Fizyka. Cząsteczki. Układ cząsteczek w odległości gazowej, ciekłej i stałej.
Ruch cząsteczek w gazach
W gazach odległość między cząsteczkami a atomami jest zwykle duża więcej rozmiarów cząsteczek, a siły przyciągania są bardzo małe. Dlatego gazy nie mają własnego kształtu i stałej objętości. Gazy są łatwo skompresowane, ponieważ siły odpychania na dużych odległościach są również małe. Gazy mają właściwość rozszerzania się w nieskończoność, wypełniając całą dostarczoną im objętość. Cząsteczki gazu poruszają się z bardzo dużą prędkością, zderzają się ze sobą, odbijają się od siebie w różne strony. Liczne uderzenia molekuł o ścianki naczynia wytwarzają ciśnienie gazu.
Ruch cząsteczek w cieczach
W cieczach cząsteczki nie tylko oscylują wokół pozycji równowagi, ale także przeskakują z jednej pozycji równowagi do drugiej. Te skoki zdarzają się okresowo. Odstęp czasowy pomiędzy takimi skokami nazywany jest średnim czasem życia osiadłego (lub średnim czasem relaksacji) i jest oznaczony literą?. Innymi słowy, czas relaksacji to czas oscylacji wokół jednej określonej pozycji równowagi. Na temperatura pokojowa ten czas wynosi średnio 10-11 s. Czas jednej oscylacji to 10-1210-13 s.
Czas życia osiadłego zmniejsza się wraz ze wzrostem temperatury. Odległość między cząsteczkami cieczy mniejsze rozmiary cząsteczek, cząstki są blisko siebie, a przyciąganie międzycząsteczkowe jest silne. Jednak układ cząsteczek cieczy nie jest ściśle uporządkowany w całej objętości.
Ciecze, podobnie jak ciała stałe, zachowują swoją objętość, ale nie mają własnego kształtu. Dlatego przybierają formę naczynia, w którym się znajdują. Ciecz ma właściwość płynności. Dzięki tej właściwości ciecz nie opiera się zmianie kształtu, ulega niewielkiej kompresji, a jej właściwości fizyczne są takie same we wszystkich kierunkach wewnątrz cieczy (izotropia cieczy). Naturę ruchu molekularnego w cieczach po raz pierwszy ustalił sowiecki fizyk Jakow Iljicz Frenkel (1894-1952).
Ruch cząsteczek w ciałach stałych
Cząsteczki i atomy ciała stałego są ułożone w określonej kolejności i tworzą sieć krystaliczną. Takie ciała stałe nazywane są krystalicznymi. Atomy oscylują wokół pozycji równowagi, a przyciąganie między nimi jest bardzo silne. Dlatego ciała stałe w normalnych warunkach zachowują swoją objętość i mają swój własny kształt.
Odległość tę można oszacować, znając gęstość substancji i masę molową. Koncentracja - liczba cząstek na jednostkę objętości jest związana z gęstością, masą molową i liczbą Avogadro z zależności:
gdzie jest gęstość substancji.
Odwrotność stężenia, - - to objętość per jeden cząstki, a odległość między cząstkami, a więc odległość między cząstkami:
W przypadku cieczy i ciał stałych gęstość słabo zależy od temperatury i ciśnienia, dlatego jest to praktycznie stała wartość i jest w przybliżeniu równa, tj. odległość między cząsteczkami jest rzędu wielkości samych cząsteczek.
Gęstość gazu w dużym stopniu zależy od ciśnienia i temperatury. W normalnych warunkach (ciśnienie, temperatura 273 K) gęstość powietrza wynosi około 1 kg / m3, masa molowa powietrza wynosi 0,029 kg / mol, następnie oszacowanie za pomocą wzoru (5.6) daje wartość. Tak więc w gazach odległość między cząsteczkami jest znacznie większa niż rozmiar samych cząsteczek.
Koniec pracy -
Ten temat należy do:
budżet federalny instytucja edukacyjna.. wyższe wykształcenie zawodowe.. Państwowy Instytut Zarządzania w Orenburgu..
Jeśli potrzebujesz dodatkowy materiał na ten temat, lub nie znalazłeś tego, czego szukałeś, zalecamy skorzystanie z wyszukiwania w naszej bazie prac:
Jeśli ten materiał okazał się dla Ciebie przydatny, możesz zapisać go na swojej stronie w sieciach społecznościowych:
| ćwierkać |
Fizyczne podstawy mechaniki nierelatywistycznej
Mechanika bada ruch mechaniczny. Ruch mechaniczny to zmiana położenia ciał lub części ciał w stosunku do innych ciał lub części ciał.
Kinematyka punktu materialnego. Kinematyka ciała sztywnego
Metody wyznaczania ruchu punktu materialnego w kinematyce. Podstawowe parametry kinematyczne: trajektoria, droga, przemieszczenie, prędkość, przyspieszenie normalne, styczne i pełne
Dynamika punktu materialnego i ruchu postępowego ciała sztywnego
Bezwładność tel. Waga. Puls. Interakcja telefoniczna. Wytrzymałość. Prawa Newtona. Rodzaje sił w mechanice. Siły przyciągania. Wspieraj reakcję i wagę. Siła sprężystości. Siła tarcia. Odkształcenie ciał stałych sprężystych. O
Dynamika rotacyjna
Podstawowe równanie dynamiki ruch obrotowy absolutnie sztywne nadwozie. Moment mocy. Moment kątowy względem punktu i osi. Moment bezwładności bryły sztywnej względem głównej
Zasady zachowania i zmiany pędu i momentu pędu w mechanice
Systemy telefoniczne Każdy zestaw ciał nazywa się systemem ciał. Jeśli na ciała włączone do systemu nie mają wpływu inne ciała, które nie są objęte systemem
Praca i moc w mechanice
Praca i siła siły i moment sił. ; ; ; ; ; Praca mechaniczna i energia potencjalna
Energia LGO
Ruch w dowolnej studni potencjału jest ruchem oscylacyjnym (ryc. 2.1.1). Rysunek 2.1.1. Ruch oscylacyjny w studni potencjału
Wahadło sprężynowe
Prawo zachowania i transformacji energii drgań wahadła sprężynowego (rys. 2.1.2): EPmax = EP + EK =
fizyczne wahadło
Prawo zachowania i transformacji energii drgań wahadła fizycznego (ryc. 2.1.3): ryc. 2.1.3. Wahadło fizyczne: O - punkt
fizyczne wahadło
Równanie podstawowej zasady dynamiki ruchu obrotowego ciała absolutnie sztywnego: (2.1.33) Ponieważ dla wahadła fizycznego (ryc. 2.1.6), to
Sprężynowe i fizyczne (matematyczne) wahadła
Do dowolnych systemów oscylacyjnych równanie różniczkowe Oscylacje własne mają postać:
Dodanie wibracji
Dodawanie drgań o tym samym kierunku Rozważ dodanie dwóch drgań harmonicznych i tej samej częstotliwości. Przemieszczenie x ciała oscylującego będzie sumą przemieszczeń xl
Tryby zaniku
β < ω0 – квазипериодический колебательный режим (рис. 2.2.2).
Рис. 2.2.2. График затухающих колебаний
Parametry tłumienia drgań
współczynnik tłumienia b Jeżeli przez pewien czas te amplituda oscylacji zmniejszy się e razy, to. potem, następny
Wahadło sprężynowe
Zgodnie z drugim prawem Newtona: , (2.2.17) gdzie (2.2.18) jest zewnętrzną siłą okresową działającą na wahadło sprężynowe.
Proces ustanawiania wymuszonych, nietłumionych oscylacji
Proces ustalania oscylacji wymuszonych nietłumionych można przedstawić jako proces sumowania dwóch oscylacji: 1. oscylacji tłumionych (rys. 2.2.8); ; &nb
Podstawy szczególnej teorii względności
Podstawy szczególnej teorii względności. Transformacje współrzędnych i czasu (1) Przy t = t’ = 0 początki współrzędnych obu układów pokrywają się: x0
Ładunki elektryczne. Sposoby pobierania opłat. Prawo zachowania ładunku elektrycznego
W naturze występują dwa rodzaje ładunków elektrycznych, umownie nazywane dodatnimi i ujemnymi. Zwyczajowo świt nazywa się historycznie pozytywnym
Oddziaływanie ładunków elektrycznych. Prawo Coulomba. Zastosowanie prawa Coulomba do obliczania sił interakcji rozciągniętych ciał naładowanych
Prawo oddziaływania ładunków elektrycznych zostało ustanowione w 1785 roku przez Charlesa Coulomba (Coulomb Sh., 1736-1806). Wisiorek mierzył siłę oddziaływania między dwiema małymi naładowanymi kulkami, w zależności od
Pole elektryczne. Siła pola elektrycznego. Zasada superpozycji pól elektrycznych
Oddziaływanie ładunków elektrycznych odbywa się poprzez specjalny rodzaj materia generowana przez naładowane cząstki - pole elektryczne. Ładunki elektryczne zmieniają właściwości
Podstawowe równania elektrostatyki w próżni. Przepływ wektorowy natężenia pola elektrycznego. Twierdzenie Gaussa
Z definicji przepływ pola wektorowego przez teren jest wartością (Rys.2.1) Rys.2.1. O definicji przepływu wektorowego.
Zastosowanie twierdzenia Gaussa do obliczania pól elektrycznych
W niektórych przypadkach twierdzenie Gaussa pozwala nam znaleźć napięcie pole elektryczne rozszerzone naładowane ciała bez uciekania się do obliczania niewygodnych całek. Zwykle odnosi się to do ciał, których geometria
Praca sił pola na ruch ładunku. Potencjał i różnica potencjałów pola elektrycznego
Jak wynika z prawa Coulomba, siła działająca na ładunek punktowy q w polu elektrycznym wytworzonym przez inne ładunki jest centralna. Przypomnij sobie, że centralny
Związek między natężeniem a potencjałem pola elektrycznego. gradient potencjału. Twierdzenie o krążeniu pola elektrycznego
Napięcie i potencjał to dwie cechy tego samego obiektu - pola elektrycznego, więc musi istnieć między nimi zależność funkcjonalna. Rzeczywiście, pracując z
Potencjały najprostszych pól elektrycznych
Z zależności, która określa zależność między natężeniem i potencjałem pola elektrycznego, wynika wzór na obliczenie potencjału pola: gdzie dokonuje się całkowania
Polaryzacja dielektryków. Opłaty wolne i związane. Główne rodzaje polaryzacji dielektryków
Zjawisko pojawiania się ładunków elektrycznych na powierzchni dielektryków w polu elektrycznym nazywamy polaryzacją. Otrzymane ładunki są polarne
Wektor polaryzacji i wektor indukcji elektrycznej
Do cechy ilościowe polaryzacja dielektryków wprowadza pojęcie wektora polaryzacji jako całkowitego (całkowitego) momentu dipolowego wszystkich cząsteczek na jednostkę objętości dielektryka
Natężenie pola elektrycznego w dielektryku
Zgodnie z zasadą superpozycji, pole elektryczne w dielektryku składa się wektorowo z pola zewnętrznego i pola ładunków polaryzacyjnych (rys. 3.11). lub w wartościach bezwzględnych
Warunki brzegowe dla pola elektrycznego
Przechodząc przez granicę między dwoma dielektrykami o różnych stałych dielektrycznych ε1 i ε2 (rys. 3.12), należy wziąć pod uwagę warunki brzegowe
Pojemność elektryczna przewodników. Kondensatory
Ładunek q przekazany samotnemu przewodnikowi wytwarza wokół niego pole elektryczne, którego siła jest proporcjonalna do wielkości ładunku. Z kolei potencjał pola φ jest powiązany
Obliczanie pojemności prostych kondensatorów
Zgodnie z definicją pojemność kondensatora: , gdzie (całka jest liczona wzdłuż linii pola siły między płytami kondensatora). W konsekwencji, ogólna formuła obliczyć e
Energia systemu stałych opłat punktowych
Jak już wiemy, siły, z którymi oddziałują naładowane ciała, są potencjalne. Dlatego system naładowanych ciał ma energię potencjalną. Po usunięciu opłat
Obecna charakterystyka. Siła i gęstość prądu. Spadek potencjału wzdłuż przewodu przewodzącego prąd
Każdy uporządkowany ruch ładunków nazywany jest prądem elektrycznym. Nośnikami ładunku w ośrodkach przewodzących mogą być elektrony, jony, „dziury”, a nawet makroskopowo
Prawo Ohma dla jednorodnego odcinka łańcucha. Rezystancja przewodu
Istnieje zależność funkcjonalna między spadkiem potencjału - napięciem U a natężeniem prądu w przewodzie I, zwana charakterystyką prądowo-napięciową danego p
Dla przepływu prądu elektrycznego w przewodniku konieczne jest utrzymanie różnicy potencjałów na jego końcach. Oczywiście do tego celu nie można użyć naładowanego kondensatora. Akcja
Rozgałęzione łańcuchy. Zasady Kirchhoffa
Obwód elektryczny zawierający węzły nazywany jest obwodem rozgałęzionym. Węzeł to miejsce w obwodzie, w którym zbiegają się trzy lub więcej przewodów (rys. 5.14).
Połączenie rezystancyjne
Połączenie rezystancji jest szeregowe, równoległe i mieszane. 1) Połączenie szeregowe. Po połączeniu szeregowym prąd przepływający przez wszystkie
Przenosząc ładunki elektryczne przez obwód zamknięty, działa źródło prądu. Wyróżnij użyteczną i kompletną pracę bieżącego źródła.
Oddziaływanie przewodników z prądem. Prawo Ampère'a
Wiadomo, że trwały magnes ma wpływ na przewodnik z prądem (na przykład ramka z prądem); znane jest również zjawisko odwrotne - przewodnik przewodzący prąd oddziałuje na magnes trwały (np.
Prawo Biota-Savarta-Laplace'a. Zasada superpozycji pól magnetycznych
Poruszające się ładunki elektryczne (prądy) zmieniają właściwości otaczającej przestrzeni - wytwarzają w niej pole magnetyczne. Pole to przejawia się w tym, że umieszczone w nim przewody
Obwód z prądem w polu magnetycznym. Moment magnetyczny prądu
W wielu przypadkach mamy do czynienia z prądami zamkniętymi, których rozmiary są niewielkie w porównaniu z odległością od punktu obserwacji. Takie prądy będą nazywane elementarnymi.
Pole magnetyczne na osi cewki kołowej z prądem
Zgodnie z prawem Biota-Savarta-Laplace'a indukcja pola magnetycznego wytworzonego przez bieżący element dl w odległości r od niego wynosi, gdzie α jest kątem między bieżącym elementem a promieniem
Moment sił działających na obwód z prądem w polu magnetycznym
Umieśćmy płaski prostokątny obwód (ramkę) z prądem w jednorodnym polu magnetycznym z indukcją (ryc. 9.2).
Energia obwodu z prądem w polu magnetycznym
Obwód przewodzący prąd umieszczony w polu magnetycznym ma magazyn energii. Rzeczywiście, aby obrócić obwód z prądem o pewien kąt w kierunku przeciwnym do kierunku jego obrotu w polu magnetycznym
Obwód z prądem w niejednorodnym polu magnetycznym
Jeżeli obwód z prądem znajduje się w niejednorodnym polu magnetycznym (ryc. 9.4), to oprócz momentu obrotowego wpływa na niego również siła spowodowana obecnością gradientu pola magnetycznego. projekcja tego
Praca wykonana podczas przesuwania obwodu z prądem w polu magnetycznym
Rozważmy odcinek przewodnika przewodzącego prąd, który może swobodnie poruszać się po dwóch prowadnicach w zewnętrznym polu magnetycznym (ryc. 9.5). Pole magnetyczne będzie uważane za jednolite i skierowane pod kątem
Strumień wektora indukcji magnetycznej. Twierdzenie Gaussa w magnetostatyce. Wirowa natura pola magnetycznego
Przepływ wektora przez dowolną powierzchnię S nazywamy całką: , gdzie jest rzutem wektora na normalną do powierzchni S w danym punkcie (rys. 10.1). Rys.10.1. Do
Twierdzenie o cyrkulacji pola magnetycznego. Napięcie magnetyczne
Obieg pola magnetycznego wzdłuż konturu zamkniętego l jest całką: , gdzie jest rzutem wektora na kierunek stycznej do konturu w danym punkcie. Istotnych
Pole magnetyczne solenoidu i toroidu
Otrzymane wyniki zastosujmy do wyznaczenia natężenia pola magnetycznego na osi prostego długiego solenoidu i toroidu. 1) Pole magnetyczne na osi prostego długiego solenoidu.
Pole magnetyczne w materii. Hipoteza Ampère'a o prądach molekularnych. Wektor magnesowania
Różne substancje są mniej lub bardziej zdolne do namagnesowania: to znaczy pod wpływem pola magnetycznego, w którym są umieszczone, nabierają momentu magnetycznego. Niektóre substancje
Opis pola magnetycznego w magnesach. Siła i indukcja pola magnetycznego. Podatność magnetyczna i przenikalność magnetyczna materii
Namagnesowana substancja wytwarza pole magnetyczne, które nakłada się na pole zewnętrzne (pole w próżni). Oba pola w sumie dają wynikowe pole magnetyczne z indukcją i zgodnie z
Warunki brzegowe dla pola magnetycznego
Podczas przekraczania granicy między dwoma magnesami o różnych przepuszczalność magnetyczna Linie pola magnetycznego μ1 i μ2 doświadczają p
Momenty magnetyczne atomów i cząsteczek
Atomy wszystkich substancji składają się z dodatnio naładowanego jądra i ujemnie naładowanych elektronów poruszających się wokół niego. Każdy elektron poruszający się po orbicie tworzy kołowy prąd siły, - h
Natura diamagnetyzmu. Twierdzenie Larmora
Jeśli atom zostanie umieszczony w zewnętrznym polu magnetycznym z indukcją (ryc. 12.1), wówczas na elektron poruszający się po orbicie będzie działał moment obrotowy sił, dążąc do ustalenia momentu magnetycznego elektronu
Paramagnetyzm. Prawo Curie. Teoria Langevina
Jeśli moment magnetyczny atomów jest niezerowy, to substancja jest paramagnetyczna. Zewnętrzne pole magnetyczne ma tendencję do ustalania momentów magnetycznych atomów w tym czasie w
Elementy teorii ferromagnetyzmu. Pojęcie sił wymiany i struktura domenowa ferromagnetyków. Prawo Curie-Weissa
Jak zauważono wcześniej, ferromagnetyki charakteryzują się wysokim stopniem namagnesowania i nieliniową zależnością. Główna krzywa namagnesowania ferromagnesu
Siły działające na naładowaną cząstkę w polu elektromagnetycznym. Siła Lorentza
Wiemy już, że na przewodnik z prądem umieszczonym w polu magnetycznym działa siła Ampère. Ale prąd w przewodniku jest ukierunkowanym ruchem ładunków. Prowadzi to do wniosku, że siła
Ruch naładowanej cząstki w jednorodnym stałym polu elektrycznym
W ta sprawa a siła Lorentza ma tylko składnik elektryczny. Równanie ruchu cząstki w tym przypadku to: . Rozważ dwie sytuacje: a)
Ruch naładowanej cząstki w jednorodnym stałym polu magnetycznym
W tym przypadku siła Lorentza ma również tylko składnik magnetyczny. Równanie ruchu cząstki, zapisane w kartezjańskim układzie współrzędnych, to w tym przypadku: .
Praktyczne zastosowania siły Lorentza. efekt sali
Jednym z dobrze znanych przejawów siły Lorentza jest efekt odkryty przez Halla (Hall E., 1855-1938) w 1880 roku. _ _ _ _ _ _
Zjawisko indukcji elektromagnetycznej. Prawo Faradaya i zasada Lenza. EMF indukcji. Elektroniczny mechanizm występowania prądu indukcyjnego w metalach
Zjawisko Indukcja elektromagnetyczna została otwarta w 1831 roku. Michael Faraday (Faraday M., 1791-1867), który ustalił, że w każdym zamkniętym obwodzie przewodzącym, kiedy pot się zmienia
Zjawisko samoindukcji. Indukcyjność przewodnika
Wraz ze zmianą prądu w przewodniku zmienia się również jego własne pole magnetyczne. Wraz z nim zmienia się również strumień indukcji magnetycznej przenikający przez powierzchnię pokrytą obwodem przewodnika.
Procesy przejściowe w obwodach elektrycznych zawierających indukcyjność. Wytwarzanie i łamanie dodatkowych prądów
Przy każdej zmianie natężenia prądu w dowolnym obwodzie powstaje w nim pole elektromagnetyczne samoindukcji, które powoduje pojawienie się w tym obwodzie dodatkowych prądów, zwanych prądami dodatkowymi.
Energia pola magnetycznego. Gęstość energii
W eksperymencie, którego schemat pokazano na ryc. 14.7, po otwarciu klucza przez galwanometr przepływa przez pewien czas prąd malejący. Praca tego prądu jest równoznaczna z pracą sił zewnętrznych, których rolę odgrywa ED
Porównanie głównych twierdzeń elektrostatyki i magnetostatyki
Do tej pory badaliśmy elektryczność statyczną i pola magnetyczne czyli pola, które są tworzone opłaty nieruchome i prądy stałe.
Pole elektryczne wirowe. Pierwsze równanie Maxwella
Wystąpienie prądu indukcyjnego w przewodzie stacjonarnym wraz ze zmianą strumienia magnetycznego wskazuje na pojawienie się w obwodzie sił zewnętrznych, które wprawiają w ruch ładunki. Jak już
Hipoteza Maxwella o prądzie przesunięcia. Wzajemność pól elektrycznych i magnetycznych. Trzecie równanie Maxwella
Główną ideą Maxwella jest idea wzajemności pól elektrycznych i magnetycznych. Maxwell zasugerował, że źródłami są nie tylko zmienne pola magnetyczne
Forma różniczkowa równań Maxwella
1. Stosując twierdzenie Stokesa, przekształcamy lewą stronę pierwszego równania Maxwella do postaci: . Wtedy samo równanie można przepisać jako, skąd
Zamknięty układ równań Maxwella. Równania materiałowe
Aby zamknąć układ równań Maxwella, konieczne jest również wskazanie zależności między wektorami, czyli określenie właściwości środowiska materiałowego, w którym rozpatrywany jest elektromechanizm.
Konsekwencje z równań Maxwella. Fale elektromagnetyczne. prędkość światła
Rozważmy niektóre z głównych konsekwencji wynikających z równań Maxwella podanych w tabeli 2. Przede wszystkim zauważamy, że równania te są liniowe. Stąd wynika, że
Elektryczny obwód oscylacyjny. Wzór Thomsona
Drgania elektromagnetyczne mogą wystąpić w obwodzie zawierającym indukcyjność L i pojemność C (rys. 16.1). Taki obwód nazywa się obwodem oscylacyjnym. podekscytować się
Swobodne tłumione wibracje. Współczynnik jakości obwodu oscylacyjnego
Każdy rzeczywisty obwód oscylacyjny ma rezystancję (ryc. 16.3). Energia oscylacji elektrycznych w takim obwodzie jest stopniowo zużywana na podgrzanie oporu, zamieniając się w ciepło Joule'a
Wymuszone oscylacje elektryczne. Metoda diagramu wektorowego
Jeżeli zmienne źródło pola elektromagnetycznego jest zawarte w obwodzie obwodu elektrycznego zawierającego pojemność, indukcyjność i rezystancję (ryc. 16.5), to w nim wraz z własnymi tłumionymi oscylacjami,
Zjawiska rezonansowe w obwodzie oscylacyjnym. Rezonans napięcia i rezonans prądu
Jak wynika z powyższych wzorów, gdy częstotliwość zmiennej EMF ω jest równa, wartość amplitudy natężenia prądu w obwód oscylacyjny, trwa
równanie falowe. Rodzaje i charakterystyka fal
Proces propagacji drgań w przestrzeni nazywany jest procesem falowym lub po prostu falą. Fale inna natura(dźwiękowy, elastyczny,
Fale elektromagnetyczne
Z równań Maxwella wynika, że jeśli przemienne pole elektryczne lub magnetyczne zostanie wzbudzone za pomocą ładunków, to w otaczającej przestrzeni nastąpi sekwencja wzajemnych przekształceń
Energia i pęd fali elektromagnetycznej. Wskazujący wektor
Propagacji fali elektromagnetycznej towarzyszy transfer energii i pędu pole elektromagnetyczne. Aby to sprawdzić, mnożymy skalarnie pierwsze równanie Maxwella przez differ
Fale sprężyste w ciałach stałych. Analogia z falami elektromagnetycznymi
Prawa dystrybucji elastyczne fale w ciałach stałych wynikają z ogólnych równań ruchu jednorodnego ośrodka odkształconego sprężyście: , gdzie ρ
stojące fale
Kiedy nakładają się na siebie dwie przeciwne fale o tej samej amplitudzie, powstają fale stojące. Pojawienie się fal stojących ma miejsce na przykład, gdy fale odbijają się od przeszkody. P
efekt Dopplera
Gdy źródło i (lub) odbiornik fal dźwiękowych poruszają się względem ośrodka, w którym dźwięk się rozchodzi, częstotliwość ν odbierana przez odbiornik może okazać się około
Fizyka molekularna i termodynamika
Wstęp. Przedmiot i zadania fizyki molekularnej. Fizyka molekularna bada stan i zachowanie obiektów makroskopowych pod wpływy zewnętrzne(n
Ilość substancji
System makroskopowy musi zawierać liczbę cząstek porównywalną z liczbą Avogadro, aby można go było rozpatrywać w ramach fizyki statystycznej. dzwoni na numer Avogadro
Parametry kinetyczne gazu
Średnia długość swobodna droga - średnia odległość przebyta przez cząsteczkę gazu pomiędzy dwoma kolejnymi zderzeniami jest określona wzorem: . (4.1.7) W tej formie
Idealne ciśnienie gazu
Ciśnienie gazu na ściance naczynia jest wynikiem zderzeń z nim cząsteczek gazu. Każda cząsteczka w zderzeniu przenosi pewien pęd na ścianę, dlatego działa na ścianę z n
Dyskretna zmienna losowa. Pojęcie prawdopodobieństwa
Rozważmy pojęcie prawdopodobieństwa na prostym przykładzie. Załóżmy, że w pudełku wymieszane są białe i czarne kule, które nie różnią się od siebie w żaden sposób, z wyjątkiem koloru. Dla uproszczenia, będzie
Rozkład prędkości cząsteczek
Doświadczenie pokazuje, że prędkości cząsteczek gazu znajdującego się w równowadze mogą mieć najwięcej różne znaczenia zarówno bardzo duże, jak i bliskie zeru. Prędkość cząsteczek
Podstawowe równanie teorii kinetyki molekularnej
Średnia energia kinetyczna ruchu translacyjnego cząsteczek wynosi: . (4.2.15) Tak więc temperatura absolutna proporcjonalna do średniej energii kinetycznej
Liczba stopni swobody cząsteczki
Wzór (31) określa jedynie energię ruchu translacyjnego cząsteczki. Taką średnią energię kinetyczną mają cząsteczki gazu jednoatomowego. W przypadku cząsteczek wieloatomowych konieczne jest uwzględnienie wkładu do
Energia wewnętrzna gazu doskonałego
Energia wewnętrzna gaz doskonały jest równa całkowitej energii kinetycznej ruchu cząsteczek: Energia wewnętrzna jednego mola gazu doskonałego wynosi: (4.2.20) Wewnętrzna
wzór barometryczny. Dystrybucja Boltzmanna
Ciśnienie atmosferyczne na wysokości h zależy od ciężaru nakładających się warstw gazu. Jeżeli temperatura powietrza T i przyspieszenie swobodnego spadania g nie zmieniają się wraz z wysokością, to ciśnienie powietrza P na wysokości
I zasada termodynamiki. Układ termodynamiczny. Parametry zewnętrzne i wewnętrzne. Proces termodynamiczny
Słowo „termodynamika” pochodzi od greckich słów termos – ciepło i mówca – siła. Termodynamika powstała jako nauka o siły napędowe powstające podczas procesów termicznych, o prawie
Stan równowagi. Procesy równowagi
Jeśli wszystkie parametry systemu mają pewne wartości, które pozostają niezmienione warunki zewnętrzne stała przez dowolnie długi czas, wtedy taki stan układu nazywamy równowagą, czyli to
Mendelejew - równanie Clapeyrona
W stanie równowagi termodynamicznej wszystkie parametry układu makroskopowego pozostają niezmienne przez dowolnie długi czas w stałych warunkach zewnętrznych. Eksperyment pokazuje, że dla każdego
Energia wewnętrzna układu termodynamicznego
Oprócz termodynamiki parametry P,V i T układ termodynamiczny charakteryzuje się pewną funkcją stanu U, którą nazywamy energią wewnętrzną. Jeśli oznaczenie
Pojęcie pojemności cieplnej
Zgodnie z pierwszą zasadą termodynamiki, ilość ciepła dQ przekazanego do układu zmienia jego energię wewnętrzną dU i pracę dA, którą układ wykonuje na temperaturach zewnętrznych.
Tekst wykładu
Opracował: GumarovaSonia Faritovna Książka została wydana w wydaniu autorskim Podpisany. do wydrukowania 00.00.00. format 60x84 1/16. Bum. o
Ciała stałe to te substancje, które są w stanie tworzyć ciała i mają objętość. Od cieczy i gazów różnią się kształtem. Ciała stałe zachowują kształt ciała dzięki temu, że ich cząsteczki nie mają możliwości swobodnego poruszania się. Różnią się gęstością, plastycznością, przewodnością elektryczną i kolorem. Mają też inne właściwości. Na przykład większość tych substancji topi się podczas ogrzewania, uzyskując ciekły stan skupienia. Niektóre z nich po podgrzaniu natychmiast zamieniają się w gaz (sublimacja). Ale są też takie, które rozkładają się na inne substancje.
Wszystkie ciała stałe są podzielone na dwie grupy.
Solidny substancje krystaliczne przeważają nad amorficznymi pod względem liczebności.
W stanie stałym prawie wszystkie substancje mają struktura krystaliczna. Wyróżniają się sieciami, w których ich węzły zawierają różne cząstki i pierwiastki chemiczne. Zgodnie z nimi otrzymali swoje imiona. Każdy typ ma swoje charakterystyczne właściwości:
Ciała stałe i substancje to praktycznie to samo. Terminy te odnoszą się do jednego z 4 stanów agregacji. Ciała stałe mają stabilna forma i charakter ruch termiczny atomy. Co więcej, te ostatnie powodują niewielkie oscylacje w pobliżu pozycji równowagi. Dziedzina nauki zajmująca się badaniem składu i struktury wewnętrznej nazywana jest fizyką ciała stałego. Istnieją inne ważne obszary wiedzy dotyczące takich substancji. Zmiana kształtu pod wpływem zewnętrznych wpływów i ruchu nazywana jest mechaniką ciała odkształcalnego.
Ze względu na odmienne właściwości ciał stałych znalazły zastosowanie w różnych urządzeniach technicznych tworzonych przez człowieka. Najczęściej ich stosowanie opierało się na takich właściwościach jak twardość, objętość, masa, elastyczność, plastyczność, kruchość. Współczesna nauka pozwala na wykorzystanie innych właściwości ciał stałych, które można znaleźć tylko w laboratorium.
Kryształy są ciała stałe z cząstkami ułożonymi w określonej kolejności. Każdy ma swoją własną strukturę. Jego atomy tworzą trójwymiarowy, okresowy układ zwany siecią krystaliczną. Bryły mają różne symetrie strukturalne. Stan krystaliczny ciała stałego jest uważany za stabilny, ponieważ ma minimalną ilość energii potencjalnej.
Zdecydowana większość ciał stałych składa się z ogromnej liczby losowo zorientowanych pojedynczych ziaren (krystalitów). Takie substancje nazywane są polikrystalicznymi. Należą do nich stopy i metale techniczne, a także wiele skały. Monokrystaliczny odnosi się do pojedynczych kryształów naturalnych lub syntetycznych.
Najczęściej takie ciała stałe powstają ze stanu fazy ciekłej, reprezentowanej przez stop lub roztwór. Czasami są pozyskiwane ze stanu gazowego. Ten proces nazywa się krystalizacją. Dzięki postępowi naukowemu i technologicznemu procedura uprawy (syntezy) różne substancje otrzymał skalę przemysłową. Większość kryształów ma naturalna forma w postaci Ich rozmiary są bardzo różne. Tak więc naturalny kwarc (kryształ górski) może ważyć nawet setki kilogramów, a diamenty - nawet kilka gramów.
W amorficznych ciałach stałych atomy stale oscylują wokół losowo rozmieszczonych punktów. Zachowują pewien porządek krótkiego zasięgu, ale nie ma porządku dalekiego zasięgu. Wynika to z faktu, że ich cząsteczki znajdują się w odległości, którą można porównać z ich wielkością. Najczęstszym przykładem takiego ciała stałego w naszym życiu jest stan szklisty. często uważany za ciecz o nieskończenie wysokiej lepkości. Czas ich krystalizacji jest czasem tak długi, że w ogóle się nie pojawia.
To właśnie powyższe właściwości tych substancji czynią je wyjątkowymi. Amorficzne ciała stałe są uważane za niestabilne, ponieważ z czasem mogą stać się krystaliczne.
Cząsteczki i atomy tworzące ciało stałe są upakowane z dużą gęstością. Praktycznie zachowują swoje wzajemne położenie w stosunku do innych cząstek i są utrzymywane razem dzięki interakcjom międzycząsteczkowym. Odległość między cząsteczkami ciała stałego w różnych kierunkach nazywana jest parametrem sieci. Struktura materii i jej symetria determinują wiele właściwości, takich jak pasmo elektronów, rozszczepienie i optyka. Po wystawieniu na działanie substancji stałej wystarczy Wielka siła te cechy mogą zostać naruszone w takim czy innym stopniu. W tym przypadku ciało stałe podlega trwałemu odkształceniu.
Atomy ciał stałych wykonują ruchy oscylacyjne, które determinują ich posiadanie energii cieplnej. Ponieważ są one znikome, można je zaobserwować tylko w warunkach laboratoryjnych. materia stała w dużej mierze wpływa na jej właściwości.
Cechy, właściwości tych substancji, ich właściwości i ruch cząstek badane są przez różne podrozdziały fizyki ciała stałego.
Do badań stosuje się radiospektroskopię, analizę strukturalną za pomocą promieni rentgenowskich i inne metody. W ten sposób badane są właściwości mechaniczne, fizyczne i termiczne ciał stałych. Twardość, odporność na obciążenia, wytrzymałość na rozciąganie, przemiany fazowe są badane przez materiałoznawstwo. W dużej mierze odzwierciedla fizykę ciała stałego. Jest jeszcze jeden ważny nowoczesna nauka. Badania istniejących i syntezę nowych substancji prowadzi chemia ciała stałego.
Charakter ruchu zewnętrznych elektronów atomów ciała stałego determinuje wiele jego właściwości, na przykład elektrycznych. Istnieje 5 klas takich ciał. Ustawia się je w zależności od rodzaju wiązania atomowego:
Co wiemy dzisiaj? Naukowcy od dawna badają właściwości stałego stanu materii. Pod wpływem temperatury zmienia się również. Przejście takiego ciała w ciecz nazywa się topnieniem. Przemianę ciała stałego w stan gazowy nazywamy sublimacją. Gdy temperatura jest obniżona, następuje krystalizacja ciała stałego. Niektóre substancje pod wpływem zimna przechodzą w fazę amorficzną. Naukowcy nazywają ten proces witryfikacją.
W , zmienia się wewnętrzna struktura ciał stałych. Największe uporządkowanie osiąga wraz ze spadkiem temperatury. Przy ciśnieniu atmosferycznym i temperaturze T > 0 K wszelkie substancje występujące w przyrodzie zestalają się. Wyjątkiem od tej reguły jest tylko hel, który do krystalizacji wymaga ciśnienia 24 atm.
Stan stały substancji nadaje jej różne właściwości fizyczne. Charakteryzują one specyficzne zachowanie ciał pod wpływem określonych pól i sił. Te właściwości są podzielone na grupy. Istnieją 3 sposoby narażenia, odpowiadające 3 rodzajom energii (mechaniczna, termiczna, elektromagnetyczna). W związku z tym istnieją 3 grupy właściwości fizyczne bryły:
Substancje stałe są również klasyfikowane według tzw. struktury pasmowej. Tak więc wśród nich wyróżnia się:
Ruchy molekularne ciał stałych determinują ich właściwości elektromagnetyczne.
Ciała stałe są również podzielone według ich właściwości magnetycznych. Istnieją trzy grupy:
Czym oni są? Gęstość ciał stałych w dużej mierze decyduje o ich twardości. Za ostatnie lata naukowcy odkryli kilka materiałów, które twierdzą, że są „najbardziej wytrzymałym ciałem”. Najtwardszą substancją jest fullerit (kryształ z cząsteczkami fulerenów), który jest około 1,5 raza twardszy od diamentu. Niestety obecnie jest dostępny tylko w bardzo małych ilościach.
Do tej pory najtwardszą substancją, która może być w przyszłości wykorzystywana w przemyśle, jest lonsdaleit (diament heksagonalny). Jest o 58% twardszy niż diament. Lonsdaleit - modyfikacja alotropowa węgiel. Jego sieć krystaliczna jest bardzo podobna do diamentu. Komórka lonsdaleitu zawiera 4 atomy, a diament - 8. Z powszechnie stosowanych kryształów diament pozostaje dziś najtwardszy.
Jaka jest średnia odległość między cząsteczkami nasyconej pary wodnej w temperaturze 100°C?
Zadanie nr 4.1.65 z „Zebrania zadań przygotowujących do egzaminów wstępnych z fizyki w USPTU”
\(t=100^\circ\) C, \(l-?\)
Rozważ parę wodną w pewnej dowolnej ilości równej \(\nu\) mol. Aby określić objętość \ (V \) zajmowaną przez daną ilość pary wodnej, musisz użyć równania Clapeyrona-Mendeleeva:
W tym wzorze \(R\) jest uniwersalną stałą gazową, równą 8,31 J/(mol·K). Ciśnienie pary wodnej nasyconej \(p\) w temperaturze 100°C wynosi 100 kPa, jest to fakt znany i każdy uczeń powinien o tym wiedzieć.
Aby określić liczbę cząsteczek pary wodnej \(N\), posługujemy się następującym wzorem:
Tutaj \(N_A\) to liczba Avogadro, równa 6,023 10 23 1/mol.
Następnie dla każdej cząsteczki jest sześcian o objętości \(V_0\), oczywiście określony wzorem:
\[(V_0) = \frac(V)(N)\]
\[(V_0) = \frac((\nu RT))((p\nu (N_A))) = \frac((RT))((p(N_A)))\]
Teraz spójrz na diagram problemu. Każda cząsteczka jest konwencjonalnie umieszczona we własnym sześcianie, odległość między dwiema cząsteczkami może wynosić od 0 do \(2d\), gdzie \(d\) jest długością krawędzi sześcianu. Średnia odległość \(l\) będzie równa długości krawędzi sześcianu \(d\):
Długość krawędzi \(d\) można znaleźć tak:
W rezultacie otrzymujemy następującą formułę:
Przeliczmy temperaturę na skalę Kelvina i obliczmy odpowiedź:
Jeśli nie rozumiesz rozwiązania i masz jakieś pytanie lub znalazłeś błąd, możesz zostawić komentarz poniżej.
Zastanówmy się, jak rzut powstałej siły oddziaływania między nimi na linię prostą łączącą środki molekuł zmienia się w zależności od odległości między molekułami. Jeśli cząsteczki znajdują się w odległościach kilkukrotnie przekraczających ich rozmiar, to siły oddziaływania między nimi praktycznie nie mają wpływu. Siły oddziaływania między cząsteczkami są bliskiego zasięgu.
Na odległościach przekraczających 2-3 średnice cząsteczek siła odpychania jest praktycznie zerowa. Zauważalna jest tylko siła przyciągania. Wraz ze zmniejszaniem się odległości siła przyciągania wzrasta, a jednocześnie zaczyna oddziaływać siła odpychająca. Siła ta rośnie bardzo szybko, gdy powłoki elektronowe cząsteczek zaczynają się nakładać.
Rysunek 2.10 przedstawia graficznie zależność projekcji F r siły oddziaływania cząsteczek na odległość między ich centrami. Na odległość r 0 , około równa sumie promienie molekularne, F r = 0 , ponieważ siła przyciągania jest równa wartości bezwzględnej sile odpychania. Na r > r 0 między cząsteczkami istnieje siła przyciągania. Projekcja siły działającej na właściwą cząsteczkę jest ujemna. Na r < r 0 istnieje siła odpychająca o dodatniej wartości projekcji F r .
Zależność sił oddziaływania cząsteczek od odległości między nimi wyjaśnia pojawienie się siły sprężystej podczas ściskania i rozciągania ciał. Jeśli spróbujesz zbliżyć cząsteczki na odległość mniejszą niż r0, wtedy zaczyna działać siła, która uniemożliwia zbliżenie. Wręcz przeciwnie, gdy cząsteczki oddalają się od siebie, działa siła przyciągania, przywracając cząsteczki do ich pierwotnych pozycji po ustaniu wpływu zewnętrznego.
Przy niewielkim przemieszczeniu cząsteczek z pozycji równowagi siły przyciągania lub odpychania rosną liniowo wraz ze wzrostem przemieszczenia. Na małym odcinku krzywą można uznać za odcinek linii prostej (pogrubiony odcinek krzywej na ryc. 2.10). Dlatego przy małych odkształceniach obowiązuje prawo Hooke'a, zgodnie z którym siła sprężystości jest proporcjonalna do odkształcenia. Przy dużych przemieszczeniach cząsteczek prawo Hooke'a już nie obowiązuje.
Ponieważ odległości między wszystkimi cząsteczkami zmieniają się podczas deformacji ciała, sąsiednie warstwy cząsteczek stanowią nieznaczną część całkowitej deformacji. Dlatego prawo Hooke'a jest spełnione przy odkształceniach, które są miliony razy większe niż rozmiar cząsteczek.
Urządzenie mikroskopu sił atomowych (AFM) opiera się na działaniu sił odpychania między atomami i cząsteczkami na małych odległościach. Ten mikroskop, w przeciwieństwie do mikroskopu tunelowego, pozwala na uzyskanie obrazów powierzchni nieprzewodzących. Zamiast końcówki wolframowej, AFM wykorzystuje mały kawałek diamentu zaostrzony do wymiarów atomowych. Ten fragment jest zamocowany na cienkim metalowym uchwycie. Gdy końcówka zbliży się do badanej powierzchni, chmury elektronowe atomów diamentu i powierzchnia zaczynają się nakładać i powstają siły odpychające. Siły te odchylają czubek diamentowego ostrza. Odchylenie rejestrowane jest za pomocą wiązki laserowej odbitej od lustra zamocowanego na uchwycie. Odbita wiązka napędza ramię piezoelektryczne podobne do mikroskopu tunelowego. Mechanizm sprzężenia zwrotnego zapewnia, że wysokość igły diamentowej nad powierzchnią jest taka, że krzywizna płytki uchwytu pozostaje niezmieniona.
Na rysunku 2.11 widać obraz AFM łańcuchów polimerowych aminokwasu alaniny. Każdy guzek reprezentuje jedną cząsteczkę aminokwasu.
Obecnie zaprojektowano mikroskopy atomowe, których urządzenie opiera się na działaniu molekularnych sił przyciągania na odległościach kilkakrotnie większych niż wielkość atomu. Siły te są około 1000 razy mniejsze niż siły odpychające w AFM. Dlatego do rejestracji sił stosuje się bardziej złożony, czuły system.
Atomy i cząsteczki składają się z cząstek naładowanych elektrycznie. Ze względu na działanie sił elektrycznych na krótkich dystansach cząsteczki przyciągają się, ale zaczynają się odpychać, gdy powłoki elektronowe atomów nakładają się na siebie.
