Сили взаємодії молекул. Будова газоподібних, рідких і твердих тіл
«Фізика - 10 клас»
Чи можна пояснити властивості речовини у всіх його агрегатних станах будовою речовини, рухом і взаємодією його частинок?
Сили взаємодії молекул.
Молекули взаємодіють один з одним. Без цієї взаємодії не було б ні твердих, ні рідких тел.
Довести існування значних сил взаємодії між атомами або молекулами нескладно. Спробуйте-но зламати товсту палицю! А адже вона складається з молекул. Але одні сили тяжіння не можуть забезпечити існування стійких утворень з атомів і молекул. На дуже малих відстанях між молекулами обов'язково діють сили відштовхування. Завдяки цьому молекули не проникають одна в одну і шматки речовини ніколи не стискуються до розмірів порядку розмірів однієї молекули.
Молекула - це складна система, що складається з окремих заряджених частинок: електронів і атомних ядер.
В цілому молекули електрично нейтральні, проте між ними на малих відстанях діють значні електричні сили: відбувається взаємодія електронів і атомних ядер сусідніх молекул.
Якщо молекули знаходяться на відстанях, що перевищують їх розміри в кілька разів, то сили взаємодії практично не позначаються.
На відстанях, перевищує 2-3 діаметра молекул, діють сили тяжіння. У міру зменшення відстані між молекулами сила їх взаємного тяжіння спочатку збільшується, але одночасно збільшується і сила відштовхування. При певній відстані r0 сила тяжіння стає рівною силі відштовхування. Це відстань вважається рівним діаметру молекули.
При подальшому зменшенні відстані електронні оболонки атомів починають перекриватися і швидко збільшується сила відштовхування. На малюнку 8.5 показані графіки залежності потенційної енергії взаємодії молекул (рис. 8.5, а) і сил тяжіння (1) і відштовхування (2) (рис. 8.5, б) від відстані між молекулами. При r = r0 потенційна енергія мінімальна, сила тяжіння дорівнює силі відштовхування. При r> r0 сила тяжіння більше сили відштовхування; при r <r0 сила тяжіння менше сили відштовхування.
Молекулярно-кінетична теорія дає можливість зрозуміти, чому речовина може перебувати в газоподібному, рідкому і твердому станах.
Отже, між молекулами діють сили тяжіння і вони беруть участь в тепловому русі. Агрегатний стан речовини залежить від того, яке з цих двох властивостей молекул є головним.
Гази.
У газах відстань між атомами або молекулами в середньому у багато разів більше розмірів самих молекул. Наприклад, при атмосферному тиску обсяг судини в десятки тисяч разів перевищує обсяг знаходяться в ньому молекул.
Гази легко стискуються, при цьому зменшується середня відстань між молекулами, але форма молекули не змінюється.
Гази можуть необмежено розширюватися. Вони не зберігають ні форми, ні об'єму. Численні удари молекул об стінки посудини створюють тиск газу.
Молекули газу з величезними швидкостями - сотні метрів в секунду - рухаються в просторі. Стикаючись, вони відскакують один від одного в різні боки подібно більярдним кулям. Слабкі сили тяжіння молекул газу не здатні утримати їх один біля одного.
У газах середня кінетична енергія теплового руху молекул більше середньої потенційної енергії їх взаємодії, тому часто потенційною енергією взаємодії молекул ми можемо знехтувати.
Рідини.
Молекули рідини розташовані майже впритул один до одного тому молекула рідини поводиться інакше, ніж молекула газу.
У рідинах існує так званий ближній порядок, т. Е. Впорядковане розташування молекул зберігається на відстанях, рівних декільком молекулярним діаметрам.
Молекула коливається біля свого положення рівноваги, стикаючись з сусідніми молекулами. Лише час від часу вона робить черговий «стрибок», потрапляючи в нове положення рівноваги.
У положенні рівноваги сила відштовхування дорівнює силі тяжіння, т. Е. Сумарна сила взаємодії молекули дорівнює нулю.
Характер молекулярного руху в рідинах, вперше встановлений совєтським фізиком Я. І. Френкелем, дозволяє зрозуміти основні властивості рідин. За образним висловом вченого: «... молекули рідини ведуть кочовий спосіб життя ...» При цьому час осілого життя молекули води, т. Е. Час її коливань близько одного певного положення рівноваги при кімнатній температурі, так само в середньому 10-11 з . Час же одного коливання значно менше (10-12 - 10-13 с). З підвищенням температури час осілого життя молекул зменшується.
Молекули рідини знаходяться безпосередньо один біля одного. При зменшенні обсягу сили відштовхування стають дуже великі. Цим і пояснюється мала стисливість рідин.
Рідини: 1) малосжімаеми;
2) текучі , т. е. зберігають свою форму.
Пояснити плинність рідин можна так. Зовнішня сила помітно не змінює числа перескоків молекул в секунду. Але переходи молекул з одного осілого положення в інше відбуваються переважно в напрямку дії зовнішньої сили. Ось чому рідина тече і приймає форму посудини.
У рідинах середня кінетична енергія теплового руху молекул порівнянна із середньою потенційною енергією їх взаємодії. Наявність поверхневого натягу доводить, що сили взаємодії молекул рідин істотні, і ними нехтувати не можна.
Тверді тіла.
Атоми або молекули твердих тіл, на відміну від атомів і молекул рідин, коливаються близько певних положень рівноваги. З цієї причини тверді тіла зберігають не тільки обсяг, але і форму.
У твердих тілах середня потенціальна енергія взаємодії молекул багато більше середньої кінетичної енергії їх теплового руху.
Якщо з'єднати центри положень рівноваги атомів або іонів твердого тіла, то вийде правильна просторова решітка, яка називається кристалічною.
На малюнках 8.6 і 8.7 зображені кристалічні решітки кухонної солі і алмазу. Внутрішній порядок в розташуванні атомів кристалів приводить до правильних зовнішнім геометричним формам.
Джерело: «Фізика - 10 клас», 2014 року, підручник Мякішев, Буховцев, Соцький
Основні положення МКТ. Теплові явища - Фізика, підручник для 10 класу - Клас! Ная фізика
Чому теплові явища вивчаються в молекулярної фізики --- Основні положення молекулярно-кінетичної теорії. розміри молекул --- Приклади розв'язання задач за темою «Основні положення МКТ» --- броунівський рух --- Сили взаємодії молекул. Будова газоподібних, рідких і твердих тіл --- Ідеальний газ в МКТ. Середнє значення квадрата швидкості молекул --- Основне рівняння молекулярно-кінетичної теорії газів --- Приклади розв'язання задач за темою «Основне рівняння молекулярно-кінетичної теорії» --- Температура і теплова рівновага --- Визначення температури. Енергія теплового руху молекул --- Абсолютна температура. Температура - міра середньої кінетичної енергії молекул --- Вимірювання швидкостей молекул газу --- Приклади розв'язання задач за темою «Енергія теплового руху молекул» --- Рівняння стану ідеального газу --- Приклади розв'язання задач за темою «Рівняння стану ідеального газу» --- газові закони --- Приклади розв'язання задач за темою «Газові закони» --- Приклади розв'язання задач за темою «Визначення параметрів газу за графіками ізопроцессов»