Fyzika. Molekuly. Uspořádání molekul v plynných, kapalných a pevných vzdálenostech.
Pohyb molekul v plynech
V plynech je vzdálenost mezi molekulami a atomy obvykle významná více velikostí molekul a přitažlivé síly jsou velmi malé. Plyny proto nemají svůj tvar a konstantní objem. Plyny se snadno stlačují, protože odpudivé síly na velké vzdálenosti jsou také malé. Plyny mají tu vlastnost, že se neomezeně rozpínají a vyplňují celý objem, který jim je poskytnut. Molekuly plynu se pohybují velmi vysokou rychlostí, narážejí do sebe, odrážejí se od sebe různé strany. Četné dopady molekul na stěny nádoby vytvářejí tlak plynu.
Pohyb molekul v kapalinách
V kapalinách molekuly nejen oscilují kolem rovnovážné polohy, ale také přeskakují z jedné rovnovážné polohy do další. K těmto skokům dochází periodicky. Časové období mezi takovými skoky se nazývá průměrná doba sedavého života (nebo průměrná doba relaxace) a označuje se písmenem ?. Jinými slovy, doba relaxace je doba oscilací kolem jedné konkrétní rovnovážné polohy. Na pokojová teplota tato doba v průměru 10-11s. Doba jednoho kmitu je 10-1210-13s.
Doba sedavého života se s rostoucí teplotou snižuje. Vzdálenost mezi molekulami kapaliny menší velikosti molekul, částice jsou umístěny blízko sebe a mezimolekulární přitažlivost je silná. Uspořádání molekul kapaliny však není striktně uspořádáno v celém objemu.
Kapaliny si stejně jako pevné látky zachovávají svůj objem, ale nemají vlastní tvar. Proto přebírají tvar nádoby, ve které se nacházejí. Kapalina má vlastnost tekutosti. Díky této vlastnosti kapalina neodolává změně tvaru, je mírně stlačena a její fyzikální vlastnosti jsou uvnitř kapaliny ve všech směrech stejné (izotropie kapalin). Povahu molekulárního pohybu v kapalinách poprvé stanovil sovětský fyzik Jakov Iljič Frenkel (1894-1952).
Pohyb molekul v pevných látkách
Molekuly a atomy pevné látky jsou uspořádány v určitém pořadí a tvoří krystalovou mřížku. Takové pevné látky se nazývají krystalické. Atomy provádějí vibrační pohyby kolem rovnovážné polohy a přitažlivost mezi nimi je velmi silná. Proto si pevné látky za normálních podmínek zachovávají svůj objem a mají svůj vlastní tvar.
Tuto vzdálenost lze odhadnout na základě znalosti hustoty látky a molární hmotnosti. Koncentrace - počet částic na jednotku objemu souvisí s hustotou, molární hmotností a Avogadrovým číslem vztahem:
kde je hustota látky.
Převrácená hodnota koncentrace je objem na jedenčástice a vzdálenost mezi částicemi, tedy vzdálenost mezi částicemi:
U kapalin a pevných látek hustota slabě závisí na teplotě a tlaku, proto je téměř konstantní a přibližně stejná, tzn. Vzdálenost mezi molekulami je řádově stejná jako velikost molekul samotných.
Hustota plynu je velmi závislá na tlaku a teplotě. Za normálních podmínek (tlak, teplota 273 K) je hustota vzduchu přibližně 1 kg/m 3, molární hmotnost vzduchu 0,029 kg/mol, pak hodnotu udává odhad pomocí vzorce (5.6). V plynech je tedy vzdálenost mezi molekulami mnohem větší než velikost molekul samotných.
Konec práce -
Toto téma patří do sekce:
Federální státní rozpočet vzdělávací instituce.. vyšší odborné vzdělání.. Orenburg State Institute of Management..
Pokud potřebujete doplňkový materiál na toto téma, nebo jste nenašli, co jste hledali, doporučujeme použít vyhledávání v naší databázi prací:
Pokud byl pro vás tento materiál užitečný, můžete si jej uložit na svou stránku na sociálních sítích:
| Tweetujte |
Fyzikální základy nerelativistické mechaniky
Mechanika studuje mechanický pohyb. Mechanický pohyb je změna polohy těles nebo částí těles vůči jiným tělesům nebo částem těles.
Kinematika hmotného bodu. Kinematika tuhé karoserie
Metody pro specifikaci pohybu hmotného bodu v kinematice. Základní kinematické parametry: trajektorie, dráha, výchylka, rychlost, normála, tečné a plné zrychlení
Dynamika hmotného bodu a translační pohyb tuhého tělesa
Setrvačnost těles. Hmotnost. Puls. Interakce těles. Pevnost. Newtonovy zákony. Druhy sil v mechanice. Gravitační síly. Reakce na zemi a hmotnost. Elastická síla. Třecí síla. Deformace elastických těles. O
Dynamika rotačního pohybu
Základní rovnice dynamiky rotační pohyb absolutně pevné tělo. Moment síly. Hybnost vzhledem k bodu a ose. Moment setrvačnosti tuhého tělesa vzhledem k hlavní
Zákony zachování a změny hybnosti a momentu hybnosti v mechanice
Telefonní systémy
Jakýkoli soubor těles se nazývá soustava těles. Pokud těla zahrnutá do systému nejsou ovlivněna jinými subjekty, které nejsou zahrnuty
Práce a síla v mechanice Práce a síla síly a moment sil.;
;
;
; ;
Mechanické práce
a potenciální energii
Energie LGO
a potenciální energii
Pohyb v jakékoli potenciální jámě je oscilační pohyb (obr. 2.1.1).
Obrázek 2.1.1. Oscilační pohyb v potenciální jámě
Pružinové kyvadlo Zákon zachování a transformace energie kmitání pružinového kyvadla (obr. 2.1.2): EPmax = EP + EK = Fyzikální kyvadlo
Zákon zachování a transformace energie kmitání fyzikálního kyvadla (obr. 2.1.3): Obr. 2.1.3. Fyzikální kyvadlo: O - bod
Rovnice základního zákona dynamiky rotačního pohybu absolutně tuhého tělesa: .(2.1.33) Protože pro fyzikální kyvadlo (obr. 2.1.6), pak.
Pružinová a fyzikální (matematická) kyvadla
β < ω0 – квазипериодический колебательный режим (рис. 2.2.2).
Рис. 2.2.2. График затухающих колебаний
Pro libovolné oscilační systémy
diferenciální rovnice
; ;
V souladu s druhým Newtonovým zákonem: , (2.2.17) kde (2.2.18) je vnější periodická síla působící na kyvadlo pružiny.
Proces vytváření nucených spojitých oscilací
Proces vytváření vynucených netlumených oscilací lze znázornit jako proces sčítání dvou oscilací: 1. tlumených oscilací (obr. 2.2.8);
;
&nb
Základy speciální teorie relativity
Základy speciální teorie relativity.
Transformace souřadnic a času (1) Při t = t’ = 0 se počátky souřadnic obou systémů shodují: x0
Elektrické náboje. Způsoby získávání poplatků. Zákon zachování elektrického náboje
V přírodě existují dva typy elektrických nábojů, běžně nazývané kladné a záporné. Historicky pozitivní se nazývá úsvit
Interakce elektrických nábojů. Coulombův zákon. Aplikace Coulombova zákona pro výpočet interakčních sil prodloužených nabitých těles Zákon vzájemného působení elektrických nábojů zavedl v roce 1785 Charles Coulomb (Coulomb Sh., 1736-1806). Přívěsek měřil sílu interakce mezi dvěma malými nabitými kuličkami v závislosti na rychlosti Elektrické pole. Síla elektrického pole. Princip superpozice elektrických polí K interakci elektrických nábojů dochází prostřednictvím zvláštní druh
hmota generovaná nabitými částicemi -
elektrické pole
. Elektrické náboje mění vlastnosti
Základní rovnice elektrostatiky ve vakuu. Vektorový tok síly elektrického pole. Gaussova věta Podle definice je tok vektorového pole oblastí veličinou (obr. 2.1) obr. 2.1. Směrem k definici vektorového toku. Aplikace Gaussovy věty pro výpočet elektrických polí
V řadě případů nám Gaussův teorém umožňuje najít napětí
elektrické pole
prodloužená nabitá tělesa, aniž by se museli uchylovat k výpočtu těžkopádných integrálů. To se obvykle týká těles, jejichž geometr
Práce polních sil při pohybu náboje. Potenciál elektrického pole a potenciálový rozdíl
Jak vyplývá z Coulombova zákona, síla působící na bodový náboj q v elektrickém poli vytvořeném jinými náboji je centrální. Připomeňme, že centrální
Ze vztahu, který určuje vztah mezi intenzitou a potenciálem elektrického pole, vyplývá vzorec pro výpočet potenciálu pole: kde se integrace provádí
Polarizace dielektrik. Bezplatné a vázané poplatky. Hlavní typy polarizace dielektrik
Jev vzniku elektrických nábojů na povrchu dielektrik v elektrickém poli se nazývá polarizace. Výsledné náboje jsou polarizované
Vektor polarizace a vektor elektrické indukce
Pro kvantitativní charakteristiky polarizace dielektrik zavádí pojem polarizační vektor jako celkový (celkový) dipólový moment všech molekul v jednotkovém objemu dielektrika
Síla elektrického pole v dielektriku
V souladu s principem superpozice je elektrické pole v dielektriku vektorově složeno z vnějšího pole a pole polarizačních nábojů (obr. 3.11).
nebo absolutní hodnotou
Okrajové podmínky pro elektrické pole
Při přechodu rozhraní mezi dvěma dielektriky s rozdílnými dielektrickými konstantami ε1 a ε2 (obr. 3.12) je nutné vzít v úvahu okrajové síly
Elektrická kapacita vodičů. Kondenzátory
Náboj q předaný izolovanému vodiči vytváří kolem něj elektrické pole, jehož intenzita je úměrná velikosti náboje. Potenciál pole φ je zase příbuzný
Výpočet kapacity jednoduchých kondenzátorů Podle definice je kapacita kondenzátoru: , kde (integrál je brán podél siločáry mezi deskami kondenzátoru). Proto,
obecný vzorec
vypočítat e
Energie soustavy stacionárních bodových nábojů
Jak již víme, síly, se kterými nabitá tělesa interagují, jsou potenciální. V důsledku toho má systém nabitých těles potenciální energii. Když jsou nálože odstraněny
Současné charakteristiky. Síla a hustota proudu. Potenciální pokles podél vodiče s proudem
Jakýkoli uspořádaný pohyb nábojů se nazývá elektrický proud. Nosiče náboje ve vodivých médiích mohou být elektrony, ionty, „díry“ a dokonce i makroskopicky
Ohmův zákon pro homogenní úsek řetězce. Odpor vodiče
Mezi potenciálovým úbytkem - napětím U a proudem ve vodiči I existuje funkční vztah, který se nazývá proudově-napěťová charakteristika daného p
Elektrický obvod obsahující uzly se nazývá rozvětvený obvod. Uzel je místo v obvodu, kde se setkávají tři a více vodičů (obr. 5.14).
Odporové spojení
Zapojení odporů může být sériové, paralelní a smíšené.
1) Sériové připojení.
V sériovém zapojení proud protéká všemi
Pohybem elektrických nábojů podél uzavřeného okruhu funguje zdroj proudu. Rozlišuje se užitečný a úplný provoz zdroje proudu. Interakce vodičů s proudem. Amperův zákon To se ví
permanentní magnet
působí na vodič s proudem (například rám s proudem); je znám i opačný jev - vodič s proudem působí na permanentní magnet (např
Biot-Savart-Laplaceův zákon. Princip superpozice magnetických polí
Pohybující se elektrické náboje (proudy) mění vlastnosti prostoru, který je obklopuje – vytvářejí v něm magnetické pole. Toto pole se projevuje tím, že v něm umístěné dráty
Obvod s proudem v magnetickém poli. Magnetický moment proudu
V mnoha případech se musíme vypořádat s uzavřenými proudy, jejichž rozměry jsou malé ve srovnání se vzdáleností od nich k pozorovacímu bodu. Takové proudy budeme nazývat elementárními
Magnetické pole na ose kruhové cívky s proudem
Podle Biot-Savart-Laplaceova zákona je indukce magnetického pole vytvořeného proudovým prvkem dl ve vzdálenosti r od něj, kde α je úhel mezi proudovým prvkem a poloměrem.
Moment sil působících na obvod s proudem v magnetickém poli
Umístíme plochý obdélníkový obvod (rám) s proudem do rovnoměrného magnetického pole s indukcí (obr. 9.2).
Energie obvodu s proudem v magnetickém poli
Proudový obvod umístěný v magnetickém poli má rezervu energie. Ve skutečnosti, aby se obvod s proudem otočil o určitý úhel ve směru opačném ke směru jeho otáčení v magnetickém poli
Obvod s proudem v nerovnoměrném magnetickém poli
Pokud je obvod s proudem v nestejnoměrném magnetickém poli (obr. 9.4), pak na něj kromě krouticího momentu působí i síla v důsledku přítomnosti gradientu magnetického pole. Projekce tohoto
Práce vykonaná při pohybu obvodu s proudem v magnetickém poli
Tok vektoru libovolnou plochou S nazýváme integrál: , kde je průmět vektoru na normálu k ploše S v daném bodě (obr. 10.1).
Obr. 10.1. NA
Věta o cirkulaci magnetického pole. Magnetické napětí
Cirkulace magnetického pole po uzavřené vrstevnici l se nazývá integrál: , kde je průmět vektoru na směr tečny k vrstevnici v daném bodě.
Relevantní
Magnetické pole solenoidu a toroidu
Použijme získané výsledky k nalezení síly magnetického pole na ose rovného dlouhého solenoidu a toroidu.
1) Magnetické pole na ose rovného dlouhého solenoidu.
Magnetické pole ve hmotě. Amperova hypotéza o molekulárních proudech. Magnetizační vektor
Různé látky jsou v různé míře schopny magnetizace: to znamená, že vlivem magnetického pole, ve kterém jsou umístěny, získávají magnetický moment. Některé látky
Popis magnetického pole v magnetech. Síla a indukce magnetického pole. Magnetická susceptibilita a magnetická permeabilita látky Magnetizovaná látka vytváří magnetické pole, které je superponováno na vnější pole (pole ve vakuu). Obě pole v součtu dávají výsledné magnetické pole s indukcí, a podle Okrajové podmínky pro magnetické pole
Při překročení rozhraní mezi dvěma magnety s různými
magnetické permeability
Magnetické siločáry μ1 a μ2 zažívají n
Magnetické momenty atomů a molekul
Atomy všech látek se skládají z kladně nabitého jádra a záporně nabitých elektronů, které se kolem něj pohybují. Každý elektron pohybující se na oběžné dráze tvoří kruhový proud síly - h
Povaha diamagnetismu. Larmoreův teorém
Je-li atom umístěn ve vnějším magnetickém poli s indukcí (obr. 12.1), pak na elektron pohybující se po oběžné dráze bude působit rotační moment sil, který má tendenci vytvářet magnetický moment elektronu
Paramagnetismus. Curieho zákon. Langevinova teorie
Pokud je magnetický moment atomů odlišný od nuly, pak se látka ukáže jako paramagnetická. Vnější magnetické pole má tendenci vytvářet magnetické momenty atomů podél
Již víme, že na vodič s proudem umístěný v magnetickém poli působí ampérová síla. Ale proud ve vodiči je směrový pohyb nábojů. To naznačuje závěr, že síla de
Pohyb nabité částice v rovnoměrném konstantním elektrickém poli
V v tomto případě a Lorentzova síla má pouze elektrickou složku. Pohybová rovnice částic v tomto případě je: .
Uvažujme dvě situace: a)
Pohyb nabité částice v rovnoměrném konstantním magnetickém poli
V tomto případě má Lorentzova síla pouze magnetickou složku. Pohybová rovnice částic zapsaná v kartézském souřadnicovém systému je v tomto případě: .
Praktické aplikace Lorentzovy síly. Hallův efekt
Jedním ze známých projevů Lorentzovy síly je efekt objevený Hallem (Hall E., 1855-1938) v roce 1880.
_ _ _ _ _ _ Fenomén elektromagnetické indukce. Faradayův zákon a Lenzovo pravidlo. Indukční emf. Elektronický mechanismus pro výskyt indukčního proudu v kovech Jev
elektromagnetická indukce
byla otevřena v roce 1831. Michael Faraday (Faraday M., 1791-1867), který prokázal, že v jakémkoli uzavřeném vodivém okruhu, když se pot mění
Fenomén samoindukce. Indukčnost vodiče
Kdykoli se změní proud ve vodiči, změní se také jeho vlastní magnetické pole. Spolu s tím se mění i tok magnetické indukce, který proniká povrchem pokrytým obrysem vodiče.
Přechodové děje v elektrických obvodech obsahujících indukčnost. Extra proudy zavírání a vypínání
Při jakékoli změně síly proudu v jakémkoli obvodu v něm vzniká samoindukční emf, což způsobuje výskyt dalších proudů v tomto obvodu, nazývaných extra proudy
Energie magnetického pole. Energetická hustota
V experimentu, jehož schéma je na obr. 14.7, po rozepnutí spínače protéká galvanometrem po určitou dobu klesající proud. Práce tohoto proudu se rovná práci vnějších sil, jejichž roli hraje ED Porovnání základních teorémů elektrostatiky a magnetostatiky Dosud jsme studovali statickou elektriku a magnetická pole, tedy taková pole, která jsou vytvořena
stacionární nálože
a stejnosměrné proudy.
Vírové elektrické pole. Maxwellova první rovnice
Maxwellovou hlavní myšlenkou je myšlenka vzájemné konvertibility elektrických a magnetických polí. Maxwell navrhl, že nejen střídavé magnetické pole jsou zdroje
Diferenciální tvar Maxwellových rovnic
1. Použitím Stokesovy věty transformujeme levou stranu první Maxwellovy rovnice do tvaru: .
Potom lze samotnou rovnici přepsat jako, odkud
Uzavřený systém Maxwellových rovnic. Materiálové rovnice
Pro uzavření systému Maxwellových rovnic je také nutné naznačit souvislost mezi vektory, tedy specifikovat vlastnosti hmotného prostředí, ve kterém je elektron uvažován.
Důsledky z Maxwellových rovnic. Elektromagnetické vlny. Rychlost světla
Uvažujme některé z hlavních důsledků, které vyplývají z Maxwellových rovnic uvedených v tabulce 2. Nejprve si všimneme, že tyto rovnice jsou lineární. Z toho vyplývá
Elektrický oscilační obvod. Thomsonův vzorec
V obvodu obsahujícím indukčnost L a kapacitu C může docházet k elektromagnetickým oscilacím (obr. 16.1). Takový obvod se nazývá oscilační obvod. Vzrušit se
Volné tlumené oscilace. Faktor jakosti oscilačního obvodu
Každý skutečný oscilační obvod má odpor (obr. 16.3). Energie elektrických kmitů v takovém obvodu se postupně vynakládá na zahřívání odporu a mění se na Jouleovo teplo
Nucené elektrické oscilace. Metoda vektorového diagramu
Je-li v obvodu elektrického obvodu obsahujícího kapacitu, indukčnost a odpor (obr. 16.5) zařazen zdroj proměnného EMF, pak v něm spolu s vlastními tlumenými kmity,
Rezonanční jevy v oscilačním obvodu. Napěťová rezonance a proudová rezonance Jak vyplývá z výše uvedených vzorců, při frekvenci proměnné EMF ω rovné hodnotě amplitudy proudu v oscilační obvod
, přijímá
Vlnová rovnice. Typy a charakteristiky vlnění Proces šíření vibrací v prostoru se nazývá vlnový proces nebo jednoduše vlnění. Vlny různé povahy
(zvukové, elastické,
Elektromagnetické vlny
Z Maxwellových rovnic vyplývá, že pokud je pomocí nábojů vybuzeno střídavé elektrické nebo magnetické pole, vznikne v okolním prostoru sled vzájemných přeměn
Energie a hybnost elektromagnetické vlny. Poyntingův vektor Šíření elektromagnetické vlny je doprovázeno přenosem energie a hybnosti elektromagnetické pole
Elastické vlny v pevných látkách. Analogie s elektromagnetickými vlnami
Zákony šíření elastické vlny v pevných látkách vyplývají z obecných pohybových rovnic homogenního elasticky deformovaného prostředí: , kde ρ
Stojaté vlny
Když se superponují dvě protiběžně se šířící vlny se stejnou amplitudou, vznikají stojaté vlny. Ke vzniku stojatého vlnění dochází například při odrazu vlnění od překážky. P
Dopplerův efekt
Když se zdroj a/nebo přijímač zvukových vln pohybuje vzhledem k médiu, ve kterém se zvuk šíří, frekvence ν vnímaná přijímačem se může ukázat jako přibližně
Molekulární fyzika a termodynamika
Zavedení. Předmět a úkoly molekulové fyziky. Molekulární fyzika studuje stav a chování makroskopických objektů při vnější vlivy
(n
Množství látky
Makroskopický systém musí obsahovat počet částic srovnatelný s Avogadrovým číslem, aby mohl být uvažován v rámci statistické fyziky.
Avogadro volá na číslo Kinetické parametry plynů
Průměrná délka
volná dráha - průměrná vzdálenost, kterou urazí molekula plynu mezi dvěma po sobě následujícími srážkami, je určena vzorcem: . (4.1.7) V této podobě
Ideální tlak plynu
Tlak plynu na stěnu nádoby je výsledkem srážek molekul plynu s ní. Každá molekula při srážce přenese na stěnu určitý impuls, proto působí na stěnu s n
Diskrétní náhodná veličina. Pojem pravděpodobnosti
Podívejme se na koncept pravděpodobnosti na jednoduchém příkladu. Nechť jsou v krabičce smíchané bílé a černé kuličky, které se od sebe neliší až na barvu. Pro jednoduchost budeme Distribuce molekul podle rychlosti
Zkušenosti ukazují, že nejvíce mohou mít rychlosti molekul plynu, které jsou v rovnovážném stavu
různé významy – velmi velké a blízké nule. Rychlost molekul může Základní rovnice teorie molekulové kinetiky
Průměrná kinetická energie translačního pohybu molekul je rovna: . (4.2.15) Tedy
absolutní teplota
úměrné průměrné kinetické energii
Počet stupňů volnosti molekuly Vzorec (31) určuje pouze energii translačního pohybu molekuly. Molekuly jednoatomového plynu mají tuto průměrnou kinetickou energii. U víceatomových molekul je nutné vzít v úvahu příspěvek k Vnitřní energie ideálního plynu
Barometrický vzorec. Boltzmannovo rozdělení
Atmosférický tlak ve výšce h je určen hmotností nadložních vrstev plynu. Pokud se teplota vzduchu T a tíhové zrychlení g nemění s výškou, pak tlak vzduchu P ve výšce
První zákon termodynamiky. Termodynamický systém. Vnější a vnitřní parametry. Termodynamický proces
Slovo "termodynamika" pochází z řeckých slov thermos - teplo a dynamika - síla. Termodynamika se objevila jako věda o hnací síly vznikajících při tepelných procesech, o zákon
Rovnovážný stav. Rovnovážné procesy
Pokud všechny systémové parametry mají určité hodnoty, které zůstanou nezměněny vnější podmínky konstantní po libovolně dlouhou dobu, pak se takový stav soustavy nazývá rovnovážný, popř
Mendělejev - Clapeyronova rovnice
Ve stavu termodynamické rovnováhy zůstávají všechny parametry makroskopického systému nezměněny tak dlouho, jak je požadováno za konstantních vnějších podmínek. Experiment ukazuje, že pro všechny
Vnitřní energie termodynamického systému
Kromě termodynamické parametry P,V a T termodynamický systém je charakterizován určitou stavovou funkcí U, která se nazývá vnitřní energie.
Pokud označení
Pojem tepelné kapacity
Podle prvního termodynamického zákona množství tepla dQ předávaného systému mění jeho vnitřní energii dU a práci dA, kterou systém vykonává na vnějším
Text přednášky
Sestavila: GumarovaSonia Faritovna Kniha vychází v autorské edici Sub. vytisknout 00.00.00. formát 60x84 1/16.
Pevné látky jsou látky, které jsou schopny tvořit tělesa a mají objem. Od kapalin a plynů se liší svým tvarem. Pevné látky si zachovávají svůj tvar těla, protože jejich částice se nemohou volně pohybovat. Liší se svou hustotou, plasticitou, elektrickou vodivostí a barvou. Mají i jiné vlastnosti. Většina těchto látek se například během zahřívání taví a získává kapalný stav agregace. Některé z nich se při zahřátí okamžitě mění v plyn (sublimují). Jsou ale i takové, které se rozkládají na jiné látky.
Solidní krystalické látky převažují v jejich počtu nad amorfními.
V pevném stavu mají téměř všechny látky krystalová struktura. Liší se svými mřížkami v uzlech obsahujících různé částice a chemické prvky. V souladu s nimi dostali svá jména. Každý typ má charakteristické vlastnosti:
Pevné látky a látky jsou prakticky totéž. Tyto termíny označují jeden ze 4 stavů agregace. Pevné látky mají stabilní tvar a charakter tepelný pohyb atomy. Navíc tyto provádějí malé oscilace v blízkosti rovnovážných poloh. Vědní obor, který studuje složení a vnitřní strukturu, se nazývá fyzika pevných látek. Existují další důležité oblasti znalostí zabývající se takovými látkami. Měnící se tvar pod vnějšími vlivy a pohybem se nazývá mechanika deformovatelného tělesa.
Vzhledem k rozdílným vlastnostem pevných látek našly uplatnění v různých technických zařízeních vytvořených člověkem. Nejčastěji bylo jejich použití založeno na vlastnostech, jako je tvrdost, objem, hmotnost, elasticita, plasticita a křehkost. Moderní věda umožňuje využívat jiné kvality pevných látek, které lze detekovat pouze v laboratorních podmínkách.
Krystaly jsou pevné látky s částicemi uspořádanými v určitém pořadí. Každý má svou vlastní strukturu. Jeho atomy tvoří trojrozměrné periodické uspořádání zvané krystalová mřížka. Pevné látky mají různé strukturní symetrie. Krystalický stav pevné látky je považován za stabilní, protože má minimální množství potenciální energie.
Naprostá většina pevných látek se skládá z obrovského množství náhodně orientovaných jednotlivých zrn (krystalitů). Takové látky se nazývají polykrystalické. Patří mezi ně technické slitiny a kovy, stejně jako mnohé skály. Jednotlivé přírodní nebo syntetické krystaly se nazývají monokrystalické.
Nejčastěji takové pevné látky vznikají ze stavu kapalné fáze, představované taveninou nebo roztokem. Někdy jsou získávány z plynného skupenství. Tento proces se nazývá krystalizace. Díky vědeckému a technologickému pokroku se pěstitelský (syntetický) postup různé látky získal průmyslové měřítko. Většina krystalů má přirozený tvar ve formě Jejich velikosti se velmi liší. Přírodní křemen (horský křišťál) tak může vážit až stovky kilogramů a diamanty až několik gramů.
V amorfních pevných látkách jsou atomy v konstantní vibraci kolem náhodně umístěných bodů. Zachovávají si určitý řád na krátké vzdálenosti, ale postrádají řád na dlouhé vzdálenosti. To je způsobeno skutečností, že jejich molekuly jsou umístěny ve vzdálenosti, kterou lze srovnat s jejich velikostí. Nejběžnějším příkladem takové pevné látky v našem životě je sklovitý stav. často považován za kapalinu s nekonečně vysokou viskozitou. Doba jejich krystalizace je někdy tak dlouhá, že se vůbec neprojeví.
Právě výše uvedené vlastnosti těchto látek je činí jedinečnými. Amorfní pevné látky jsou považovány za nestabilní, protože se mohou časem stát krystalickými.
Molekuly a atomy, které tvoří pevnou látku, jsou zabaleny ve vysoké hustotě. Prakticky si zachovávají svou relativní polohu vůči ostatním částicím a jsou drženy pohromadě díky mezimolekulární interakci. Vzdálenost mezi molekulami pevné látky v různých směrech se nazývá parametr krystalové mřížky. Struktura látky a její symetrie určují mnoho vlastností, jako je elektronické pásmo, štěpnost a optika. Při působení na pevnou látku stačí velká síla tyto vlastnosti mohou být v té či oné míře narušeny. V tomto případě je pevné těleso vystaveno zbytkové deformaci.
Atomy pevných látek podléhají vibračním pohybům, které určují jejich držení tepelné energie. Protože jsou zanedbatelné, lze je pozorovat pouze v laboratorních podmínkách. pevné látky velmi ovlivňuje její vlastnosti.
Vlastnosti, vlastnosti těchto látek, jejich vlastnosti a pohyb částic jsou studovány v různých podoborech fyziky pevných látek.
Pro výzkum se používají následující metody: radiospektroskopie, strukturní analýza pomocí rentgenového záření a další metody. Takto se studují mechanické, fyzikální a tepelné vlastnosti pevných látek. Tvrdost, odolnost proti zatížení, pevnost v tahu, fázové přeměny studuje materiálová věda. S fyzikou pevných látek má mnoho společného. Je tu ještě jedna důležitá věc moderní věda. Studium existujících látek a syntéza nových se provádí pomocí chemie pevných látek.
Povaha pohybu vnějších elektronů atomů pevné látky určuje mnoho jejích vlastností, například elektrických. Existuje 5 tříd takových těles. Jsou nastaveny v závislosti na typu vazby mezi atomy:
Co dnes víme? Vědci dlouho studovali vlastnosti pevného skupenství hmoty. Při vystavení teplotám se také mění. Přechod takového tělesa v kapalinu se nazývá tání. Přeměna pevné látky na plynné skupenství se nazývá sublimace. Jak teplota klesá, pevná látka krystalizuje. Některé látky pod vlivem chladu přecházejí do amorfní fáze. Vědci tento proces nazývají skleněný přechod.
Když se změní vnitřní struktura pevných látek. Největší řád získává s klesající teplotou. Při atmosférickém tlaku a teplotě T > 0 K tuhnou všechny látky existující v přírodě. Pouze helium, které ke krystalizaci vyžaduje tlak 24 atm, je výjimkou z tohoto pravidla.
Pevné skupenství látky jí dává různé fyzikální vlastnosti. Charakterizují specifické chování těles pod vlivem určitých polí a sil. Tyto vlastnosti jsou rozděleny do skupin. Existují 3 způsoby ovlivnění, odpovídající 3 druhům energie (mechanická, tepelná, elektromagnetická). Podle toho existují 3 skupiny fyzikální vlastnosti pevné látky:
Pevné látky jsou také klasifikovány podle jejich tzv. zónové struktury. Takže mezi nimi jsou:
Pohyby molekul v pevných látkách určují jejich elektromagnetické vlastnosti.
Pevné látky jsou také klasifikovány podle jejich magnetických vlastností. Existují tři skupiny:
co jsou zač? Hustota pevných látek do značné míry určuje jejich tvrdost. Pro posledních letech Vědci objevili několik materiálů, které tvrdí, že jsou „nejodolnějším tělem“. Nejtvrdší látkou je fullerit (krystal s molekulami fullerenu), který je přibližně 1,5krát tvrdší než diamant. Bohužel je zatím k dostání jen v extrémně malém množství.
Dnes je nejtvrdší látkou, která může být v budoucnu v průmyslu použita, lonsdaleit (šestihranný diamant). Je o 58 % tvrdší než diamant. Lonsdaleite - alotropní modifikace uhlík. Jeho krystalová mřížka je velmi podobná té diamantové. Buňka lonsdaleitu obsahuje 4 atomy a diamant - 8. Z dnes široce používaných krystalů zůstává diamant nejtvrdším.
Jaká je průměrná vzdálenost mezi molekulami nasycené vodní páry při teplotě 100°C?
Úloha č. 4.1.65 ze „Sbírky úloh pro přípravu na přijímací zkoušky z fyziky na USPTU“
\(t=100^\circ\) C, \(l-?\)
Uvažujme vodní páru v nějakém libovolném množství rovném \(\nu\) molům. Chcete-li určit objem \(V\), který zabírá dané množství vodní páry, musíte použít Clapeyron-Mendeleevovu rovnici:
V tomto vzorci je \(R\) univerzální plynová konstanta rovna 8,31 J/(mol K). Tlak nasycené vodní páry \(p\) při teplotě 100°C je 100 kPa, to je známá skutečnost a měl by ji znát každý student.
K určení počtu molekul vodní páry \(N\) použijeme následující vzorec:
Zde \(N_A\) je Avogadroovo číslo rovné 6,023·10 23 1/mol.
Pak pro každou molekulu existuje krychle objemu \(V_0\), zjevně určená vzorcem:
\[(V_0) = \frac(V)(N)\]
\[(V_0) = \frac((\nu RT))((p\nu (N_A))) = \frac((RT))((p(N_A)))\]
Nyní se podívejte na nákres problému. Každá molekula je podmíněně umístěna ve své vlastní krychli, vzdálenost mezi dvěma molekulami se může lišit od 0 do \(2d\), kde \(d\) je délka hrany krychle. Průměrná vzdálenost \(l\) se bude rovnat délce hrany krychle \(d\):
Délku hrany \(d\) lze zjistit takto:
V důsledku toho dostaneme následující vzorec:
Převedeme teplotu na Kelvinovu stupnici a vypočítáme odpověď:
Pokud řešení nerozumíte a máte nějaké dotazy nebo jste našli chybu, pak neváhejte zanechat komentář níže.
Uvažujme, jak se mění projekce výsledné síly vzájemného působení mezi nimi na přímku spojující středy molekul v závislosti na vzdálenosti mezi molekulami. Pokud jsou molekuly umístěny ve vzdálenostech několikanásobně větších, než je jejich velikost, pak interakční síly mezi nimi nemají prakticky žádný vliv. Síly interakce mezi molekulami jsou krátkého dosahu.
Ve vzdálenostech přesahujících 2-3 průměry molekul je odpudivá síla prakticky nulová. Znatelná je pouze síla přitažlivosti. S klesající vzdáleností roste přitažlivá síla a zároveň začíná působit síla odpuzování. Tato síla se velmi rychle zvyšuje, když se elektronové obaly molekul začnou překrývat.
Obrázek 2.10 graficky znázorňuje závislost projekce F r síly vzájemného působení molekul na vzdálenost mezi jejich centry. Na dálku r 0, přibližně rovnající se částce molekulární poloměry, F r = 0 protože přitažlivá síla se co do velikosti rovná síle odpuzování. Na r > r 0 mezi molekulami působí přitažlivá síla. Průmět síly působící na pravou molekulu je negativní. Na r < r 0 existuje odpudivá síla s kladnou hodnotou projekce F r .
Závislost interakčních sil mezi molekulami na vzdálenosti mezi nimi vysvětluje vznik elastické síly při stlačení a natažení těles. Pokud se pokusíte přiblížit molekuly na vzdálenost menší než r0, pak začne působit síla, která zabrání přiblížení. Naopak, když se molekuly od sebe vzdalují, působí přitažlivá síla, která po odeznění vnějšího vlivu vrací molekuly do jejich původních poloh.
Pro malé posuny molekul z rovnovážných poloh se síly přitažlivosti nebo odpuzování lineárně zvyšují s rostoucím posunem. Na malé ploše lze křivku považovat za přímý úsek (ztluštěný úsek křivky na obr. 2.10). Proto se při malých deformacích ukazuje jako platný Hookův zákon, podle kterého je pružná síla úměrná deformaci. Při velkých molekulárních posunech již Hookův zákon neplatí.
Protože se při deformaci tělesa mění vzdálenosti mezi všemi molekulami, tvoří sousední vrstvy molekul nevýznamnou část celkové deformace. Proto je Hookův zákon splněn při deformacích milionkrát větších, než je velikost molekul.
Mikroskop atomárních sil (AFM) je založen na působení odpudivých sil mezi atomy a molekulami na krátké vzdálenosti. Tento mikroskop, na rozdíl od tunelového mikroskopu, umožňuje získat snímky povrchů, které nevedou elektrický proud. Místo wolframového hrotu používá AFM malý fragment diamantu, naostřený na atomární velikost. Tento fragment je upevněn na tenkém kovovém držáku. Jakmile se hrot přiblíží ke zkoumanému povrchu, začnou se elektronová mračna diamantu a povrchových atomů překrývat a vznikají odpudivé síly. Tyto síly vychylují hrot diamantového hrotu. Odchylka se zaznamenává pomocí laserového paprsku odraženého od zrcadla upevněného na držáku. Odražený paprsek pohání piezoelektrický manipulátor, podobný manipulátoru tunelového mikroskopu. Mechanismus zpětné vazby zajišťuje, že výška diamantové jehly nad povrchem je taková, že ohyb desky držáku zůstane nezměněn.
Na obrázku 2.11 vidíte obrázek AFM polymerních řetězců aminokyseliny alaninu. Každý tuberkul představuje jednu molekulu aminokyseliny.
V současné době jsou konstruovány atomové mikroskopy, jejichž konstrukce je založena na působení molekulárních přitažlivých sil na vzdálenosti několikanásobně větší, než je velikost atomu. Tyto síly jsou přibližně 1000krát menší než odpudivé síly v AFM. Proto se pro záznam sil používá složitější snímací systém.
Atomy a molekuly se skládají z elektricky nabitých částic. Působením elektrických sil na krátké vzdálenosti se molekuly přitahují, ale při překrytí elektronových obalů atomů se začnou odpuzovat.
