Урок 2. Агрегатные состояния вещества - Материалы к изучению

Все мы привыкли к таким простым явлениям как туман, дождь, снег или град? Все это агрегатное состояние воды. Так почему же внешние условия могут влиять на  агрегатное состояние воды?

Для начала давайте разберемся, что из себя представляет вода. Для этого заглянем в стакан с водой. Множество молекул воды, состоящие из атома кислорода и двух атомов водорода находятся на небольшом расстоянии друг от друга.  Это расстояние приблизительно равна размерам самой молекулы. 

Каждая молекула обладает определенной энергией, которая позволяет им держаться вместе. Постоянно сталкиваясь между собой они колеблются и перемещаются на небольшое расстояние, при этом молекулы не разбегаются, так как сила отталкивания молекул и сила взаимного притяжения равны.  Жидкости текучи, так как внешние силы не влияют на перемещение молекул внутри. Но при этом жидкости практически несжимаемы, так как при оказании давления сила отталкивания сильно увеличивается. 

А теперь подведем тепло, то есть нагреем стакан с водой. С этого момента каждая частица начинает получать дополнительную энергию. Полученная энергия дает им возможность отдаляться друг от друга на большие расстояния. И наступает момент, когда полученная энергия позволяет каждой молекуле вырваться из системы. В этот момент вода превращается в пар, то есть переходит в газообразное состояние. В газах молекулы двигаются свободно, хаотично. Ударяясь друг от друга они меняют свое направление. Расстояние между молекулами превышает их собственный размер в несколько раз, поэтому силы взаимного притяжения очень малы. Следовательно, они могут перемещаться на любые расстояния и занимать весь объем. Газы могут принимать любой объем, сжиматься и расширяться. Это связано с тем, что при оказании воздействия расстояние между молекулами может меняться. 

А теперь давайте рассмотрим, что произойдет, если охладить наш стакан с водой. При понижении температуры энергия частиц уменьшается. В этом случае частицы как бы замерзают и для того, чтобы экономить свою энергию они сбиваются в «кучу». Расстояние между частицами становится равным размеру самих частиц. Их движения ограничиваются колебанием около определенного положения равновесия. В этом случае при сжатии возникают силы отталкивания между молекулами и поэтому они обладают не сжимаемостью, то есть сохраняют свою форму. 

Чтобы понять существенное различие между этими агрегатными состояниями, давайте представим различные группы людей. Газ можно представить как футбольную команду во время игры. Игроки двигаются все время хаотично в различных направлениях. Нельзя предугадать местоположения любого игрока в определенный момент. При этом они могут занимать всю игровую площадку или собраться в определенном месте.  Что касается жидкости, то предлагаю сравнить с учениками во время урока. Каждый занимает определенное место, может поворачиваться, наклоняться, но только на своем месте. При этом расстояние между учениками может незначительно сокращаться или увеличиваться.

 Расположение частиц в твердом теле похоже на отряд военных во время демонстрации торжественного марша. Солдаты имеют строго фиксированное расстояние между собой, которое они не должны нарушать.