Гипермаркет знаний>>Физика>>Физика 7 класс>> Агрегатное состояние вещества

• Бывали  ли  вы  зимой  на  берегу  быстрой  горной реки? Посмотрите на рисунок  ниже  (рис.  2.23).  Вокруг  лежит  снег,  замерли  на  берегу деревья,  покрытые  инеем,  который  сияет  в  солнечных лучах,  а реч­ка  не  замерзает.  Чрезвычайно  чистая,  прозрачная  вода разбивает­ся  об обмерзшие  камни. Почему  появился  иней? В  чем  отличие  воды и льда? Есть ли между ними  сходство? В  этом  параграфе вы  обяза­тельно  найдете ответы  на  эти  вопросы.

1. Наблюдаем разные агрегатные состояния вещества

Вы  уже  знаете,  что  вода  и  лед  (снег, иней) — это два разных агрегатных состояния воды: жидкое и твердое. Появление инея на де­ревьях объясняется просто:  вода с поверхности реки  испаряется,  превращаясь  в  водяной  пар. Водяной  пар,  в  свою  очередь,  конденсируется и  оседает  в  виде инея.  Водяной пар —  это  тре­тье состояние воды —  газообразное.

Приведем  еще  один  пример.  Вы,  безуслов­но,  знаете  об  опасности  разбить  медицинский термометр:  в  нем  содержится  ртуть  —  густая жидкость серебристого цвета,  которая,  испаря­ясь,  образует  очень  ядовитый  пар.  А  вот  при температуре  ниже  -39 °С  ртуть  превращается в  твердый  металл.  Таким  образом,  ртуть,  как и  вода,  может  находиться  в  твердом,  жидком и газообразном  состояниях.

Практически любое  вещество  в  зависимое ти от физических условий может находиться в трех агрегатных состояниях:  твердом, жидком  и газообразном.

Рис. 2.23  Различные агрегатные состояния воды

В нашем примере с  горной рекой  (рис.  2.23) присутствуют  все  три агре­гатных состояния воды.

Существует  еще  одно агрегатное состояние  вещества —  плазма. Напри­мер,  ртуть  в  плазменном  состоянии  содержится  во  включенных  ртутных лампах  (так  называемые лампы  дневного  света).  В  мегамире  плазма  явля­ется распространенным состоянием вещества,  так как именно в  этом состо­янии находится  вещество в недрах  звезд.

Водяной  пар,  вода,  лед —  это  три  агрегатных  состояния  одного  и  того же вещества,  образованного одинаковыми молекулами — молекулами воды. Почему  же  физические свойства  веществ,  образованных  одинаковыми  мо­лекулами,  но  находящихся  в  разных  агрегатных  состояниях,  отличаются друг  от  друга?  Вероятно,  причина  такого  отличия  заключается  в  том,  что молекулы по-разному двигаются и взаимодействуют.

Какие  же  свойства  имеют  вещества  в  разных  агрегатных  состояниях? Как при этом двигаются и взаимодействуют молекулы?

2. Наблюдаем и объясняем физические свойства твердых тел

Посмотрите внимательно на рис.  2.24. Все изображенные на нем твер­дые тела отличаются друг от друга:  цветом,  видом и  т.  п.,  они изготовлены из  разных  веществ.  Вместе  с  тем  они  имеют  и  общие  свойства,  присущие всем  твердым телам.

Твердые тела  сохраняют  объем  и форму.  Это  объясняется  тем,  что ато­мы  и  молекулы  твердых  тел  расположены  в  позициях  равновесия.  Силы притяжения и отталкивания между молекулами (атомами) в этих позициях равны друг другу.  В  случае попытки увеличить или уменьшить расстояние между  частицами  (т.  е.  увеличить  или  уменьшить  размер  тела)  возникает соответственно межмолекулярное притяжение или  отталкивание  (см.  §  14).

Вы  знаете,  что  в  соответствии  с  атомно-молекулярной  теорией  атомы (молекулы) всегда находятся в движении.  Частицы  твердых  тел практичес­ки  не  передвигаются  с  места  на  место  —  они  постоянно  двигаются  возле определенной  точки,  т.  е.  колеблются.  Поэтому  твердые  тела  сохраняют не только объем,  но и форму.

Рис. 2.24.  Несмотря на внешние отличия, любые твердые тела сохраняют форму и объем

Рис. 2.25  Модели кристаллических решеток: о —  алмаза, 6 —  графита. Шариками изображены центры атомов; линий, соединяющих атомы, на самом деле не существует, они проведены только для того, чтобы пояснить характер пространственного расположения атомов

3. Различаем кристаллические и аморфные вещества

В ходе изучения строения твердых тел с помощью современных мето­дов удалось выяснить,  что молекулы  и атомы  большинства веществ  в  тведом  состоянии  расположены  в  строго  определенном  порядке,  физики  го­ворят:  образуют  кристаллическую  решетку.  Такие  вещества  называются кристаллическими.  Примерами  кристаллических  веществ  могут  быть  ал­маз,  графит  (рис.  2.25),  лед,  соль  (рис.  2.26),  металлы и  т.  п.

Порядок расположения атомов в кристаллической  решетке вещества оп­ределяет  его физические свойства.  Так,  например,  алмаз  и  графит  состоят из  одних  и  тех  же  атомов —  атомов  углерода,  однако  эти  вещества  весьма отличаются  друг  от  друга,  так  как  атомы  в  них  расположены  по-разному (см.  рис.  2.25).

Рис. 2.26. Модели кристаллических решеток: а - льда б - поваренной соли (маленькие шарики - атомы Натрия, большие - атомы Хлора)

Рис. 2.27.  В жидком состоянии вещество сохраняет объем, но приобретает форму сосуда, в котором находится

Рис. 2.28. Молекулы жидкости расположены почти вплотную друг к другу. В небольшом объеме жидкости наблюдается взаимная ориентация соседних молекул  (существует ближний порядок). В целом же молекулы жидкости расположены хаотически

Существует группа твердых веществ  (стекло,  воск,  смола,  янтарь и т. п.), молекулы  (атомы) которых не образуют кристаллической решетки и в це­лом расположенные беспорядочно.  Такие вещества называют аморфными.

При определенных условиях твердые тела плавятся, т. е. переходят в жид­кое состояние. Кристаллические вещества плавятся при определенной температуре.  Например,  лед  обычно  переходит  в  жидкое  состояние,  если  тем­пература равна О °С, нафталин —  если достигает 80 °С, ртуть —  если падает до -39 °С.  В отличие от кристаллических,  аморфные вещества  не имеют oпределенной температуры плавления. В случае увеличения температуры они переходят в жидкое состояние постепенно  (таяние восковой свечи).

4. Наблюдаем и объясняем физические свойства жидкостей

Жидкости легко изменяют свою форму и приобретают форму того сосуда,  в  котором  они  содержатся,  тем  не  менее  объем жидкости  при  этом является неизменным  (рис.  2.27). Более того,  если мы попробуем сжать жидкость, нам это не удастся. Чтобы доказать несжимаемость жидкостей, ученые провели опыт:  воду налили в свинцовый шар, который запаяли,  а потом сжа­ли мощным прессом. Вода не сжалась,  а просочилась сквозь стенки шара.

Способность жидкостей сохранять свой объем объясняется  тем,  что,  как и в твердых телах, молекулы в жидкостях расположены близко друг от дру­га (рис.  2.28). Молекулы жидкости довольно плотно упакованы,  однако они не  только  колеблются  на  одном  и  том  же  месте  в  окружении  ближайших «соседей»,  но  и  довольно  легко  могут  перемещаться  по  объему,  занятому жидкостью.  Поэтому  жидкости  сохраняют  объем,  но  не  сохраняют  фор­мы — они являются текучими.

Рис. 2.29  Движение и расположение молекул в газах: а —  направление движения молекул из­меняется в результате их столкновения с другими молекулами; б —  приблизительная траектория движения молекулы воздуха при нормальном давлении  (увеличение в миллион раз)

5.  Объясняем физические свойства газов

Слово  «газ»  происходит  от  греческого  chaos  («хаос»,  «беспорядок») И  в  самом  деле,  для  газообразного  состояния  вещества характерен  полный беспорядок во взаимном расположении и движении молекул.

Молекулы  газа расположены  на расстояниях,  которые  в  десятки  и  со­тни  раз  превышают  размеры  молекул.  На  таких  расстояниях  молекулы практически не взаимодействуют друг с другом, поэтому молекулы газа разлетаются и газ занимает  весь  предоставленный  объем. Большими расстоя­ниями между молекулами  объясняется и  тот факт,  что газы легко  сжать.

Чтобы понять, как двигаются молекулы газа,  представим себе движение одной молекулы.  Вот  она двигается в  каком-то направлении,  на своем пути сталкивается  с  другой  молекулой,  изменяет  направление  и  скорость  свое­го движения  и летит  дальше,  к  следующему  удару  (рис.  2.29).  Чем  больше количество молекул в  сосуде,  тем чаще они сталкиваются. Например,  каж­дая молекула,  входящая в состав воздуха в классной комнате,  сталкивается с другими молекулами и изменяет скорость своего движения приблизитель­ но пять миллиардов раз  в  секунду.

• Подводим итоги

Практически  любое  вещество  в  зависимости  от  физических  условий может  существовать  в  трех  агрегатных  состояниях:  твердом,  жидком  и  га­зообразном.

Когда вещество переходит из одного состояния в другое, изменяется вза­имное расположение молекул и характер их движения,  однако состав моле­кул остается неизменным.

• Контрольные вопросы

1.  Назовите  вещество,  которое часто можно  наблюдать  в  трех  разных агрегатных  состояниях. 

2.  Можно ли утверждать,  что ртуть —  всег­да  жидкость,  а  кислород  —  всегда  газ? 

3.  Отличаются  ли  друг  от друга  молекулы  водяного  пара  и  льда? 

4. Почему  твердые  тела  со­храняют объем и форму? 

5. В чем сходство и в чем отличие кристал­лических и аморфных веществ? 

6.  Как двигаются молекулы в жидко­стях? 

7.  Почему газы занимают весь предоставленный об’ем?

• Упражнения

1.  Выберите правильный ответ.

Если перелить жидкость из  одного сосуда в другой,  она:

а) изменяет и форму,  и объем;
б)  сохраняет и форму,  и  объем;
в) сохраняет  объем,  но изменяет форму;
г)  сохраняет форму,  но изменяет объем.

2.  Вода испарилась и превратилась в пар. Изменились ли при этом мо­лекулы  воды?  Как  изменились  расположение  молекул  и  характер их движения?
3.  Может ли алюминий находиться  в  газообразном  состоянии?
4.  Может ли  газ  заполнить банку наполовину?
5.  Легко ли  сжать воду? Ответ  обоснуйте.
6.   Можно ли  утверждать,  что  в  закрытом  сосуде,  частично  заполнен­ном водой,  над поверхностью воды воды нет?
7.  В  чайнике  кипит  вода.  Действительно  ли  мы  видим  водяной  пар, выходящий из носика?

• Физика и техника в Украине
  

Отец  выдающегося  ученого  Николая  Николаевича Боголюбова  (1909— 1992)  считал,  что  ребенок  быстрее приобретает  знания,  чем  взрослый  человек,  поэтому  на­чал учить своих сыновей чтению и письму с 4-летнего воз­раста,  а  в  скором  времени  познакомил  их  и  с  основами иностранных языков. Николай  с детства  был  необычайно трудоспособным. Знания талантливого 13-летнего мальчи­ка по математике и физике почти равны были университет­скому курсу. Поэтому в 1925  году Президиум Укрглавнауки принял решение: «Учитывая феноменальные способности по математике, считать H. Н. Боголюбова  (в 16 лет!!!) на по­ложении  аспиранта  научно-исследовательской  кафедры  в  Киеве».  H.  Н.  Боголюбов  (на  фото в центре) на  протяжении всей жизни был тесно связан  с украинской  наукой. Свыше 45 лет он работал в Академии  наук Украины, был  профессором Киевского университета.

• Экспериментальные задания

1.  Используя  стакан  с  водой,  докажите,  что  в  резиновой  груше  есть воздух.

2. Аморфные  тела  называют  очень  вязкими  жидкостями.  Используя свечку и,  например,  маркер,  докажите,  что  воск,  пусть  очень  мед­ленно,  но  течет.  Для  этого  положите  маркер  на  подоконник,  свер­ху  —  перпендикулярно  к  маркеру  —  положите  свечку  и  оставьте так на несколько дней. Объясните результаты своего эксперимента.

Физика. 7 класс: Учебник / Ф. Я. Божинова, Н. М. Кирюхин, Е. А. Кирюхина. — X.: Издательство «Ранок», 2007. — 192 с.: ил.

Содержание урока
 конспект урока и опорный каркас
 презентация урока
 интерактивные технологии 
 акселеративные методы обучения

Практика
 тесты, тестирование онлайн
 задачи и упражнения 
 домашние задания
 практикумы и тренинги
 вопросы для дискуссий в классе

Иллюстрации
 видео- и аудиоматериалы
 фотографии, картинки 
 графики, таблицы, схемы
 комиксы, притчи, поговорки, кроссворды, анекдоты, приколы, цитаты

Дополнения
 рефераты
 шпаргалки 
 фишки для любознательных 
 статьи (МАН)
 литература основная и дополнительная
 словарь терминов

Совершенствование учебников и уроков
 исправление ошибок в учебнике
 замена устаревших знаний новыми 

Только для учителей
 календарные планы
 учебные программы
 методические рекомендации  
 обсуждения

 Идеальные уроки-кейсы

Если у вас есть исправления или предложения к данному уроку, напишите нам.

Если вы хотите увидеть другие корректировки и пожелания к урокам, смотрите здесь - Образовательный форум.