Физика 8. Объяснение свойств твёрдого, жидкого и газообразного состояний вещества на основе МКТ

Главная мысль урока

Свойства вещества зависят от расстояний между частицами, сил их взаимодействия и характера движения. Один и тот же материал может переходить из твёрдого состояния в жидкое или газообразное, если изменяются температура и другие условия.

Молекулярно-кинетическая модель

Молекулярно-кинетическая теория основывается на трёх положениях:

1. Все вещества состоят из частиц.
2. Частицы непрерывно и беспорядочно движутся.
3. Частицы взаимодействуют друг с другом.

Размеры промежутков и сила взаимодействия частиц определяют, сохраняет ли тело форму и объём, легко ли оно сжимается и может ли течь.

Твёрдое состояние

В твёрдом теле частицы расположены близко друг к другу. Силы притяжения удерживают их около определённых положений. Частицы не покоятся полностью, а совершают колебания около положения равновесия.

Поэтому твёрдое тело:

• сохраняет собственную форму;
• сохраняет объём;
• почти не сжимается;
• может сопротивляться деформации.

В кристаллах частицы расположены упорядоченно, образуя кристаллическую решётку. В аморфных телах дальнего порядка нет, хотя частицы также находятся близко и связаны силами взаимодействия.

Жидкое состояние

В жидкости частицы расположены близко, но не закреплены в постоянных положениях. Они могут перемещаться и обмениваться соседями, поэтому жидкость течёт и принимает форму сосуда.

Жидкость:

• сохраняет объём;
• не сохраняет форму;
• обладает текучестью;
• слабо сжимается.

Поверхность жидкости в открытом сосуде устанавливается горизонтально. Сохранение объёма объясняется тем, что расстояния между частицами остаются небольшими, а текучесть — возможностью частиц перемещаться относительно друг друга.

Газообразное состояние

В газе расстояния между частицами намного больше размеров самих частиц. Силы взаимодействия на больших расстояниях обычно малы, поэтому частицы свободно движутся и сталкиваются.

Газ:

• не сохраняет форму;
• не сохраняет объём;
• занимает весь доступный сосуд;
• легко сжимается;
• оказывает давление на стенки сосуда.

Давление возникает из-за ударов движущихся частиц о стенки. При повышении температуры средняя скорость движения частиц увеличивается, поэтому при неизменном объёме давление газа обычно возрастает.

Сравнение состояний

Переходы между состояниями

При нагревании увеличивается энергия движения частиц. Если частицы получают достаточно энергии, вещество может перейти в другое состояние:

• плавление — переход из твёрдого состояния в жидкое;
• парообразование — переход из жидкого состояния в газообразное;
• конденсация — переход газа в жидкость;
• кристаллизация — переход жидкости в твёрдое состояние.

При охлаждении движение частиц в среднем становится менее интенсивным, а силы взаимодействия сильнее влияют на их расположение.

Примеры объяснения свойств

Почему газ заполняет весь сосуд? Частицы газа движутся во всех направлениях и почти не удерживаются друг возле друга, поэтому постепенно занимают весь доступный объём.

Почему жидкость принимает форму сосуда? Частицы жидкости могут перемещаться относительно друг друга, но остаются близко, поэтому объём сохраняется, а форма меняется.

Почему твёрдое тело сохраняет форму? Частицы колеблются около устойчивых положений и не могут свободно перемещаться по всему телу.

Главное

• Свойства вещества объясняются движением и взаимодействием его частиц.
• Твёрдое тело сохраняет форму и объём, потому что частицы колеблются около устойчивых положений.
• Жидкость сохраняет объём, но принимает форму сосуда, потому что её частицы могут перемещаться.
• Газ не сохраняет форму и объём: его частицы свободно движутся на больших расстояниях.
• Нагревание и охлаждение могут вызывать переходы вещества между состояниями.

Вопросы и задания

1. Какие положения лежат в основе молекулярно-кинетической теории?
2. Почему твёрдое тело сохраняет форму?
3. Почему жидкость текуча, но почти не сжимается?
4. Почему газ легко сжимается и заполняет весь сосуд?
5. Объясните давление газа на стенки сосуда с точки зрения движения частиц.
6. Определите состояние вещества: частицы расположены близко, колеблются около положений равновесия, форма и объём сохраняются.
7. Назовите переходы: лёд превращается в воду; водяной пар превращается в воду.