Биднийг өдөр бүр хүрээлж буй бүх объект, эд зүйлс янз бүрийн бодисуудаас бүрддэг. Үүний зэрэгцээ бид зөвхөн хатуу зүйлийг объект, эд зүйл гэж үздэг - жишээлбэл, ширээ, сандал, аяга, үзэг, ном гэх мэт.

Материйн гурван төлөв

Гэхдээ бид цоргоны ус эсвэл халуун цайнаас гарч буй уурыг эд зүйл, зүйл гэж үздэггүй. Гэхдээ энэ бүхэн нь физик ертөнцийн нэг хэсэг бөгөөд шингэн ба хий нь өөр өөр төлөвт оршдог. Тэгэхээр, Материйн гурван төлөв байдаг:хатуу, шингэн ба хий. Мөн аливаа бодис нь эдгээр муж бүрт ээлжлэн байж болно. Хэрвээ бид хөлдөөгчнөөс мөсөн шоо гаргаж халаавал хайлж ус болон хувирна. Хэрэв бид шатаагчаа асаалттай орхивол ус нь 100 хэм хүртэл халж, удалгүй уур болж хувирна. Тиймээс бид ижил бодисыг, өөрөөр хэлбэл, ижил молекулуудын багцыг эргээд материйн янз бүрийн төлөв байдалд ажиглав. Гэхдээ молекулууд ижил хэвээр байвал юу өөрчлөгдөх вэ? Мөс яагаад хатуу бөгөөд хэлбэрээ хадгалж, ус амархан аяга хэлбэртэй болж, уур нь янз бүрийн чиглэлд бүрэн тархдаг вэ? Энэ бүхэн молекулын бүтэцтэй холбоотой.

Хатуу бодисын молекулын бүтэцмолекулууд бие биентэйгээ маш ойрхон байрладаг (молекулуудын хоорондох зай нь молекулуудын хэмжээнээс хамаагүй бага байдаг) бөгөөд энэ зохион байгуулалтанд молекулуудыг шилжүүлэх нь маш хэцүү байдаг. Тиймээс хатуу биетүүд эзэлхүүнийг хадгалж, хэлбэрээ хадгалдаг. Шингэний молекулын бүтэцмолекулуудын хоорондох зай нь молекулуудын хэмжээтэй ойролцоогоор тэнцүү байдаг, өөрөөр хэлбэл молекулууд хатуу биет шиг ойр байхаа больсон гэдгээрээ онцлог юм. Энэ нь бие биенээсээ харьцангуй амархан хөдөлдөг гэсэн үг юм (ийм учраас шингэн нь өөр өөр хэлбэртэй байдаг), гэхдээ молекулуудын татах хүч нь молекулуудыг салж, эзлэхүүнээ хадгалахад хангалттай хэвээр байна. Гэхдээ хийн молекулын бүтэц, эсрэгээр, хий нь эзэлхүүнийг хадгалах эсвэл хэлбэрээ хадгалах боломжийг олгодоггүй. Шалтгаан нь хийн молекулуудын хоорондох зай нь молекулуудын хэмжээнээс хамаагүй их бөгөөд өчүүхэн ч гэсэн хүч ч гэсэн энэ сэгсэрч буй системийг устгаж чадна.

Бодисын өөр төлөвт шилжих шалтгаан

Одоо бодис нэг төлөвөөс нөгөөд шилжих шалтгаан юу болохыг олж мэдье. Жишээлбэл, мөс яагаад халах үед ус болдог вэ? Хариулт нь энгийн:Шатаагчийн дулааны энерги нь мөсний молекулуудын дотоод энерги болж хувирдаг. Энэ энергийг хүлээн авсны дараа мөсний молекулууд илүү хурдан, хурдан чичирч, эцэст нь хөрш молекулуудын хяналтаас гарч эхэлдэг. Хэрэв бид халаалтын төхөөрөмжийг унтраавал ус нь ус хэвээр байх болно, гэхдээ хэрэв бид үүнийг орхивол тэнд аль хэдийн мэдэгдэж байсан шалтгааны улмаас ус уур болж хувирна.

Хатуу биетүүд эзэлхүүн, хэлбэрээ хадгалж байдаг тул тэдгээр нь бидний эргэн тойрон дахь ертөнцтэй холбоотой байдаг. Гэхдээ сайтар ажиглавал хий болон шингэн нь физик ертөнцийн чухал хэсгийг эзэлдэг болохыг олж мэдэх болно. Жишээлбэл, бидний эргэн тойрон дахь агаар нь хийн хольцоос бүрддэг бөгөөд тэдгээрийн гол нь азот нь шингэн байж болно, гэхдээ үүний тулд түүнийг бараг хасах 200 хэм хүртэл хөргөх хэрэгтэй. Гэхдээ энгийн сарвууны гол элемент болох вольфрамын утас нь зөвхөн 3422 градусын температурт хайлж, өөрөөр хэлбэл шингэн болж хувирдаг.

Бодисын бүтцийн талаархи молекул-кинетик санаанууд нь шингэн, хий, хатуу бодисын шинж чанарын олон янз байдлыг тайлбарладаг. Бодисын хэсгүүдийн хооронд цахилгаан соронзон харилцан үйлчлэл байдаг - тэдгээр нь цахилгаан соронзон хүчийг ашиглан бие биенээ татаж, түлхэж байдаг. Молекулуудын хоорондох маш хол зайд эдгээр хүч нь үл тоомсорлодог.

Молекулын харилцан үйлчлэлийн хүч

Гэхдээ бөөмс хоорондын зай багасвал зураг өөрчлөгдөнө. Төвийг сахисан молекулууд сансар огторгуйд чиглэж эхэлдэг бөгөөд ингэснээр бие биен рүүгээ харсан гадаргуу нь эсрэг талын цэнэгтэй болж, тэдгээрийн хооронд татах хүч үйлчилж эхэлдэг. Энэ нь молекулуудын төвүүдийн хоорондох зай нь тэдгээрийн радиусуудын нийлбэрээс их байх үед тохиолддог.

Хэрэв та молекулуудын хоорондох зайг үргэлжлүүлэн багасгах юм бол тэдгээр нь ижил цэнэглэгдсэн электрон бүрхүүлүүдийн харилцан үйлчлэлийн үр дүнд түлхэж эхэлдэг. Энэ нь харилцан үйлчлэгч молекулуудын радиусуудын нийлбэр нь бөөмсийн төвүүдийн хоорондох зайнаас их байх үед тохиолддог.

Өөрөөр хэлбэл, том молекул хоорондын зайд таталцал давамгайлж, ойрын зайд түлхэлт давамгайлдаг. Гэхдээ тэдгээр нь тогтвортой тэнцвэрийн байрлалд байх үед бөөмсийн хооронд тодорхой зай байдаг (таталцлын хүч нь түлхэх хүчтэй тэнцүү). Энэ байрлалд молекулууд хамгийн бага потенциал энергитэй байдаг. Молекулууд нь байнгын хөдөлгөөнд байдаг тул кинетик энергитэй байдаг.

Ийнхүү бөөмс хоорондын харилцан үйлчлэлийн холбоо нь бодисын хатуу, хий, шингэн гэсэн гурван төлөвийг ялгаж, тэдгээрийн шинж чанарыг тайлбарладаг.

Усыг жишээ болгон авч үзье. Усны хэсгүүдийн хэмжээ, хэлбэр, химийн найрлага нь хатуу (мөс) эсвэл хий (уур) байхаас үл хамааран ижил хэвээр байна. Гэхдээ эдгээр бөөмсийн хөдөлгөөн, байрлал нь муж бүрт өөр өөр байдаг.

Хатуу бодис

Хатуу биетүүд нь бүтэцээ хадгалж, хүчээр хагарах, хугарах боломжтой. Та болон ширээ хоёулаа хатуу учраас та ширээ дундуур явж чадахгүй. Хатуу бөөмс нь материйн гурван уламжлалт төлөвөөс хамгийн бага энергитэй байдаг. Бөөмүүд нь хоорондоо маш бага зайтай тодорхой бүтцийн дарааллаар байрладаг.

Тэд хамтдаа тэнцвэртэй бөгөөд зөвхөн чадна чичиргээтогтмол байрлалыг тойрон. Үүнтэй холбогдуулан хатуу бодисууд байдаг өндөр нягтралтайТэгээд тогтмол хэлбэр, эзэлхүүн.Хэрвээ та ширээгээ хэдэн өдрийн турш ганцаараа үлдээвэл энэ нь тэлэхгүй бөгөөд шалан дээрх нимгэн модон давхарга нь өрөөг дүүргэхгүй!

Шингэн

Яг л хатуу биетийн нэгэн адил шингэн дэх тоосонцор хоорондоо ойрхон савлагдсан боловч санамсаргүй байдлаар байрладаг. Хатуу биетүүдээс ялгаатай нь хүн шингэнээр дамжин өнгөрч чаддаг бөгөөд энэ нь бөөмс хоорондын таталцлын хүч суларч байгаатай холбоотой юм. Шингэн дотор хэсгүүд бие биенээсээ харьцангуй хөдөлж чаддаг.

Шингэн нь тогтмол эзэлхүүнтэй боловч тогтмол хэлбэртэй байдаггүй. Тэд болно таталцлын хүчний нөлөөн дор урсдаг. Гэхдээ зарим шингэн нь бусдаас илүү наалдамхай байдаг. Наалдамхай шингэн нь молекулуудын хооронд илүү хүчтэй харилцан үйлчлэлтэй байдаг.

Шингэний молекулууд нь хатуу биетээс хамаагүй их кинетик энергитэй (хөдөлгөөний энерги) боловч хийгээс хамаагүй бага байдаг.

Хийнүүд

Хийн хэсгүүд нь бие биенээсээ хол зайд, санамсаргүй байдлаар байрладаг. Бөөмүүдийн хооронд татах хүч бараг байдаггүй тул энэ төлөв нь хамгийн их кинетик энергитэй байдаг.

Хийн молекулууд бүх чиглэлд тогтмол хөдөлгөөнтэй байдаг (гэхдээ зөвхөн шулуун шугамаар), бие биетэйгээ мөргөлдөж, тэдгээрийн байрлах савны ханатай мөргөлддөг - энэ нь даралт.

Мөн хий нь хэмжээ, хэлбэрээс үл хамааран савны эзэлхүүнийг бүрэн дүүргэхийн тулд өргөсдөг. хий нь тогтмол хэлбэр, эзэлхүүнтэй байдаггүй.

1. Шингэний бүтцийн загвар. Ханасан ба ханаагүй хосууд; ханасан уурын даралтын температураас хамаарах хамаарал; буцалгах. Агаарын чийгшил; шүүдэр цэг, гигрометр, психометр.

Ууршилт - шингэний чөлөөт гадаргуугаас ямар ч температурт үүсдэг ууршилт. Ямар ч температурт дулааны хөдөлгөөний үед шингэний молекулуудын кинетик энерги нь бусад молекулуудтай холбогдох боломжит энергиэс хэтрдэггүй. Ууршилт нь шингэнийг хөргөх замаар дагалддаг. Ууршилтын хурд нь: задгай гадаргуугийн талбай, температур, шингэний ойролцоох молекулуудын концентрацаас хамаарна.

Конденсац- бодисыг хийн төлөвөөс шингэн төлөвт шилжүүлэх үйл явц.
Тогтмол температурт хаалттай саванд шингэнийг ууршуулах нь хийн төлөвт уурших бодисын молекулуудын концентрацийг аажмаар нэмэгдүүлэхэд хүргэдэг. Ууршилт эхэлснээс хойш хэсэг хугацааны дараа хийн төлөвт байгаа бодисын концентраци нь шингэн рүү буцаж ирэх молекулуудын тоо ижил хугацаанд шингэнээс гарч буй молекулуудын тоотой тэнцэх утгад хүрнэ. Суулгасан динамик тэнцвэрбодисын ууршилт ба конденсацийн процессуудын хооронд.

Шингэнтэй динамик тэнцвэрт байдалд байгаа хийн төлөвт байгаа бодисыг нэрлэдэг ханасан уур. (Уур нь ууршилтын явцад шингэнийг орхих молекулуудын цуглуулга юм.) Ханасан хэмжээнээс доогуур даралттай уурыг ханаагүй гэж нэрлэдэг.

Усан сан, хөрс, ургамлын гадаргуугаас ус байнга ууршдаг, мөн хүн, амьтны амьсгалын улмаас агаар мандалд үргэлж усны уур байдаг. Тиймээс атмосферийн даралт нь хуурай агаар ба түүнд агуулагдах усны уурын даралтын нийлбэр юм. Агаарыг уураар ханасан үед усны уурын даралт хамгийн их байх болно. Ханасан уур нь ханаагүй уураас ялгаатай нь хамгийн тохиромжтой хийн хуулийг дагаж мөрддөггүй. Тиймээс ханасан уурын даралт нь эзэлхүүнээс хамаардаггүй, харин температураас хамаардаг. Энэ хамаарлыг энгийн томъёогоор илэрхийлэх боломжгүй тул ханасан уурын даралтын температураас хамаарах туршилтын судалгаанд үндэслэн түүний даралтыг янз бүрийн температурт тодорхойлох боломжтой хүснэгтүүдийг эмхэтгэсэн.

Өгөгдсөн температурт агаар дахь усны уурын даралтыг гэнэ үнэмлэхүй чийгшил. Уурын даралт нь молекулуудын концентрацитай пропорциональ байдаг тул үнэмлэхүй чийгшил нь өгөгдсөн температурт агаарт агуулагдах усны уурын нягтыг куб метр тутамд килограммаар илэрхийлсэн (p) гэж тодорхойлж болно.

Харьцангуй чийгшилЭнэ нь өгөгдсөн температур дахь агаар дахь усны уурын нягт (эсвэл даралт) ба тухайн үеийн усны уурын нягт (эсвэл даралт) харьцаа юм. ижил температур, хувиар илэрхийлсэн, i.e.

Уур амьсгалын дунд өргөрөгт хүмүүсийн хувьд хамгийн таатай нөхцөл бол 40-60% харьцангуй чийгшил юм.

Агаарын температурыг бууруулснаар доторх уурыг ханасан байдалд хүргэж болно.

шүүдэр цэгнь агаар дахь уур ханасан температур юм. Шүүдэр цэгт хүрэхэд агаарт эсвэл түүнтэй харьцаж буй объектууд дээр усны уур нь өтгөрч эхэлдэг. Агаарын чийгшлийг тодорхойлохын тулд гигрометр, психрометр гэж нэрлэгддэг багаж хэрэгслийг ашигладаг.

Хий, шингэн, хатуу бодисын бүтцийн загварууд

Бүх бодисууд гуравт байж болно нэгтгэх төлөвүүд.

Хий– бодис нь тодорхой эзэлхүүн, хэлбэр дүрсгүй хуримтлагдах төлөв. Хийн хувьд бодисын хэсгүүд нь бөөмийн хэмжээнээс хамаагүй хол зайд арилдаг. Бөөмүүдийн хоорондох татах хүч нь бага бөгөөд тэдгээрийг бие биендээ ойртуулж чадахгүй. Бөөмийн харилцан үйлчлэлийн боломжит энергийг тэгтэй тэнцүү гэж үздэг, өөрөөр хэлбэл бөөмийн хөдөлгөөний кинетик энергиэс хамаагүй бага байна. Бөөмүүд нь эмх замбараагүй тархаж, хий байрладаг савны бүх эзэлхүүнийг эзэлдэг. Хийн хэсгүүдийн траекторууд нь тасархай шугамууд (нэг цохилтоос нөгөөд бөөмс жигд, шулуунаар хөдөлдөг). Хий нь амархан шахагддаг.

Шингэн- бодис нь тодорхой эзэлхүүнтэй боловч хэлбэрээ хадгалдаггүй бөөгнөрөл. Шингэн дэх хэсгүүдийн хоорондох зайг бөөмийн хэмжээтэй харьцуулах боломжтой тул шингэн дэх хэсгүүдийн хоорондын харилцан үйлчлэлийн хүч их байдаг. Бөөмийн харилцан үйлчлэлийн боломжит энерги нь тэдний кинетик энергитэй харьцуулж болно. Гэхдээ энэ нь бөөмсийг эмх цэгцтэй байрлуулахад хангалтгүй юм. Шингэний хувьд зөвхөн хөрш зэргэлдээ хэсгүүдийн харилцан чиглэл ажиглагддаг. Шингэний хэсгүүд нь тодорхой тэнцвэрийн байрлалыг тойрон эмх замбараагүй хэлбэлзэл хийж, хэсэг хугацааны дараа хөршүүдтэйгээ байраа сольдог. Эдгээр үсрэлтүүд нь шингэний шингэнийг тайлбарладаг.

Хатуу– бодис нь тодорхой эзэлхүүнтэй, хэлбэр дүрсээ хадгалсан нэгдлийн төлөв. Хатуу бодисын хувьд бөөмс хоорондын зай нь бөөмийн хэмжээтэй харьцуулж болох боловч шингэнээс бага байдаг тул бөөмс хоорондын харилцан үйлчлэлийн хүч асар их бөгөөд энэ нь бодис хэлбэрээ хадгалах боломжийг олгодог. Бөөмийн харилцан үйлчлэлийн боломжит энерги нь тэдний кинетик энергиэс их байдаг тул хатуу биетүүдэд болор тор гэж нэрлэгддэг бөөмсийн дараалсан зохицуулалт байдаг. Хатуу биетийн бөөмс нь тэнцвэрийн байрлалын (болор торны зангилаа) эргэн тойронд эмх замбараагүй хэлбэлзэлд ордог бөгөөд хөршүүдтэйгээ маш ховор байрлалыг өөрчилдөг. Кристалууд нь өвөрмөц шинж чанартай байдаг - анизотропи - болор дахь чиглэлийн сонголтоос физик шинж чанараас хамаардаг.

>>Физик: Хий, шингэн, хатуу биетүүдийн бүтэц

Молекул кинетик онол нь бодис яагаад хий, шингэн, хатуу төлөвт байж болохыг ойлгох боломжийг олгодог.
Хийнүүд.Хийн хувьд атом эсвэл молекулуудын хоорондох зай нь молекулуудын хэмжээнээс дунджаар хэд дахин их байдаг ( Зураг 8.5). Жишээлбэл, атмосферийн даралттай үед савны эзэлхүүн нь доторх молекулуудын эзэлхүүнээс хэдэн арван мянга дахин их байдаг.

Хий нь амархан шахагдаж, молекулуудын хоорондох дундаж зай багасдаг боловч молекулын хэлбэр өөрчлөгддөггүй ( Зураг 8.6).

Молекулууд сансар огторгуйд асар хурдтай буюу секундэд хэдэн зуун метр хурдтайгаар хөдөлдөг. Тэд мөргөлдөхдөө билльярдын бөмбөг шиг өөр өөр чиглэлд бие биенээсээ үсэрдэг. Хийн молекулуудын сул татах хүч нь тэдгээрийг бие биенийхээ ойролцоо барьж чадахгүй. Тийм ч учраас хий нь хязгааргүй тэлэх боломжтой. Тэд хэлбэр, эзэлхүүнийг хадгалдаггүй.
Савны хананд молекулуудын олон тооны нөлөөлөл нь хийн даралтыг үүсгэдэг.
Шингэн. Шингэний молекулууд хоорондоо бараг ойрхон байрладаг ( Зураг 8.7), тиймээс шингэний молекул нь хийн молекулаас өөрөөр ажилладаг. Шингэний хувьд богино зайн дараалал гэж нэрлэгддэг, өөрөөр хэлбэл молекулуудын эмх цэгцтэй байрлал нь хэд хэдэн молекулын диаметртэй тэнцүү зайд хадгалагддаг. Молекул нь хөрш зэргэлдээх молекулуудтай мөргөлдөх замаар тэнцвэрийн байрлалынхаа эргэн тойронд хэлбэлздэг. Зөвхөн үе үе дахин "үсрэлт" хийж, шинэ тэнцвэрийн байрлалд ордог. Энэ тэнцвэрийн байрлалд түлхэх хүч нь татах хүчтэй тэнцүү, өөрөөр хэлбэл молекулын харилцан үйлчлэх нийт хүч тэг байна. Цаг хугацаа суурин амьдралУсны молекулууд, өөрөөр хэлбэл тасалгааны температурт тодорхой тэнцвэрийн байрлал дахь түүний чичиргээний хугацаа дунджаар 10-11 секунд байна. Нэг хэлбэлзлийн хугацаа хамаагүй бага (10 -12 -10 -13 сек). Температур нэмэгдэхийн хэрээр молекулуудын оршин суух хугацаа багасдаг.

Зөвлөлтийн физикч Я.И.Френкель анх тогтоосон шингэн дэх молекулын хөдөлгөөний мөн чанар нь шингэний үндсэн шинж чанарыг ойлгох боломжийг олгодог.
Шингэний молекулууд бие биенийхээ хажууд байрладаг. Эзлэхүүн буурах тусам түлхэх хүч нь маш их болдог. Үүнийг тайлбарлаж байна шингэний шахалт багатай.
Мэдэгдэж байгаагаар, шингэн нь шингэн, өөрөөр хэлбэл хэлбэрээ хадгалдаггүй. Үүнийг ингэж тайлбарлаж болно. Гадны хүч нь секундэд молекулын үсрэлтийн тоог мэдэгдэхүйц өөрчилдөггүй. Гэхдээ молекулуудын нэг хөдөлгөөнгүй байрлалаас нөгөө рүү үсрэх нь ихэвчлэн гадны хүчний үйл ажиллагааны чиглэлд явагддаг ( Зураг 8.8). Ийм учраас шингэн урсаж, савны хэлбэрийг авдаг.

Зураг 8.11-д Якутын алмазыг үзүүлэв.

Хий нь зайтай лмолекулуудын хоорондох зай нь молекулуудын хэмжээнээс хамаагүй том байна r 0:" l>>r 0 .
Шингэн болон хатуу хэлбэрээр l≈r 0. Шингэний молекулууд эмх замбараагүй байрлалтай байдаг бөгөөд үе үе нэг суурин газраас нөгөө рүү үсэрдэг.
Талст хатуу биетүүд нь хатуу дарааллаар байрласан молекулууд (эсвэл атомууд) байдаг.

???
1. Хий нь хязгааргүй тэлэх чадвартай. Дэлхий яагаад агаар мандалтай байдаг вэ?
2. Хий, шингэн, хатуу биетийн молекулуудын замнал хэрхэн ялгаатай вэ? Эдгээр төлөвт байгаа бодисын молекулуудын ойролцоо траекторийг зур.

Г.Я.Мякишев, Б.Б.Буховцев, Н.Н.Соцкий, Физик 10-р анги

Хэрэв танд энэ хичээлтэй холбоотой засвар, санал байвал