνήθως σημαίνει πυκνότητα ηλεκτρονίων, δηλαδή ο αριθμός των ελεύθερων ηλεκτρονίων ανά μονάδα όγκου. Λοιπόν, με αυτό, νομίζω ότι όλα είναι ξεκάθαρα. Αλλά δεν γνωρίζουν όλοι τι είναι η οιονεί ουδετερότητα. Η οιονεί ουδετερότητα ενός πλάσματος είναι μια από τις πιο σημαντικές ιδιότητές του, η οποία συνίσταται στη σχεδόν ακριβή ισότητα των πυκνοτήτων των θετικών ιόντων και ηλεκτρονίων που το αποτελούν. Λόγω της καλής ηλεκτρικής αγωγιμότητας του πλάσματος, ο διαχωρισμός θετικών και αρνητικών φορτίων είναι αδύνατος σε αποστάσεις μεγαλύτερες από το μήκος Debye και σε στιγμές μεγαλύτερες από την περίοδο των ταλαντώσεων του πλάσματος. Σχεδόν όλο το πλάσμα είναι σχεδόν ουδέτερο. Ένα παράδειγμα μη οιονεί ουδέτερου πλάσματος είναι μια δέσμη ηλεκτρονίων. Ωστόσο, η πυκνότητα των μη ουδέτερων πλασμάτων πρέπει να είναι πολύ χαμηλή, διαφορετικά θα αποσυντεθεί γρήγορα λόγω της απώθησης Coulomb.
Έχουμε εξετάσει πολύ λίγα επίγεια παραδείγματα πλάσματος. Είναι όμως αρκετά από αυτά. Ο άνθρωπος έχει μάθει να χρησιμοποιεί το πλάσμα για το καλό του. Χάρη στην τέταρτη αθροιστική κατάσταση της ύλης, μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε λαμπτήρες εκκένωσης αερίου, τηλεοράσεις πλάσματος zo-rami, ηλεκτροσυγκόλληση τόξου, λέιζερ. Οι συνηθισμένοι λαμπτήρες φθορισμού εκκένωσης αερίου είναι επίσης πλάσματος. Υπάρχει επίσης μια λάμπα πλάσματος στον κόσμο μας. Χρησιμοποιείται κυρίως στην επιστήμη για τη μελέτη και, το πιο σημαντικό, για να δει μερικά από τα πιο περίπλοκα φαινόμενα του πλάσματος, συμπεριλαμβανομένης της νηματοποίησης. Μια φωτογραφία μιας τέτοιας λάμπας φαίνεται στην παρακάτω εικόνα:
Εκτός από τις οικιακές συσκευές πλάσματος, το φυσικό πλάσμα μπορεί επίσης να παρατηρηθεί συχνά στη Γη. Έχουμε ήδη μιλήσει για ένα από τα παραδείγματά του. Αυτό είναι κεραυνός. Αλλά εκτός από τον κεραυνό, τα φαινόμενα πλάσματος μπορούν να ονομαστούν τα βόρεια σέλας, «οι φωτιές του Αγίου Έλμο», η ιονόσφαιρα της Γης και, φυσικά, η φωτιά.
Παρατηρήστε ότι καίγονται και η φωτιά και ο κεραυνός και άλλες εκδηλώσεις του πλάσματος, όπως το λέμε. Ποιος είναι ο λόγος για μια τόσο φωτεινή εκπομπή φωτός από το πλάσμα; Η λάμψη του πλάσματος οφείλεται στη μετάβαση των ηλεκτρονίων από μια κατάσταση υψηλής ενέργειας σε μια κατάσταση χαμηλής ενέργειας μετά από ανασυνδυασμό με ιόντα. Αυτή η διαδικασία οδηγεί σε ακτινοβολία με φάσμα που αντιστοιχεί στο διεγερμένο αέριο. Αυτός είναι ο λόγος που το πλάσμα λάμπει.
Θα ήθελα επίσης να πω λίγα λόγια για την ιστορία του πλάσματος. Άλλωστε, κάποτε μόνο ουσίες όπως το υγρό συστατικό του γάλακτος και το άχρωμο συστατικό του αίματος ονομάζονταν πλάσμα. Όλα άλλαξαν το 1879. Ήταν εκείνη τη χρονιά που ο διάσημος Άγγλος επιστήμονας William Crookes, ερευνώντας την ηλεκτρική αγωγιμότητα στα αέρια, ανακάλυψε το φαινόμενο του πλάσματος. Είναι αλήθεια ότι αυτή η κατάσταση της ύλης ονομάστηκε πλάσμα μόλις το 1928. Και αυτό έγινε από τον Irving Langmuir.
Εν κατακλείδι, θέλω να πω ότι ένα τόσο ενδιαφέρον και μυστηριώδες φαινόμενο όπως ο κεραυνός μπάλας, για το οποίο έγραψα περισσότερες από μία φορές σε αυτόν τον ιστότοπο, είναι, φυσικά, επίσης ένα πλασμοειδές, όπως ο συνηθισμένος κεραυνός. Αυτό είναι ίσως το πιο ασυνήθιστο πλασμοειδές από όλα τα επίγεια φαινόμενα πλάσματος. Εξάλλου, υπάρχουν περίπου 400 πολύ διαφορετικές θεωρίες σχετικά με τον κεραυνό μπάλας, αλλά καμία από αυτές δεν έχει αναγνωριστεί ως πραγματικά σωστή. Κάτω από εργαστηριακές συνθήκες, παρόμοια αλλά βραχυπρόθεσμα φαινόμενα έχουν ληφθεί με πολλούς διαφορετικούς τρόπους, επομένως το ζήτημα της φύσης του κεραυνού μπάλας παραμένει ανοιχτό.
Το συνηθισμένο πλάσμα, βέβαια, δημιουργήθηκε και σε εργαστήρια. Κάποτε ήταν δύσκολο, αλλά τώρα ένα τέτοιο πείραμα δεν είναι δύσκολο. Δεδομένου ότι το πλάσμα έχει εισέλθει σταθερά στο οπλοστάσιο του νοικοκυριού μας, υπάρχουν πολλά πειράματα σε αυτό σε εργαστήρια.
Η πιο ενδιαφέρουσα ανακάλυψη στον τομέα του πλάσματος ήταν πειράματα με πλάσμα σε κατάσταση έλλειψης βαρύτητας. Αποδεικνύεται ότι το πλάσμα κρυσταλλώνεται στο κενό. Συμβαίνει έτσι: τα φορτισμένα σωματίδια του πλάσματος αρχίζουν να απωθούνται μεταξύ τους και όταν έχουν περιορισμένο όγκο, καταλαμβάνουν τον χώρο που τους αναλογεί, σκορπίζοντας σε διαφορετικές κατευθύνσεις. Αυτό μοιάζει πολύ με ένα κρυσταλλικό πλέγμα. Αυτό δεν σημαίνει ότι το πλάσμα είναι ο κλειστός κρίκος μεταξύ της πρώτης αθροιστικής κατάστασης της ύλης και της τρίτης; Μετά από όλα, γίνεται πλάσμα λόγω του ιονισμού του αερίου, και στο κενό, το πλάσμα γίνεται πάλι, σαν να λέγαμε, στερεό. Αλλά αυτή είναι μόνο η εικασία μου.
Οι κρύσταλλοι πλάσματος στο διάστημα έχουν επίσης μια μάλλον περίεργη δομή. Αυτή η δομή μπορεί να παρατηρηθεί και να μελετηθεί μόνο στο διάστημα, σε ένα πραγματικό διαστημικό κενό. Ακόμα κι αν δημιουργήσετε ένα κενό στη Γη και τοποθετήσετε ένα πλάσμα εκεί, τότε η βαρύτητα απλώς θα συμπιέσει ολόκληρη την «εικόνα» που σχηματίζεται μέσα. Στο διάστημα, ωστόσο, οι κρύσταλλοι του πλάσματος απλώς απογειώνονται, σχηματίζοντας μια ογκομετρική τρισδιάστατη δομή ενός παράξενου σχήματος. Μετά την αποστολή των αποτελεσμάτων των παρατηρήσεων του πλάσματος σε τροχιά στους επιστήμονες της γης, αποδείχθηκε ότι οι στροβιλισμοί στο πλάσμα μιμούνται τη δομή του γαλαξία μας με έναν περίεργο τρόπο. Και αυτό σημαίνει ότι στο μέλλον θα είναι δυνατό να κατανοήσουμε πώς γεννήθηκε ο γαλαξίας μας μελετώντας το πλάσμα. Οι παρακάτω φωτογραφίες δείχνουν το ίδιο κρυσταλλωμένο πλάσμα.
Αυτό είναι το μόνο που θα ήθελα να πω για το θέμα του πλάσματος. Ελπίζω να σας ιντριγκάρει και να σας εκπλήξει. Άλλωστε, αυτό είναι πραγματικά ένα εκπληκτικό φαινόμενο, ή μάλλον μια κατάσταση - η 4η κατάσταση συσσωμάτωσης της ύλης.
Η κατάσταση συσσωμάτωσης μιας ουσίας ονομάζεται συνήθως η ικανότητά της να διατηρεί το σχήμα και τον όγκο της. Ένα πρόσθετο χαρακτηριστικό είναι οι τρόποι με τους οποίους μια ουσία περνά από τη μια κατάσταση συσσωμάτωσης στην άλλη. Με βάση αυτό, διακρίνονται τρεις καταστάσεις συσσωμάτωσης: στερεά, υγρή και αέρια. Οι ορατές ιδιότητές τους είναι οι εξής:
Ένα συμπαγές σώμα διατηρεί τόσο σχήμα όσο και όγκο. Μπορεί να περάσει τόσο σε υγρό με τήξη όσο και απευθείας σε αέριο με εξάχνωση.
- Υγρό - διατηρεί όγκο, αλλά όχι σχήμα, έχει δηλαδή ρευστότητα. Το χυμένο υγρό τείνει να εξαπλώνεται απεριόριστα στην επιφάνεια στην οποία χύνεται. Ένα υγρό μπορεί να περάσει σε ένα στερεό με κρυστάλλωση και σε αέριο με εξάτμιση.
- Αέριο - δεν διατηρεί ούτε σχήμα ούτε όγκο. Το αέριο έξω από οποιοδήποτε δοχείο τείνει να διαστέλλεται απεριόριστα προς όλες τις κατευθύνσεις. Μόνο η βαρύτητα μπορεί να τον εμποδίσει να το κάνει αυτό, χάρη στην οποία ατμόσφαιρα της γηςδεν διαχέεται στο διάστημα. Ένα αέριο διέρχεται σε ένα υγρό με συμπύκνωση και απευθείας σε ένα στερεό μπορεί να περάσει μέσω της καθίζησης.
Μεταβάσεις φάσεων
Η μετάβαση μιας ουσίας από μια κατάσταση συσσωμάτωσης σε μια άλλη ονομάζεται μετάβαση φάσης, αφού η επιστημονική κατάσταση συσσωμάτωσης είναι μια φάση της ύλης. Για παράδειγμα, το νερό μπορεί να υπάρχει σε στερεή φάση (πάγος), υγρό (συνηθισμένο νερό) και αέριο (ατμός).
Το παράδειγμα του νερού είναι επίσης καλά αποδεδειγμένο. Ό,τι είναι κρεμασμένο στην αυλή για να στεγνώσει μια παγωμένη μέρα χωρίς αέρα παγώνει αμέσως, αλλά μετά από λίγο αποδεικνύεται στεγνό: ο πάγος εξαχνώνεται, μετατρέποντας απευθείας σε υδρατμούς.
Κατά κανόνα, η μετάβαση φάσης από στερεό σε υγρό και αέριο απαιτεί θέρμανση, αλλά η θερμοκρασία του μέσου δεν αυξάνεται: θερμική ενέργειαπρόκειται να σπάσει εσωτερικές επικοινωνίεςστην ουσία. Αυτή είναι η λεγόμενη λανθάνουσα θερμότητα. Κατά τις αντίστροφες μεταβάσεις φάσης (συμπύκνωση, κρυστάλλωση), αυτή η θερμότητα απελευθερώνεται.
Γι' αυτό τα εγκαύματα με ατμό είναι τόσο επικίνδυνα. Όταν έρχεται σε επαφή με το δέρμα, συμπυκνώνεται. Η λανθάνουσα θερμότητα της εξάτμισης/συμπύκνωσης του νερού είναι πολύ υψηλή: από αυτή την άποψη, το νερό είναι μια ανώμαλη ουσία. Γι' αυτό είναι δυνατή η ζωή στη Γη. Κατά τη διάρκεια ενός εγκαύματος με ατμό, η λανθάνουσα θερμότητα της συμπύκνωσης του νερού "ζεματίζει" το καμένο μέρος πολύ βαθιά και οι συνέπειες ενός εγκαύματος με ατμό είναι πολύ πιο σοβαρές από ό, τι από μια φλόγα στην ίδια περιοχή του σώματος.
Ψευδοφάσες
Η ρευστότητα της υγρής φάσης μιας ουσίας καθορίζεται από το ιξώδες της και το ιξώδες καθορίζεται από τη φύση των εσωτερικών δεσμών, στους οποίους αφιερώνεται η επόμενη ενότητα. Το ιξώδες ενός υγρού μπορεί να είναι πολύ υψηλό και ένα τέτοιο υγρό μπορεί να ρέει ανεπαίσθητα στο μάτι.
Το κλασικό παράδειγμα είναι το γυαλί. Δεν είναι στερεό, αλλά πολύ παχύρρευστο υγρό. Σημειώστε ότι τα γυάλινα φύλλα στις αποθήκες δεν αποθηκεύονται ποτέ ακουμπώντας λοξά στον τοίχο. Μέσα σε λίγες μέρες θα κρεμάσουν κάτω από το βάρος τους και θα γίνουν άχρηστα.
Άλλα παραδείγματα ψευδο-στερεών σωμάτων είναι η πίσσα για τα παπούτσια και η πίσσα κατασκευής. Αν ξεχάσετε το γωνιώδες κομμάτι πίσσας στη στέγη, το καλοκαίρι θα απλωθεί σε ένα κέικ και θα κολλήσει στη βάση. Τα ψευδο-στερεά σώματα διακρίνονται από τα πραγματικά από τη φύση της τήξης: τα πραγματικά είτε διατηρούν το σχήμα τους μέχρι να εξαπλωθούν αμέσως (συγκόλληση κατά τη συγκόλληση), είτε επιπλέουν, αφήνοντας λακκούβες και ρυάκια (πάγος). Και τα πολύ παχύρρευστα υγρά μαλακώνουν σταδιακά, όπως η ίδια πίσσα ή πίσσα.
Τα εξαιρετικά παχύρρευστα υγρά, των οποίων η ρευστότητα δεν είναι αισθητή για πολλά χρόνια και δεκαετίες, είναι πλαστικά. Η υψηλή τους ικανότητα να διατηρούν το σχήμα τους παρέχεται από το τεράστιο μοριακό βάρος των πολυμερών, πολλές χιλιάδες και εκατομμύρια άτομα υδρογόνου.
Η δομή των φάσεων της ύλης
Στην αέρια φάση, τα μόρια ή τα άτομα μιας ουσίας απέχουν πολύ μεταξύ τους, πολλές φορές μεγαλύτερη από την απόσταση μεταξύ τους. Αλληλεπιδρούν μεταξύ τους περιστασιακά και ακανόνιστα, μόνο κατά τη διάρκεια συγκρούσεων. Η ίδια η αλληλεπίδραση είναι ελαστική: συγκρούστηκαν σαν σκληρές μπάλες και αμέσως σκορπίστηκαν.
Σε ένα υγρό, τα μόρια/άτομα συνεχώς «αισθάνονται» το ένα το άλλο λόγω πολύ αδύναμων δεσμών χημικής φύσης. Αυτοί οι δεσμοί σπάνε συνεχώς και αποκαθίστανται αμέσως ξανά, τα μόρια του υγρού κινούνται συνεχώς μεταξύ τους και επομένως το υγρό ρέει. Αλλά για να το μετατρέψετε σε αέριο, πρέπει να σπάσετε όλους τους δεσμούς ταυτόχρονα, και αυτό απαιτεί πολλή ενέργεια, γι' αυτό και το υγρό διατηρεί τον όγκο του.
Από αυτή την άποψη, το νερό διαφέρει από άλλες ουσίες στο ότι τα μόριά του σε ένα υγρό συνδέονται με τους λεγόμενους δεσμούς υδρογόνου, οι οποίοι είναι αρκετά ισχυροί. Επομένως, το νερό μπορεί να είναι υγρό σε κανονική θερμοκρασία για όλη τη ζωή. Πολλές ουσίες με μοριακό βάρος δεκάδες και εκατοντάδες φορές μεγαλύτερο από αυτό του νερού, υπό κανονικές συνθήκες, είναι αέρια, όπως τουλάχιστον το συνηθισμένο οικιακό αέριο.
Σε ένα στερεό, όλα τα μόριά του είναι σταθερά στη θέση τους λόγω των ισχυρών χημικών δεσμών μεταξύ τους, σχηματίζοντας ένα κρυσταλλικό πλέγμα. Οι κρύσταλλοι της σωστής μορφής απαιτούν ειδικές συνθήκες για την ανάπτυξή τους και επομένως σπάνια βρίσκονται στη φύση. Τα περισσότερα στερεά είναι συσσωματώματα μικρών και μικροσκοπικών κρυστάλλων - κρυσταλλιτών, που συνδέονται σταθερά με δυνάμεις μηχανικής και ηλεκτρικής φύσης.
Εάν ο αναγνώστης έχει δει, για παράδειγμα, ένα ραγισμένο ημιάξονα αυτοκινήτου ή μια σχάρα από χυτοσίδηρο, τότε οι κόκκοι κρυσταλλίτη στο σκραπ είναι ορατοί με ένα απλό μάτι. Και σε θραύσματα σπασμένων πιάτων πορσελάνης ή φαγεντιανής, μπορούν να παρατηρηθούν κάτω από ένα μεγεθυντικό φακό.
Πλάσμα αίματος
Οι φυσικοί διακρίνουν επίσης την τέταρτη συνολική κατάσταση της ύλης - το πλάσμα. Σε ένα πλάσμα, τα ηλεκτρόνια αποσπώνται από ατομικούς πυρήνες, και είναι ένα μείγμα ηλεκτρικά φορτισμένων σωματιδίων. Το πλάσμα μπορεί να είναι πολύ πυκνό. Για παράδειγμα, ένα κυβικό εκατοστό πλάσματος από το εσωτερικό των λευκών νάνων αστεριών ζυγίζει δεκάδες και εκατοντάδες τόνους.
Το πλάσμα απομονώνεται σε μια ξεχωριστή κατάσταση συσσωμάτωσης επειδή αλληλεπιδρά ενεργά με τα ηλεκτρομαγνητικά πεδία λόγω του γεγονότος ότι τα σωματίδια του είναι φορτισμένα. Στον ελεύθερο χώρο, το πλάσμα τείνει να διαστέλλεται, να κρυώνει και να μετατρέπεται σε αέριο. Αλλά υπό την επίδραση ηλεκτρομαγνητικών πεδίων, μπορεί να διατηρήσει το σχήμα και τον όγκο του έξω από το αγγείο, σαν ένα στερεό σώμα. Αυτή η ιδιότητα του πλάσματος χρησιμοποιείται σε αντιδραστήρες θερμοπυρηνικής ενέργειας - πρωτότυπα εργοστασίων ηλεκτροπαραγωγής του μέλλοντος.
Ένα χαρακτηριστικό των υδραυλικών και πνευματικών ηλεκτροκινητήρων είναι ότι για τη δημιουργία δυνάμεων, ροπών δυνάμεων και κινήσεων σε μηχανές, αυτοί οι τύποι μετάδοσης κίνησης χρησιμοποιούν την ενέργεια ενός υγρού ή αέρα ή άλλου αερίου, αντίστοιχα.
Το υγρό που χρησιμοποιείται σε μια υδραυλική κίνηση ονομάζεται υγρό εργασίας (WF).
Για να κατανοήσουμε τις ιδιαιτερότητες της χρήσης του RJ και των αερίων σε μονάδες δίσκου, είναι απαραίτητο να υπενθυμίσουμε ορισμένες βασικές πληροφορίες σχετικά με τις καταστάσεις συσσωμάτωσης της ύλης γνωστές από την πορεία της φυσικής.
Σύμφωνα με τις σύγχρονες απόψεις, οι αθροιστικές καταστάσεις μιας ουσίας (από το λατινικό aggrego - συνδέω, συνδέω) - νοούνται ως καταστάσεις της ίδιας ουσίας, οι μεταβάσεις μεταξύ των οποίων αντιστοιχούν σε απότομες αλλαγές στην ελεύθερη ενέργεια, την εντροπία, την πυκνότητα και άλλες φυσικές παραμέτρους αυτής της ουσίας.
Στη φυσική, συνηθίζεται να διακρίνουμε τέσσερις αθροιστικές καταστάσεις της ύλης: στερεό, υγρό, αέριο και πλάσμα.
ΣΤΕΡΕΑΣ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗΣ(κρυσταλλική στερεά κατάσταση της ύλης) είναι μια κατάσταση συσσωμάτωσης, η οποία χαρακτηρίζεται από μεγάλες δυνάμεις αλληλεπίδρασης μεταξύ σωματιδίων της ύλης (άτομα, μόρια, ιόντα). Τα σωματίδια των στερεών ταλαντώνονται γύρω από τις μέσες θέσεις ισορροπίας, που ονομάζονται κόμβοι του κρυσταλλικού πλέγματος. χαρακτηρίζεται η δομή αυτών των ουσιών υψηλό βαθμότάξη (τάξη μεγάλης εμβέλειας και μικρής εμβέλειας) - τακτοποίηση στη διάταξη (σειρά συντονισμού), στον προσανατολισμό (σειρά προσανατολισμού) των δομικών σωματιδίων ή στην τάξη των φυσικών ιδιοτήτων.
ΥΓΡΗ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ- Αυτή είναι μια κατάσταση συσσωμάτωσης μιας ουσίας, ενδιάμεσης μεταξύ στερεού και αερίου. Τα υγρά έχουν ορισμένα χαρακτηριστικά ενός στερεού (διατηρεί τον όγκο του, σχηματίζει επιφάνεια, έχει μια ορισμένη αντοχή σε εφελκυσμό) και ενός αερίου (παίρνει το σχήμα του δοχείου στο οποίο βρίσκεται). Η θερμική κίνηση των μορίων (ατόμων) ενός υγρού είναι ένας συνδυασμός μικρών διακυμάνσεων γύρω από τις θέσεις ισορροπίας και συχνών αλμάτων από τη μια θέση ισορροπίας στην άλλη. Ταυτόχρονα, υπάρχουν αργές κινήσεις μορίων και οι δονήσεις τους μέσα σε μικρούς όγκους. Τα συχνά άλματα μορίων σπάζουν την τάξη μεγάλης εμβέλειας στη διάταξη των σωματιδίων και προκαλούν τη ρευστότητα των υγρών, ενώ μικρές διακυμάνσεις γύρω από τις θέσεις ισορροπίας προκαλούν την ύπαρξη τάξης μικρής εμβέλειας στα υγρά.
Υγρά και στερεά, σε αντίθεση με τα αέρια, μπορούν να θεωρηθούν ως μέσα υψηλής συμπύκνωσης. Σε αυτά, τα μόρια (άτομα) βρίσκονται πολύ πιο κοντά το ένα στο άλλο και οι δυνάμεις αλληλεπίδρασης είναι αρκετές τάξεις μεγέθους μεγαλύτερες από ό,τι στα αέρια. Επομένως, τα υγρά και τα στερεά έχουν σημαντικά περιορισμένες δυνατότητες διαστολής, προφανώς δεν μπορούν να καταλάβουν αυθαίρετο όγκο και σε σταθερή πίεση και θερμοκρασία διατηρούν τον όγκο τους, ανεξάρτητα από τον όγκο που τοποθετούνται.
GAS STATE(από το γαλλικό gaz, το οποίο, με τη σειρά του, προήλθε από το ελληνικό χάος - χάος) είναι μια αθροιστική κατάσταση της ύλης στην οποία οι δυνάμεις αλληλεπίδρασης των σωματιδίων της που γεμίζουν ολόκληρο τον όγκο που τους παρέχεται είναι αμελητέες. Στα αέρια, οι διαμοριακές αποστάσεις είναι μεγάλες και τα μόρια κινούνται σχεδόν ελεύθερα.
Τα αέρια μπορούν να θεωρηθούν ως πολύ υπερθερμασμένοι ή χαμηλοί κορεσμένοι ατμοί υγρών. Πάνω από την επιφάνεια κάθε υγρού λόγω της εξάτμισης υπάρχει ατμός. Όταν η τάση ατμών αυξάνεται σε ένα ορισμένο όριο, που ονομάζεται πίεση κορεσμένων ατμών, η εξάτμιση του υγρού σταματά, αφού η πίεση του ατμού και του υγρού γίνεται η ίδια. Η μείωση του όγκου του κορεσμένου ατμού προκαλεί συμπύκνωση μέρους του ατμού, αντί για αύξηση της πίεσης. Επομένως, η τάση ατμών δεν μπορεί να είναι μεγαλύτερη από την πίεση ατμών κορεσμού. Η κατάσταση κορεσμού χαρακτηρίζεται από τη μάζα κορεσμού που περιέχεται σε 1 m3 μάζας κορεσμένου ατμού, η οποία εξαρτάται από τη θερμοκρασία. Κορεσμένος ατμόςμπορεί να γίνει ακόρεστο εάν αυξηθεί ο όγκος ή αυξηθεί η θερμοκρασία. Εάν η θερμοκρασία του ατμού είναι πολύ υψηλότερη από το σημείο βρασμού που αντιστοιχεί σε μια δεδομένη πίεση, ο ατμός ονομάζεται υπερθερμασμένος.
ΠΛΑΣΜΑ ΑΙΜΑΤΟΣΟνομάζεται ένα μερικώς ή πλήρως ιονισμένο αέριο, στο οποίο οι πυκνότητες θετικών και αρνητικών φορτίων είναι σχεδόν ίδιες. Ο ήλιος, τα αστέρια, τα σύννεφα της διαστρικής ύλης αποτελούνται από αέρια - ουδέτερα ή ιονισμένα (πλάσμα). Σε αντίθεση με άλλες καταστάσεις συσσωμάτωσης, το πλάσμα είναι ένα αέριο φορτισμένων σωματιδίων (ιόντα, ηλεκτρόνια) που αλληλεπιδρούν ηλεκτρικά μεταξύ τους σε μεγάλες αποστάσεις, αλλά δεν έχουν τάξεις μικρής ή μεγάλης εμβέλειας στη διάταξη των σωματιδίων.
Όπως φαίνεται από τα παραπάνω, τα υγρά είναι σε θέση να διατηρήσουν τον όγκο, αλλά δεν είναι σε θέση να διατηρήσουν ανεξάρτητα το σχήμα τους. Η πρώτη ιδιότητα φέρνει το υγρό πιο κοντά στο στερεός, το δεύτερο - με αέριο. Και οι δύο αυτές ιδιότητες δεν είναι απόλυτες. Όλα τα υγρά είναι συμπιέσιμα, αν και πολύ πιο αδύναμα από τα αέρια. Όλα τα υγρά αντιστέκονται στην αλλαγή του σχήματος, στη μετατόπιση ενός μέρους του όγκου σε σχέση με ένα άλλο, αν και λιγότερο από τα στερεά.
Ορισμός 1
Συγκεντρωτικές καταστάσεις της ύλης(από το λατινικό "aggrego" σημαίνει "συνδέω", "δεσμεύω") - αυτές είναι οι καταστάσεις της ίδιας ουσίας σε στερεή, υγρή και αέρια μορφή.
Κατά τη μετάβαση από τη μια κατάσταση στην άλλη, παρατηρείται απότομη μεταβολή της ενέργειας, της εντροπίας, της πυκνότητας και άλλων ιδιοτήτων της ύλης.
Στερεά και υγρά σώματα
Ορισμός 2Στερεά- Πρόκειται για σώματα που διακρίνονται από τη σταθερότητα του σχήματος και του όγκου τους.
Στα στερεά, οι διαμοριακές αποστάσεις είναι μικρές και η δυναμική ενέργεια των μορίων μπορεί να συγκριθεί με την κινητική ενέργεια.
Τα στερεά σώματα χωρίζονται σε 2 τύπους:
- κρυστάλλινος;
- Αμορφος.
Μόνο τα κρυσταλλικά σώματα βρίσκονται σε κατάσταση θερμοδυναμικής ισορροπίας. Τα άμορφα σώματα, στην πραγματικότητα, είναι μετασταθερές καταστάσεις, οι οποίες είναι παρόμοιες στη δομή με τα υγρά που δεν βρίσκονται σε ισορροπία, που κρυσταλλώνουν αργά. Σε ένα άμορφο σώμα λαμβάνει χώρα μια υπερβολικά αργή διαδικασία κρυστάλλωσης, μια διαδικασία σταδιακής μετατροπής μιας ουσίας σε κρυσταλλική φάση. Η διαφορά μεταξύ ενός κρυστάλλου και ενός άμορφου στερεού έγκειται κυρίως στην ανισοτροπία των ιδιοτήτων του. Οι ιδιότητες ενός κρυσταλλικού σώματος καθορίζονται ανάλογα με την κατεύθυνση στο διάστημα. Διάφορες διαδικασίες (για παράδειγμα, θερμική αγωγιμότητα, ηλεκτρική αγωγιμότητα, φως, ήχος) διαδίδονται σε διαφορετικές κατευθύνσεις ενός στερεού σώματος με διαφορετικούς τρόπους. Αλλά τα άμορφα σώματα (για παράδειγμα, γυαλί, ρητίνες, πλαστικά) είναι ισότροπα, όπως τα υγρά. Η διαφορά μεταξύ άμορφων σωμάτων και υγρών έγκειται μόνο στο γεγονός ότι τα τελευταία είναι ρευστά, δεν συμβαίνουν σε αυτά στατικές διατμητικές παραμορφώσεις.
Τα κρυσταλλικά σώματα έχουν το σωστό μοριακή δομή. Λόγω της σωστής δομής ο κρύσταλλος έχει ανισότροπες ιδιότητες. Η σωστή διάταξη των κρυσταλλικών ατόμων δημιουργεί το λεγόμενο κρυσταλλικό πλέγμα. Σε διαφορετικές κατευθύνσεις, η θέση των ατόμων στο πλέγμα είναι διαφορετική, γεγονός που οδηγεί σε ανισοτροπία. Τα άτομα (ιόντα ή ολόκληρα μόρια) στο κρυσταλλικό πλέγμα εκτελούν τυχαία ταλαντωτική κίνηση κοντά στις μεσαίες θέσεις, οι οποίες θεωρούνται ως κόμβοι του κρυσταλλικού πλέγματος. Όσο υψηλότερη είναι η θερμοκρασία, τόσο μεγαλύτερη είναι η ενέργεια των ταλαντώσεων και επομένως το μέσο πλάτος των ταλαντώσεων. Ανάλογα με το πλάτος των ταλαντώσεων προσδιορίζεται το μέγεθος του κρυστάλλου. Η αύξηση του πλάτους των ταλαντώσεων οδηγεί σε αύξηση του μεγέθους του σώματος. Έτσι, εξηγείται η θερμική διαστολή των στερεών.
Ορισμός 3
υγρά σώματα- Πρόκειται για σώματα που έχουν ορισμένο όγκο, αλλά δεν έχουν ελαστικό σχήμα.
Μια ουσία σε υγρή κατάσταση χαρακτηρίζεται από ισχυρή διαμοριακή αλληλεπίδραση και χαμηλή συμπιεστότητα. Ένα υγρό καταλαμβάνει μια ενδιάμεση θέση μεταξύ ενός στερεού και ενός αερίου. Τα υγρά, όπως και τα αέρια, έχουν ισοτοπικές ιδιότητες. Επιπλέον, το υγρό έχει την ιδιότητα της ρευστότητας. Σε αυτό, όπως και στα αέρια, δεν υπάρχει διατμητική τάση (διάτμηση) σώματα. Τα υγρά είναι βαριά, δηλαδή το ειδικό τους βάρος μπορεί να συγκριθεί με το ειδικό βάρος των στερεών. Κοντά στις θερμοκρασίες κρυστάλλωσης, οι θερμικές τους ικανότητες και άλλες θερμικές ιδιότητες είναι κοντά σε αυτές των στερεών. Σε υγρά που παρατηρούνται σε δεδομένο βαθμό σωστή τοποθεσίαάτομα, αλλά μόνο σε μικρές περιοχές. Εδώ, τα άτομα εκτελούν επίσης μια ταλαντωτική κίνηση γύρω από τους κόμβους του οιονεί κρυσταλλικού κυττάρου, αλλά, σε αντίθεση με τα άτομα ενός στερεού σώματος, πηδούν περιοδικά από τον έναν κόμβο στον άλλο. Ως αποτέλεσμα, η κίνηση των ατόμων θα είναι πολύ περίπλοκη: ταλαντωτική, αλλά ταυτόχρονα, το κέντρο των ταλαντώσεων κινείται στο διάστημα.
Ορισμός 4ΑέριοΑυτή είναι μια κατάσταση της ύλης στην οποία οι αποστάσεις μεταξύ των μορίων είναι τεράστιες.
Οι δυνάμεις αλληλεπίδρασης μεταξύ μορίων σε χαμηλές πιέσεις μπορούν να παραμεληθούν. Τα σωματίδια αερίου γεμίζουν ολόκληρο τον όγκο που παρέχεται για το αέριο. Τα αέρια θεωρούνται ως πολύ υπερθερμασμένοι ή ακόρεστοι ατμοί. Ένας ειδικός τύπος αερίου είναι το πλάσμα (ένα μερικώς ή πλήρως ιονισμένο αέριο στο οποίο οι πυκνότητες θετικών και αρνητικών φορτίων είναι σχεδόν ίδιες). Δηλαδή, ένα πλάσμα είναι ένα αέριο φορτισμένων σωματιδίων που αλληλεπιδρούν μεταξύ τους χρησιμοποιώντας ηλεκτρικές δυνάμεις σε μεγάλη απόσταση, αλλά δεν έχουν κοντινά και μακρινά σωματίδια.
Όπως γνωρίζετε, οι ουσίες μπορούν να μετακινηθούν από τη μια κατάσταση συσσωμάτωσης στην άλλη.
Ορισμός 5
Εξάτμιση- αυτή είναι η διαδικασία αλλαγής της κατάστασης συσσωμάτωσης μιας ουσίας, κατά την οποία μόρια πετούν έξω από την επιφάνεια ενός υγρού ή στερεού σώματος, η κινητική ενέργεια του οποίου μετατρέπει τη δυναμική ενέργεια της αλληλεπίδρασης των μορίων.
Η εξάτμιση είναι μια μετάβαση φάσης. Κατά την εξάτμιση, μέρος του υγρού ή του στερεού μετατρέπεται σε ατμό.
Ορισμός 6
Μια ουσία σε αέρια κατάσταση που βρίσκεται σε δυναμική ισορροπία με ένα υγρό ονομάζεται κορεσμένη πορθμείο. Σε αυτή την περίπτωση, η αλλαγή στην εσωτερική ενέργεια του σώματος είναι ίση με:
∆ U = ± m r (1) ,
όπου m είναι η μάζα του σώματος, r είναι ειδική θερμότηταεξάτμιση (J w / k g) .
Ορισμός 7
Συμπύκνωσηείναι η αντίστροφη διαδικασία της εξάτμισης.
Η μεταβολή της εσωτερικής ενέργειας υπολογίζεται με τον τύπο (1) .
Ορισμός 8
Τήξη- Αυτή είναι η διαδικασία μετατροπής μιας ουσίας από στερεή σε υγρή κατάσταση, η διαδικασία αλλαγής της κατάστασης συσσωμάτωσης μιας ουσίας.
Όταν μια ουσία θερμαίνεται, η εσωτερική της ενέργεια αυξάνεται, άρα η ταχύτητα αυξάνεται. θερμική κίνησημόρια. Όταν μια ουσία φτάσει στο σημείο τήξης της, το κρυσταλλικό πλέγμα ενός στερεού καταστρέφεται. Οι δεσμοί μεταξύ των σωματιδίων καταστρέφονται επίσης και η ενέργεια αλληλεπίδρασης μεταξύ των σωματιδίων αυξάνεται. Η θερμότητα που μεταφέρεται στο σώμα πηγαίνει για να αυξήσει την εσωτερική ενέργεια αυτού του σώματος και μέρος της ενέργειας δαπανάται για την εκτέλεση εργασιών για την αλλαγή του όγκου του σώματος όταν λιώνει. Για πολλά κρυσταλλικά σώματα, ο όγκος αυξάνεται όταν λιώνουν, αλλά υπάρχουν εξαιρέσεις (για παράδειγμα, πάγος, χυτοσίδηρος). Τα άμορφα σώματα δεν έχουν συγκεκριμένο σημείο τήξης. Η τήξη είναι μια μετάβαση φάσης, η οποία χαρακτηρίζεται από μια απότομη μεταβολή της θερμικής ικανότητας στη θερμοκρασία τήξης. Το σημείο τήξης εξαρτάται από την ουσία και παραμένει σταθερό κατά τη διάρκεια της διαδικασίας. Τότε η μεταβολή της εσωτερικής ενέργειας του σώματος είναι ίση με:
∆ U = ± m λ (2) ,
όπου λ είναι η ειδική θερμότητα της σύντηξης (D f / k g) .
Ορισμός 9
Αποκρυστάλλωσηείναι η αντίστροφη διαδικασία τήξης.
Η μεταβολή της εσωτερικής ενέργειας υπολογίζεται με τον τύπο (2) .
Η μεταβολή της εσωτερικής ενέργειας κάθε σώματος του συστήματος κατά τη θέρμανση ή την ψύξη υπολογίζεται με τον τύπο:
∆ U = m c ∆ T (3) ,
όπου c είναι η ειδική θερμοχωρητικότητα της ουσίας, J έως g K, △ T είναι η μεταβολή της θερμοκρασίας του σώματος.
Ορισμός 10
Όταν εξετάζουμε τους μετασχηματισμούς ουσιών από τη μια κατάσταση συσσωμάτωσης σε μια άλλη, δεν μπορούμε να κάνουμε χωρίς το λεγόμενο εξισώσεις ισορροπία θερμότητας : η συνολική ποσότητα θερμότητας που απελευθερώνεται σε ένα θερμομονωμένο σύστημα είναι ίση με την ποσότητα θερμότητας (συνολική) που απορροφάται σε αυτό το σύστημα.
Q 1 + Q 2 + Q 3 + . . . + Q n = Q " 1 + Q " 2 + Q " 3 + . . . + Q " k .
Στην ουσία, η εξίσωση του ισοζυγίου θερμότητας είναι ο νόμος εξοικονόμησης ενέργειας για διεργασίες μεταφοράς θερμότητας σε θερμικά μονωμένα συστήματα.
Παράδειγμα 1
Σε ένα θερμομονωμένο δοχείο βρίσκονται νερό και πάγος με θερμοκρασία t i = 0 ° C. Η μάζα του νερού m υ και του πάγου m i είναι αντίστοιχα ίση με 0,5 kg και 60 g. Υδρατμοί μάζας m p = 10 g αφήνονται στο νερό σε θερμοκρασία t p = 100 ° C. Ποια θα είναι η θερμοκρασία του νερού στο δοχείο αφού επιτευχθεί η θερμική ισορροπία; Σε αυτή την περίπτωση, η θερμοχωρητικότητα του δοχείου δεν χρειάζεται να ληφθεί υπόψη.
Εικόνα 1
Λύση
Ας προσδιορίσουμε ποιες διεργασίες εκτελούνται στο σύστημα, ποιες συγκεντρωτικές καταστάσεις ύλης παρατηρήσαμε και ποιες αποκτήσαμε.
Οι υδρατμοί συμπυκνώνονται, εκπέμποντας θερμότητα.
Η θερμική ενέργεια δαπανάται για το λιώσιμο του πάγου και, ίσως, για τη θέρμανση του διαθέσιμου και λαμβανόμενου νερού από τον πάγο.
Πρώτα απ 'όλα, ας ελέγξουμε πόση θερμότητα απελευθερώνεται κατά τη συμπύκνωση της διαθέσιμης μάζας ατμού:
Q p = - r m p ; Q p \u003d 2, 26 10 6 10 - 2 \u003d 2, 26 10 4 (D w),
εδώ από υλικά αναφοράς έχουμε r = 2,26 10 6 J k g - η ειδική θερμότητα της εξάτμισης (χρησιμοποιείται και για συμπύκνωση).
Για να λιώσετε τον πάγο, χρειάζεστε την ακόλουθη ποσότητα θερμότητας:
Q i \u003d λ m i Q i \u003d 6 10 - 2 3, 3 10 5 ≈ 2 10 4 (D w),
εδώ, από υλικά αναφοράς, έχουμε λ = 3, 3 10 5 J k g - την ειδική θερμότητα της τήξης του πάγου.
Αποδεικνύεται ότι ο ατμός εκπέμπει περισσότερη θερμότητα από την απαραίτητη, μόνο για να λιώσει ο υπάρχων πάγος, πράγμα που σημαίνει ότι γράφουμε την εξίσωση του ισοζυγίου θερμότητας ως εξής:
r m p + c m p (T p - T) = λ m i + c (m υ + m i) (T - T i) .
Η θερμότητα απελευθερώνεται κατά τη συμπύκνωση του ατμού μάζας m p και την ψύξη του νερού που σχηματίζεται από τον ατμό από τη θερμοκρασία T p στην επιθυμητή T . Η θερμότητα απορροφάται όταν ο πάγος με μάζα m i λιώνει και το νερό με μάζα m υ + m i θερμαίνεται από τη θερμοκρασία T i έως T . Συμβολίζουμε T - T i = ∆ T για τη διαφορά T p - T παίρνουμε:
T p - T = T p - T i - ∆ T = 100 - ∆ T .
Η εξίσωση του ισοζυγίου θερμότητας θα μοιάζει με αυτό:
r m p + c m p (100 - ∆ T) = λ m i + c (m υ + m i) ∆ T ; c (m υ + m i + m p) ∆ T = r m p + c m p 100 - λ m i ; ∆ T = r m p + c m p 100 - λ m i c m υ + m i + m p .
Ας κάνουμε υπολογισμούς, λαμβάνοντας υπόψη το γεγονός ότι η θερμοχωρητικότητα του νερού είναι πίνακας
c \u003d 4, 2 10 3 J k g K, T p \u003d t p + 273 \u003d 373 K, T i \u003d t i + 273 \u003d 273 K: ∆ T \u003d 2, 26 10 - 24 +1 , 2 10 3 10 - 2 10 2 - 6 10 - 2 3, 3 10 5 4, 2 10 3 5, 7 10 - 1 ≈ 3 (K),
τότε T = 273 + 3 = 276 K
Απάντηση:Η θερμοκρασία του νερού στο δοχείο μετά την αποκατάσταση της θερμικής ισορροπίας θα είναι 276 Κ.
Παράδειγμα 2
Το Σχήμα 2 δείχνει μια τομή της ισόθερμης, η οποία αντιστοιχεί στη μετάβαση μιας ουσίας από μια κρυσταλλική σε μια υγρή κατάσταση. Τι αντιστοιχεί σε αυτή την ενότητα στο διάγραμμα p, T;
Εικόνα 2
Απάντηση:Ολόκληρο το σύνολο των καταστάσεων που εμφανίζονται στο διάγραμμα p , V ως οριζόντιο τμήμα γραμμής στο διάγραμμα p , T φαίνεται από ένα σημείο, το οποίο καθορίζει τις τιμές των p και T, στο οποίο ο μετασχηματισμός από μία κατάσταση λαμβάνει χώρα συνάθροιση σε άλλο.
Εάν παρατηρήσετε κάποιο λάθος στο κείμενο, επισημάνετε το και πατήστε Ctrl+Enter
Οποιαδήποτε ουσία αποτελείται από μόρια, και αυτό φυσικές ιδιότητεςεξαρτάται από το πώς είναι ταξινομημένα τα μόρια και πώς αλληλεπιδρούν μεταξύ τους. ΣΤΟ συνηθισμένη ζωήΠαρατηρούμε τρεις αθροιστικές καταστάσεις της ύλης - στερεά, υγρή και αέρια.
Για παράδειγμα, το νερό μπορεί να είναι σε στερεή (πάγος), υγρό (νερό) και αέριο (ατμός).
Αέριοεπεκτείνεται μέχρι να γεμίσει ολόκληρο τον όγκο που του έχει εκχωρηθεί. Αν εξετάσουμε ένα αέριο σε μοριακό επίπεδο, θα δούμε μόρια να ορμούν τυχαία και να συγκρούονται μεταξύ τους και με τα τοιχώματα του αγγείου, τα οποία, ωστόσο, πρακτικά δεν αλληλεπιδρούν μεταξύ τους. Εάν αυξήσετε ή μειώσετε τον όγκο του δοχείου, τα μόρια θα ανακατανεμηθούν ομοιόμορφα στον νέο όγκο.
Σε αντίθεση με το αέριο σε μια δεδομένη θερμοκρασία, καταλαμβάνει σταθερό όγκο, ωστόσο, έχει επίσης τη μορφή γεμάτου δοχείου - αλλά μόνο κάτω από το επίπεδο της επιφάνειάς του. Σε μοριακό επίπεδο, ο ευκολότερος τρόπος για να σκεφτείς ένα υγρό είναι σαν σφαιρικά μόρια που, αν και βρίσκονται σε στενή επαφή μεταξύ τους, έχουν την ελευθερία να κυλιούνται το ένα γύρω από το άλλο, σαν στρογγυλές χάντρες σε ένα βάζο. Ρίξτε ένα υγρό σε ένα δοχείο - και τα μόρια θα εξαπλωθούν γρήγορα και θα γεμίσουν το κάτω μέρος του όγκου του δοχείου, ως αποτέλεσμα, το υγρό θα πάρει το σχήμα του, αλλά δεν θα εξαπλωθεί σε όλο τον όγκο του δοχείου.
Στερεόςέχει το δικό του σχήμα, δεν απλώνεται στον όγκο του δοχείου
και δεν παίρνει τη μορφή του. Σε μικροσκοπικό επίπεδο, τα άτομα κολλάνε μεταξύ τους χημικοί δεσμοί, και η θέση τους σε σχέση μεταξύ τους είναι σταθερή. Ταυτόχρονα, μπορούν να σχηματίσουν και άκαμπτες διατεταγμένες δομές - κρυσταλλικά πλέγματα - και έναν τυχαίο σωρό - άμορφα σώματα (αυτή είναι ακριβώς η δομή των πολυμερών, που μοιάζουν με μπερδεμένα και κολλώδη ζυμαρικά σε ένα μπολ).
Τρεις κλασικές αθροιστικές καταστάσεις της ύλης έχουν περιγραφεί παραπάνω. Υπάρχει, ωστόσο, μια τέταρτη κατάσταση, την οποία οι φυσικοί τείνουν να ταξινομούν ως άθροισμα. Αυτή είναι η κατάσταση πλάσματος. Το πλάσμα χαρακτηρίζεται από μερική ή πλήρη απογύμνωση ηλεκτρονίων από τις ατομικές τροχιές τους, ενώ τα ίδια τα ελεύθερα ηλεκτρόνια παραμένουν μέσα στην ουσία.
Μπορούμε να παρατηρήσουμε την αλλαγή στις αθροιστικές καταστάσεις της ύλης με τα μάτια μας στη φύση. Το νερό από την επιφάνεια των υδάτινων σωμάτων εξατμίζεται και σχηματίζονται σύννεφα. Έτσι το υγρό μετατρέπεται σε αέριο. Το χειμώνα, το νερό στις δεξαμενές παγώνει, μετατρέπεται σε στερεή κατάσταση και την άνοιξη λιώνει ξανά και μετατρέπεται σε υγρό. Τι συμβαίνει με τα μόρια μιας ουσίας όταν αλλάζει από τη μια κατάσταση στην άλλη; Αλλάζουν; Διαφέρουν, για παράδειγμα, τα μόρια του πάγου από τα μόρια του ατμού; Η απάντηση είναι κατηγορηματική: όχι. Τα μόρια παραμένουν ακριβώς τα ίδια. Η κινητική τους ενέργεια αλλάζει και, κατά συνέπεια, οι ιδιότητες της ουσίας.
Η ενέργεια των μορίων του ατμού είναι αρκετά μεγάλη ώστε να διασκορπιστεί σε διαφορετικές κατευθύνσεις, και όταν κρυώσει, ο ατμός συμπυκνώνεται σε υγρό και τα μόρια εξακολουθούν να έχουν αρκετή ενέργεια για σχεδόν ελεύθερη κίνηση, αλλά όχι αρκετή για να απομακρυνθούν από την έλξη άλλων μορίων και πετάξτε μακριά. Με περαιτέρω ψύξη, το νερό παγώνει, γίνεται στερεό σώμα και η ενέργεια των μορίων δεν είναι πλέον αρκετή ούτε για ελεύθερη κίνηση μέσα στο σώμα. Ταλαντώνονται γύρω από ένα μέρος, που συγκρατούνται από τις ελκτικές δυνάμεις άλλων μορίων.
