В зависимост от температурата и налягането, всяко вещество може да приеме различни агрегатни състояния. Всяко такова състояние се характеризира с определени качествени свойства, които остават непроменени в рамките на температурата и налягането, необходими за дадено агрегатно състояние.

ДА СЕ характерни свойстваагрегатните състояния включват например способността на тяло в твърдо състояние да поддържа формата си или обратното - способността на течно тяло да променя формата си. Въпреки това, понякога границите между различните състояния на материята са доста замъглени, както в случая с течните кристали или така наречените "аморфни тела", които могат да бъдат еластични като твърди тела и течности като течности.

Преходът между агрегатни състояния може да се случи с освобождаване на свободна енергия, промяна в плътността, ентропията или други физически величини... Преходът от едно агрегатно състояние в друго се нарича фазов преход, а явленията, съпътстващи такива преходи, се наричат ​​критични явления.

Списък на известни агрегатни състояния

В природата водата се съдържа в три състояния:

• твърдо състояние (сняг, градушка, лед);
• течно състояние (вода, мъгла, роса и дъжд);
• газообразно състояние (пара).

От ранно детство, в училище, те изучават различни агрегатни състояния на водата: мъгла, валежи, градушка, сняг, лед и др. Има един, който се изучава подробно в училище. Те ни срещат всеки ден в живота и влияят на живота. - това е състоянието на водата при определена температура и налягане, което се характеризира в границата на определен интервал.

Основните понятия за състоянието на водата трябва да се изяснят, че състоянието на мъгла и облачно състояние не се отнася до обгазяване. Те се появяват при кондензация. Това е уникално свойство на водата, което може да бъде в три различни агрегатни състояния. Три състояния на водата са жизненоважни за планетата, те образуват хидроложки цикъл, осигуряват процеса на циркулация на водата в природата. Училището показва различни експерименти за изпаряване и. Във всяко кътче на природата водата се счита за източник на живот. Има четвърто състояние, не по-малко важно - Дерягинская вода (руска версия), или както обикновено се нарича в този момент- Вода от нанотръби (американска версия).

Твърдо състояние на водата

Формата и обемът са запазени. При ниски температури веществото замръзва и се превръща в твърдо вещество. Ако налягането е високо, тогава температурата на втвърдяване се изисква по -висока. Твърдото вещество може да бъде кристално и аморфно. В кристал позицията на атома е строго подредена. Кристалните форми са естествени и приличат на полиедър. В аморфно тяло точките са разположени хаотично и се колебаят; в тях се запазва само ред на къси разстояния.

Течно състояние на водата

В течно състояние водата запазва обема си, но формата й не се запазва. Това означава, че течността заема само част от обема, може да тече по цялата повърхност. Изучавайки въпросите за течното състояние в училище, трябва да се разбере, че това е междинно състояние между твърда среда и газообразна среда. Течностите се класифицират в чисти и смесени състояния. Някои смеси са много важни за живота, като кръв или морска вода... Течностите могат да функционират като разтворител.

Газово състояние

Формата и обемът не се запазват. По друг начин газообразното състояние, чието изучаване се извършва в училище, се нарича водна пара. Експериментите ясно показват, че парата е невидима, разтворима е във въздуха и показва относителна влажност. Разтворимостта зависи от температурата и налягането. Наситена параа точката на оросяване е мярка за пределната концентрация. Парата и мъглата са различни агрегатни състояния.

Четвъртото агрегатно състояние е плазмата

Изследването на плазмата и съвременните експерименти започнаха да се разглеждат малко по -късно. Плазмата е напълно или частично йонизиран газ, възниква в състояние на равновесие при висока температура. При условията на земята, газов разряд... Свойствата на плазмата определят нейното газообразно състояние, с изключение на това, че електродинамиката играе огромна роля във всичко това. Сред агрегатните състояния плазмата е най-разпространената във Вселената. Изследването на звездите и междупланетното пространство показа, че веществата са в състояние на плазма.

Как се променят агрегатните състояния?

Промяна на процеса на преход от едно състояние в друго:

- течност - пара (изпаряване и кипене);

- пара - течност (кондензация);

- течност - лед (кристализация);

- лед - течен (топящ се);

- лед - пара (сублимация);

- пара - лед, образуване на скреж (десублимация).

Водата е обявена за интересен природен земен минерал. Тези въпроси са сложни и е необходимо постоянно проучване. Състоянието на агрегация в училище се потвърждава от проведените експерименти и ако възникнат въпроси, експериментите ясно дават възможност за разбиране на материала, разказан в урока. Когато се изпари, течността влиза, процесът може да започне от нула градуса. С повишаването на температурата се повишава. Интензивността на това се потвърждава от опити с кипене при 100 градуса. Въпросите на изпаряване се отговарят чрез изпаряване от повърхностите на езера, реки и дори земя. При охлаждане се получава процес на обратна трансформация, когато от газ се образува течност. Този процес се нарича кондензация, когато от водни пари във въздуха се образуват малки капчици облак.

Ярък пример е живачен термометър, при който живакът е представен в течно състояние, при температура -39 градуса, живакът се превръща в твърдо вещество. Възможно е да се промени състоянието на твърдо вещество, но това ще изисква допълнителни усилия, например при огъване на нокът. Често учениците задават въпроси за това как оформят твърдо тяло. Това се прави във фабрики и в специализирани работилници на специално оборудване. Абсолютно всяко вещество може да съществува в три състояния, включително вода, зависи от физическите условия. Когато водата преминава от едно състояние в друго, молекулярното подреждане и движение се променят, съставът на молекулата не се променя. Експерименталните задачи ще ви помогнат да наблюдавате такива интересни условия.

Въведение

1.Агрегатно състояние на материята - газ

2.Агрегатно състояние на веществото - течно

3.Агрегатно състояние на материята - твърдо

4. Четвъртото състояние на материята е плазмата

Заключение

Списък на използваната литература

Въведение

Както знаете, много вещества в природата могат да бъдат в три състояния: твърдо, течно и газообразно.

Най-силното проявление е взаимодействието на частици материя в твърдо състояние. Разстоянието между молекулите е приблизително равно на собствените им размери. Това води до достатъчно силно взаимодействие, което на практика прави невъзможно движението на частиците: те осцилират около определено положение на равновесие. Те запазват формата и обема си.

Свойствата на течностите се обясняват и с тяхната структура. Частиците на материята в течностите взаимодействат по-малко интензивно, отколкото в твърдите тела, и следователно могат да променят местоположението си рязко - течностите не запазват формата си - те са течни.

Газът е съвкупност от молекули, движещи се произволно във всички посоки независимо една от друга. Газовете нямат своя собствена форма, заемат целия предоставен им обем и лесно се компресират.

Има и друго състояние на материята - плазма.

Целта на тази работа е да се разгледат съществуващите агрегатни състояния на веществото, да се идентифицират всичките им предимства и недостатъци.

За да направите това, е необходимо да изпълните и разгледате следните агрегатни състояния:

2. Течности

3. твърди вещества

3. Агрегатно състояние на материята - твърдо

твърдо,едно от четирите агрегатни състояния на материята, което се различава от другите агрегатни състояния (течности, газове, плазма) стабилността на формата и естеството на термичното движение на атоми, извършващи малки вибрации около равновесните позиции. Наред с кристалното състояние на Т., т. Има и аморфно състояние, включително стъкловидно състояние. Кристалите се характеризират с дълъг ред в подреждането на атомите. В аморфните тела далечният ред липсва.

Мисля, че всеки знае 3 основни агрегатни състояния: течно, твърдо и газообразно. Ние се сблъскваме с тези състояния на материята всеки ден и навсякъде. Най -често те се разглеждат по примера на водата. Течното състояние на водата ни е най-познато. Ние постоянно пием течна вода, тя тече от чешмата ни, а ние самите сме 70% течна вода. Второто агрегатно състояние на водата е обикновен лед, който виждаме на улицата през зимата. В газообразна форма водата също е лесно да се намери в ежедневието. В газообразно състояние водата е, както всички знаем, пара. Вижда се, когато например кипваме чайник. Да, точно при 100 градуса водата преминава от течно в газообразно състояние.

Това са трите агрегатни състояния на материята, които са ни познати. Но знаете ли, че всъщност има 4 от тях? Мисля, че всеки е чувал поне веднъж думата "плазма". И днес искам да научите повече за плазмата - четвъртото състояние на агрегация на материята.

Плазмата е частично или напълно йонизиран газ със същата плътност, както положителна, така и отрицателни заряди... Плазмата може да се получи от газ - от 3-то агрегатно състояние на материята чрез силно нагряване. Агрегационното състояние като цяло всъщност зависи изцяло от температурата. Първото агрегатно състояние е най-ниската температура, при която тялото запазва твърдостта си, второто агрегатно състояние е температурата, при която тялото започва да се топи и става течно, третото агрегатно състояние е най-високата температура, при която веществото става газ. За всяко тяло, вещество, температурата на преход от едно агрегатно състояние към друго е напълно различна, за някой е по-ниска, за някой е по-висока, но за всеки е строго в тази последователност. И при каква температура веществото се превръща в плазма? Тъй като това е четвъртото състояние, това означава, че температурата на преход към него е по-висока от тази на всяко предишно. И наистина е така. За да се йонизира газ, е необходима много висока температура. Най-нискотемпературната и нискойонизирана (около 1%) плазма се характеризира с температури до 100 хиляди градуса. В земни условия такава плазма може да се наблюдава под формата на мълния. Температурата на канала на мълнията може да надвиши 30 хиляди градуса, което е 6 пъти по-високо от температурата на слънчевата повърхност. Между другото, Слънцето и всички други звезди също са плазма, по-често са високотемпературни. Науката доказва, че около 99% от цялата материя във Вселената е плазма.

За разлика от нискотемпературната плазма, високотемпературната плазма има почти 100% йонизация и температури до 100 милиона градуса. Това е наистина звездна температура. На Земята такава плазма се среща само в един случай - за експерименти в термоядрен синтез. Контролираната реакция е доста сложна и енергоемка, но неконтролираната доста се е доказала като оръжие с колосална мощност - термоядрена бомба, изпитана от СССР на 12 август 1953 г.

Плазмата се класифицира не само по температура и степен на йонизация, но и по плътност и квази неутралност. Колокация плазмена плътностобикновено означава електронна плътност, тоест броят на свободните електрони на единица обем. Е, с това мисля, че всичко е ясно. Но не всеки знае какво е квазинеутралност. Плазмената квазинейтралност е едно от най -важните му свойства, което се състои в практически точното равенство на плътностите на положителните йони и електроните, включени в състава му. Поради добрата електропроводимост на плазмата, разделянето на положителни и отрицателни заряди е невъзможно на разстояния с големи дължини на Дебай и времена на големи периоди на плазмени трептения. Почти цялата плазма е квазинеутрална. Пример за неквазинеутрална плазма е електронен лъч. Въпреки това, плътността на неутралните плазми трябва да е много ниска, в противен случай те бързо ще се разпаднат поради кулоновото отблъскване.

Разгледахме много малко земни примери за плазма. Но има много от тях. Човек се е научил да използва плазмата за свое добро. Благодарение на четвъртото агрегатно състояние на материята можем да използваме газоразрядни лампи, плазмени телевизори, електродъгово заваряване и лазери. Конвенционалните газоразрядни флуоресцентни лампи също са плазмени. В нашия свят също има плазмена лампа. Използва се главно в науката за изучаване и най -важното, за да се видят някои от по -сложните плазмени явления, включително филаментация. Снимка на такава лампа може да се види на снимката по -долу:

В допълнение към домашните плазмени устройства, естествената плазма също често може да се види на Земята. Вече говорихме за един от нейните примери. Това е мълния. Но освен светкавици, плазмените явления включват полярното сияние, „огньовете на Св. Елмо“, йоносферата на Земята и, разбира се, огъня.

Забележете, че огънят, мълнията и други прояви на плазма, както я наричаме, горят. Каква е причината за толкова ярко излъчване на светлина от плазма? Плазменият блясък се причинява от прехода на електрони от високоенергийно състояние в нискоенергийно състояние след рекомбинация с йони. Този процес води до излъчване със спектър, съответстващ на газа, който се възбужда. Ето защо плазмата свети.

Бих искал също да разкажа малко за историята на плазмата. В края на краищата, някога само вещества като течния компонент на млякото и безцветния компонент на кръвта са се наричали плазма. Всичко се промени през 1879 г. Именно през тази година известният английски учен Уилям Крукс, докато изучава електрическата проводимост в газовете, открива явлението плазма. Вярно е, че това състояние на материята е наречено плазма едва през 1928 г. И това е направено от Ървинг Лангмюър.

В заключение искам да кажа, че такова интересно и мистериозно явление като топка мълния, за които съм писал повече от веднъж на този сайт, това, разбира се, също е плазмоид, като обикновена мълния. Това е може би най-необичайният плазмид от всички земни плазмени явления. В крайна сметка има около 400 много различни теории за кълбовидната мълния, но нито една от тях не е призната за наистина вярна. В лабораторни условия подобни, но краткосрочни явления са получени от няколко различни начини, така че въпросът за естеството на сферичната мълния остава отворен.

Конвенционалната плазма, разбира се, също е създадена в лаборатории. Някога беше трудно, но сега такъв експеримент не е труден. Откакто плазмата стана част от нашия домакински арсенал, върху нея се правят много експерименти в лаборатории.

Експериментите с плазма в нулева гравитация се превърнаха в интересно откритие в областта на плазмата. Оказва се, че плазмата кристализира във вакуум. Това се случва така: заредените плазмени частици започват да се отблъскват една друга и когато имат ограничен обем, те заемат пространството, което им е отредено, разпръсквайки се в различни страни... Много прилича на кристална решетка. Това не означава ли, че плазмата е затварящата връзка между първото агрегатно състояние на материята и третото? В крайна сметка тя се превръща в плазма поради йонизацията на газа, а във вакуум плазмата отново става сякаш твърда. Но това е само мое предположение.

Плазмените кристали в космоса също имат доста странна структура. Тази структура може да се наблюдава и изучава само в космоса, в истински космически вакуум. Дори ако създадете вакуум на Земята и поставите там плазма, тогава гравитацията просто ще изстиска цялата „картина“, която се образува вътре. В космоса плазмените кристали просто летят нагоре, образувайки триизмерна триизмерна структура със странна форма. След изпращане на резултатите от наблюденията на плазма в орбита на земни учени се оказа, че вихрите в плазмата по странен начин повтарят структурата на нашата галактика. Това означава, че в бъдеще ще бъде възможно да се разбере как се е родила нашата галактика чрез изучаване на плазмата. Снимките по-долу показват същата кристализирана плазма.

Определение 1

Агрегатни състояния на материята(от латински „aggrego“ означава „прикрепвам“, „свързвам“) - това са състояния на едно и също вещество в твърда, течна и газообразна форма.

При прехода от едно състояние в друго се наблюдава скокообразна промяна в енергията, ентропията, плътността и други свойства на материята.

Твърди и течни тела

Твърди тела- това са тела, които се отличават с постоянството на формата и обема си.

В твърдите тела междумолекулните разстояния са малки и потенциалната енергия на молекулите може да се сравни с кинетичната енергия.

Твърдите вещества са разделени на 2 вида:

1. Кристален;
2. Аморфен.

Само кристалните тела са в състояние на термодинамично равновесие. Аморфните тела всъщност са метастабилни състояния, които са подобни по структура на неравновесните, бавно кристализиращи течности. В аморфно тяло протича твърде бавен процес на кристализация, процес на постепенно преобразуване на веществото в кристална фаза. Разликата между кристал и аморфно твърдо вещество е преди всичко в анизотропията на неговите свойства. Свойствата на кристалното тяло се определят в зависимост от посоката в пространството. Различни процеси (например топлопроводимост, електропроводимост, светлина, звук) се разпространяват в различни посоки на твърдо тяло по различни начини. Но аморфните тела (например стъкло, смоли, пластмаси) са изотропни, като течности. Разликата между аморфните тела и течностите се състои само във факта, че последните са течни, в тях не се появяват статични деформации на срязване.

Кристалните тела имат правилните молекулярна структура... Поради правилната структура кристалът има анизотропни свойства. Правилното подреждане на кристалните атоми създава така наречената кристална решетка. В различни посоки подреждането на атомите в решетката е различно, което води до анизотропия. Атомите (йони или цели молекули) в кристалната решетка извършват произволно вибрационно движение близо до средните позиции, които се считат за възли на кристалната решетка. Колкото по-висока е температурата, толкова по-висока е енергията на вибрациите, а оттам и средната амплитуда на вибрациите. Размерът на кристала се определя в зависимост от амплитудата на вибрациите. Увеличаването на амплитудата на трептенията води до увеличаване на размера на тялото. Това обяснява термичното разширение на твърдите тела.

Определение 3

Течни тела- това са тела, които имат определен обем, но нямат еластична форма.

Вещество в течно състояние се характеризира със силно междумолекулно взаимодействие и ниска свиваемост. Течността заема междинно положение между твърдо вещество и газ. Течностите, подобно на газовете, имат изотопни свойства. Освен това течността има свойството на течливост. В него, както и в газовете, няма тангенциално напрежение (напрежение на срязване) на телата. Течностите са тежки, тоест, специфичното им тегло може да се сравни с специфични теглатвърди тела. Близо до температури на кристализация, техният топлинен капацитет и други топлинни свойства са близки до съответните свойства на твърдите вещества. В течностите правилното подреждане на атомите се наблюдава до определена степен, но само в малки области. Тук атомите също осцилират около възлите на квазикристалната клетка, но за разлика от атомите на твърдо вещество, те периодично прескачат от едно място на друго. В резултат на това движението на атомите ще бъде много сложно: вибрационно, но в същото време центърът на вибрациите се движи в пространството.

Газ- това е състояние на материята, при което разстоянията между молекулите са огромни.

Силите на взаимодействие между молекулите при ниско налягане могат да бъдат пренебрегнати. Газовите частици запълват целия обем, който е предвиден за газа. Газовете се считат за силно прегрети или ненаситени пари. Специален вид газ е плазмата (частично или напълно йонизиран газ, в който плътностите на положителните и отрицателните заряди са почти еднакви). Тоест плазмата е газ от заредени частици, които взаимодействат помежду си с помощта на електрически сили на голямо разстояние, но нямат близко и далечно разположение на частиците.

Както знаете, веществата са способни да преминават от едно агрегатно състояние в друго.

Определение 5

ИзпаряванеТова е процесът на промяна на състоянието на агрегация на вещество, при което молекулите излитат от повърхността на течност или твърдо вещество, кинетична енергиякойто преобразува потенциалната енергия на взаимодействието на молекулите.

Изпаряването е фазов преход. При изпаряване част от течността или твърдото вещество се превръща в пара.

Определение 6

Вещество в газообразно състояние, което е в динамично равновесие с течност, се нарича наситено ферибот... В този случай промяната във вътрешната енергия на тялото е равна на:

∆ U = ± m r (1),

където m е телесна маса, r е специфична топлинаизпаряване (D течност / до g).

Определение 7

Кондензацияе обратният процес на изпаряване.

Изменението на вътрешната енергия се изчислява по формулата (1).

Определение 8

ТопенеТова е процесът на превръщане на вещество от в твърдо състояниев течност, процесът на промяна на агрегатното състояние на веществото.

Когато веществото се нагрява, вътрешната му енергия нараства, следователно скоростта на топлинно движение на молекулите се увеличава. Когато веществото достигне точката си на топене, кристалната решетка на твърдото вещество се разрушава. Връзките между частиците също се разрушават и енергията на взаимодействието между частиците се увеличава. Топлината, която се предава на тялото, се използва за увеличаване на вътрешната енергия на даденото тяло, а част от енергията се изразходва за извършване на работа по промяна на обема на тялото, когато се топи. В много кристални тела обемът се увеличава по време на топенето, но има изключения (например лед, чугун). Аморфните тела нямат специфична точка на топене. Топенето е фазов преход, характеризиращ се с рязка промяна в топлинния капацитет при температурата на топене. Точката на топене зависи от веществото и остава непроменена по време на процеса. Тогава промяната във вътрешната енергия на тялото е равна на:

∆ U = ± m λ (2),

където λ е специфичната топлина на топене (D течност / kg g).

Определение 9

Кристализацияе обратният процес на топене.

Промяната на вътрешната енергия се изчислява по формулата (2).

Промяната във вътрешната енергия на всяко тяло на системата по време на нагряване или охлаждане се изчислява по формулата:

∆ U = m c ∆ T (3),

където c е специфичният топлинен капацитет на веществото, D l k g K, △ T е промяната в телесната температура.

Определение 10

Когато се разглеждат трансформациите на веществата от едно агрегатно състояние в друго, не може без т.нар. уравнения топлинен баланс : общото количество топлина, отделена в топлоизолирана система, е равно на количеството топлина (общо), което се абсорбира в тази система.

Q 1 + Q 2 + Q 3 +. ... ... + Q n = Q "1 + Q" 2 + Q "3 +... + Q" k.

Всъщност уравнението на топлинния баланс е законът за запазване на енергията за процесите на пренос на топлина в топлоизолирани системи.

Пример 1

Изолираният съд съдържа вода и лед с температура t i = 0 ° C. Масата на водата m υ и лед m i са съответно 0,5 kg и 60 g. Водната пара с маса m p = 10 g се инжектира във водата при температура t p = 100 ° C. Каква ще бъде температурата на водата в съда след установяване на топлинно равновесие? В този случай топлинният капацитет на съда не е необходимо да се взема предвид.

Снимка 1

Решение

Нека определим какви процеси се извършват в системата, какви агрегатни състояния на материята сме наблюдавали и какво сме получили.

Водната пара се кондензира, отделяйки топлина.

Топлинната енергия се използва за топене на леда и може би за загряване на наличната и получена вода от леда.

Първо, нека проверим колко топлина се отделя по време на кондензацията на съществуващата маса пара:

Q p = - r m p; Q p = 2, 26 · 10 6 · 10 - 2 = 2, 26 · 10 4 (D g),

тук от референтни материалиимаме r = 2, 26 · 10 6 J l to g - специфична топлина на изпаряване (използва се и за кондензация).

За разтопяването на леда е необходимо следното количество топлина:

Q i = λ m i Q i = 6 10 - 2 3, 3 10 5 ≈ 2 10 4 (D g),

тук от референтните материали имаме λ = 3, 3 · 10 5 J l k g - специфичната топлина на топене на леда.

Оказва се, че парата отделя повече топлина, отколкото е необходимо, само за да разтопи съществуващия лед, което означава, че пишем уравнението на топлинния баланс, както следва:

r m p + c m p (T p - T) = λ m i + c (m υ + m i) (T - T i).

Топлината се отделя при кондензация на пара с маса m p и охлаждане на водата, образувана от пара от температура T p до желаната T. Топлината се абсорбира чрез топене на лед с маса m i нагряване на вода с маса m υ + m i от температура T i до T. Означаваме T - T i = ∆ T за разликата T p - T получаваме:

T p - T = T p - T i - ∆ T = 100 - ∆ T.

Уравнението на топлинния баланс ще бъде:

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.

Нека направим изчисления, като вземем предвид факта, че топлинният капацитет на водата е табличен

c = 4,2 10 3 J l k g K, T p = tp + 273 = 373 K, T i = ti + 273 = 273 K: ∆ T = 2, 26 10 6 10 - 2 + 4, 2 · 10 3 · 10 - 2 · 10 2 - 6 · 10 - 2 · 3, 3 · 10 5 4, 2 · 10 3 · 5, 7 · 10 - 1 ≈ 3 (K),

тогава T = 273 + 3 = 276 K

Отговор:Температурата на водата в съда след установяване на термично равновесие ще бъде равна на 276 K.

Пример 2

Фигура 2 показва участък от изотермата, който съответства на прехода на вещество от кристално в течно състояние. Какво отговаря на този сайт на p, T диаграмата?

Рисуване 2

Отговор:Целият набор от състояния, които са изобразени на диаграмата p, V чрез хоризонтален сегмент на диаграмата p, T, е показана с една точка, която определя стойностите на p и T, при които има трансформация от една агрегатно състояние към друго.

Ако забележите грешка в текста, моля, изберете я и натиснете Ctrl + Enter