Екзаменаційний проект за курс повної середньої школи по предмету "Фізика"
Автор: учень 11 "А" класу Болтунов Артем
ГОУ ЗОШ № 7
р. Реутов Московської області 2008 рік
Основні положення теорії
Зображення атомів на поверхні кремнію, отримане за допомогою тунельного мікроскопа.
Починаючи з XVIII століття, поступово почала складатися система наукових уявлень про будову речовини, пізніше названа молекулярно-кінетичної теорії (МКТ). Молекулярно-кінетична теорія базується на трьох положеннях, узагальнюючих результати великої кількості експериментальних даних:
Всі тіла складаються з найдрібніших частинок - атомів, молекул і іонів. Таким чином будь-яка речовина володіє дискретною структурою.
Частинки, утворюють речовину, знаходяться в безперервному хаотичному русі, яке називається тепловим.
Атоми, молекули і іони взаємодіють один з одним.
Розглянемо ці положення трохи детальніше.
Молекулярне будова речовини.
Моль речовини.
Число Авогадро. Кількість речовини.
Сучасна фізика не встановлює межі структурної подільності матерії, однак, однозначно стверджує, що елементами, що визначають основні фізичні властивості тіл, є атоми, молекули і іони.
атомів називається найменша частинка даного хімічного елемента, яка є носієм його властивостей.
Кожному хімічному елементу відповідає свій атом.
Молекула - Це стійка найменша частка даної речовини, що володіє його основними хімічними властивостями.
Молекула складається з атомів однакових або різних хімічних елементів.
Іон - Електрично заряджена частинка, яка утворюється при втраті або придбанні атомами і молекулами одного чи декількох електронів.
Атомне будову мають інертні гази (гелій, аргон та ін), рідини (ртуть) і тверді тіла (мідь, алмаз). Ряд кристалічних речовин, наприклад, хлористий натрій, складається з різнойменно заряджених іонів. Однак переважна більшість речовин утворене з молекул (вуглекислий газ, вода), тому поняття "молекула" часто використовується як загальний збірний термін.
Сучасна експериментальна техніка дозволяє спостерігати молекулярну структуру речовини, а також визначати розміри атомів і молекул. Ці розміри дуже малі: для атомів вони складають величину порядку 10-10 м, для молекул їх діапазон значно ширше - від 10-10 м для найпростіших молекул до 10-5 м для молекул складних органічних речовин.
Природно, що при таких розмірах маса атомів і молекул також дуже мала, наприклад, маса молекули водню становить 3.3 В· 10-27 кг. Зрозуміло, що оперувати такими величинами в практичних розрахунках не зовсім зручно.
Тому було введено поняття відносної молекулярної (атомної) маси Mr, яке визначається як відношення маси молекули (атома) даної речовини m0 до 1/12 маси атома вуглецю:
. (1)
Число молекул в разі однокомпонентної системи, що містить молекули або атоми одного виду, можна знайти за формулою:
,
де m - маса системи, виражена в кілограмах.
З цієї формули видно, що N має дуже великі значення, тому треба буде введення деякого відносного параметра, пов'язаного з числом молекул N у системі, званого кількістю речовини.
В Міжнародній системі одиниць (СІ) в якості такого параметра прийнятий моль - кількість речовини, в якому міститься стільки ж молекул або атомів, скільки атомів міститься в 0.012 кг вуглецю.
Таким чином, в одному молі будь-якої речовини міститься одне і теж число молекул або атомів, яке називається числом (постійної) Авогадро і одно:
.
Кількість речовини пЃ® визначається як число молей, рівне відношенню числа молекул N до числа Авогадро:
. (2)
Маса одного моля речовини називається молярною масою. Вона дорівнює добутку маси однієї молекули речовини m0 на число Авогадро:
M = M0 В· NA (3)
і вимірюється в кілограмах на моль: [M] = кг В· моль-1.
З (1), (3) і визначення числа Авогадро випливає, що між відносною молекулярною масою речовини Mr і його молярною масою M існує співвідношення:
M = Mr В· 10-3 кг В· моль-1.
Враховуючи рівність
m = N В· m0,
де m - маса речовини,
по формулами (2) і (3) легко отримати ще один вираз для кількості речовини:
, (4)
т. е. кількість речовини дорівнює відношенню маси цієї речовини до його молярної масі.
Теплове рух молекул.
Безладність, хаотичність руху частинок - найважливіша риса теплового руху. Експериментальним доказом безперервного характеру руху молекул є дифузія і броунівський рух.
Дифузія - Це явище самовільного проникнення молекул однієї речовини в іншу.
В результаті взаємної дифузії речовин відбувається поступове вирівнювання їх концентрації у всіх областях займаного ними об'єму.
Встановлено, що швидкість протікання процесу дифузії залежить від роду дифундують речовин і температури. Одним з найбільш цікавих явищ, що підтверджують хаотичність руху молекул, є броунівський рух. Воно являє собою тепловий рух мікроскопічних (але складаються з дуже великого числа молекул) частинок речовини, що знаходяться в зваженому стані в рідині або в газі, вперше спостережуване Р. Броуном. Безладність переміщення таких частинок пояснюється тим, що сума імпульсів, отриманих ними від молекул з різних сторін, може стати не рівною нулю як внаслідок різного числа ударів з різних сторін частинки, так і в результаті того, що частинку з одного боку могли вдарити молекули, що володіють великими швидкостями, ніж молекули, які вдарили її з іншого боку.
Броунівський рух проявляється тим помітніше, чим менше частки і в'язкість середовища, і чим вище температура системи. Залежність від температури свідчить про те, що швидкість хаотичного руху молекул зростає із збільшенням температури, саме тому його і називають тепловим рухом.
Взаємодія молекул.
Міжмолекулярні сили мають електромагнітну природу і зводяться до двох типів - тяжінню і відштовхуванню. Ці сили є короткодействующих і проявляються лише на відстанях, порівнянних з розмірами молекул. Сили тяжіння і відштовхування швидко убувають із збільшенням відстані між молекулами, проте швидкість їх убування різна. Сила відштовхування переважає на малих відстанях і необмежено зростає по мірі наближення відстані між центрами мас молекул r до деякої величини d, яку можна розглядати як ефективний діаметр молекул.
Сила тяжіння зменшується із збільшенням r набагато повільніше сили відштовхування, тому існує деяке значення міжмолекулярної відстані r = r0, на якому сили відштовхування і притягання компенсують один одного, так що результуюча сила міжмолекулярної взаємодії звертається в нуль.
Зміна агрегатного стану речовини
Агрегатні стану
Всяке речовина може перебувати в трьох агрегатних станах: в твердому, рідкому і газоподібному.
В газах середня кінетична енергія теплового руху молекул значно перевершує потенційну енергію їх взаємодії. У цьому випадку сили взаємодії між молекулами вельми слабо впливають на характер їх відносного руху, оскільки молекули знаходяться на досить великій відстані один від одного. У міру зменшення температури або при стисненні взаємодія молекул починає грати настільки істотну роль, що газ в Врешті-решт переходить в конденсована стан - рідина.
В рідини середня енергія взаємодії молекул приблизно дорівнює середній енергії теплового руху. Тепловий рух порушує зв'язок між молекулами і призводить до переміщення їх відносно один одного усередині об'єму рідини. В зв'язку з цим рідина приймає форму посудини, в який вона поміщена.
Під твердими тілами зазвичай маються на увазі кристали, характерною особливістю яких є регулярне розташування в них атомів або іонів. Про сукупності точок, в яких розташовані атомні ядра, говорять як про кристалічної решіт...
