30 279 subscribers

Секреты про агрегатные состояния вещества, о которых вам не рассказали

1,9k full reads

Агрегатные состояния вещества - одна из первых тем в курсе физики. На момент её изучения ученики не понимают зачем им всё это нужно, а важность остаётся в стороне. Вот только неплохо бы знать несколько интересных подробностей, которые ответят на множество вопросов в дальнейшем. Дочитайте до конца и узнаете каких именно!

Это просто шарик, который проткнули иголкой :)
Это просто шарик, который проткнули иголкой :)

Кратко про агрегатные состояния вещества

Для тех, кто совсем позабыл о чём сейчас пойдет речь, напомню, что все вещества находятся в одном из трёх агрегатных состояний. Это кристаллическое тело, жидкость или газ.

Агрегатные состояния отличаются набором значимых характеристик и типичными свойствам. Ведь наверное читатель помнит про отчёты у доски, где нужно было сказать, например, что газ не имеет ни формы, ни постоянного объема и получить пятёрку :) Это основные свойства, которые я бы отнёс к умозрительным. Ведь спорить с тем, что твёрдые тела имеют специфику сохранять форму, наверное странно.

Между тем, есть в этом разделе и более важная информация, нежели очевидные физические свойства у каждого из состояний. Речь идёт про наличие у каждого состояния специфической структуры с определенными расстояниями между частицами, их особым взаимным расположением, особенностями движения и способностью взаимодействовать между собой. Несмотря на то, что информация кажется относительно бесполезной, именно особая структура определяет ряд свойств каждого из состояний. А ещё, вещества способны переходить из одного состояния в другое.

Агрегатные состояния вещества
Агрегатные состояния вещества

На всякий случай напомню, что на картинке с агрегатными состояниями отмечены молекулы, расположенные определённым образом.

Тут стоило бы многое рассказать, но предположим, что основное вы вспомнили и будем переходить к более интересным моментам.

Три агрегатных состояния вещества?

Почему-то в голове прочно сидит формулировка. "Три агрегатных состояния вещества". Оно и верно. Наверное сначала вопрос сильно упрощается, чтобы люди могли вникнуть в тему. Но первый секрет, который мы отметим - агрегатных состояний можно выделить гораздо больше, чем три.

Сразу вспоминаются плазма и аморфные тела.

В отличие от твёрдого агрегатного состояния, аморфные тела обладают частично упорядоченной структурой, а частично - структурой похожей на жидкость. Например, стандартное оконное стекло - это аморфное тело. Мы трогаем его руками и ощущаем, что оно твёрдое, то есть сохраняет форму и объем. Но в структуре там "кисель".

Сравнительная структура
Сравнительная структура

Следующее нестандартное состояние, которое вполне себе претендует на звание агрегатного - это плазма.

Плазма - это ионизированный газ. То есть пар, который "перегрели" до бешенных температур и заставили частицы проявлять новые свойства. Фишка именно в ионизации частиц. Это означает, что электронов в основном атоме или добавили, или убавили. Отсюда и всякого рода красивые взаимодействия плазмы с чем-либо. Кстати, нагрев до высоких температур - не единственный способ получить плазму, но мы сейчас не об этом.

Сравнение газа и плазмы
Сравнение газа и плазмы

Получается, агрегатных состояний уже, как минимум пять, а не три :)

Но помимо этих, в общем-то, наслышанных состояний, есть и ещё множество состояний вещества, которые по общим признакам могут относиться к агрегатным.

Например, это нейтронное состояние или глазма. Ещё есть конденсат Бозе-Эйнштейна и прочие интересные состояния. Даже темная материя может в итоге быть отнесена к агрегатным состояниям. Полезно тут ознакомиться с развернутой статьей.

Теперь самое интересное. Ведь что-то да определяет состояние вещества? Что же это такое?

От чего зависит агрегатное состояние вещества?

Многие помнят, что агрегатные состояние есть. Но вот только почему вещество находится в том или ином состоянии сказать не могу. И в общем-то, это второй секрет, о котором мы поговорим.

Агрегатное состояние зависит от температуры и давления. Но почему при этом оно всё работает примерно так и как влияют эти характеристики?

Оказывается, ключом к пониманию проблемы является одно простое и емкое слово - энергия. Для того, чтобы вещества могли находиться в том или ином состоянии, между частицами должны сохраняться связи. Они должны иметь определённую силу. На это и требуется некоторая энергия. Вопрос связи коротко раскрыть тут не получится. Ведь связей и взаимодействий существует огромное множество, поэтому попробуем провести простую аналогию.

Энергия, одна из её форм
Энергия, одна из её форм

Представьте себе мячики с магнитными свойствами, которые разбросаны по полу. Эти мячики могут отталкиваться и притягиваться. Они находятся в постоянном движении, что эквивалентно тепловому движению частиц. Но для того, чтобы они притянулись, нужно расположить их на определенном расстоянии друг от друга. При этом, для того, чтобы мячики удержали такую связь, нужно, чтобы у них хватило на это энергии. Вот в случае газа такой энергии не достаточно и мячики болтаются сами по себе, занимая весь свободный объем.

Если сейчас сдавить комнату, где они мотаются, то шансов зацепиться друг за друга магнитным притяжением у мячиков будет больше. Имеющейся энергии будет хватать на стабильную связь и она превысит силы при тепловом движении. Такое движение уже не оторвёт мячик от привычного места. Ну а если энергии будет совсем много, то получится устойчивая связь, характерная для твёрдого или кристаллического тела.

И теперь понятно, каким образом температура влияет на агрегатные состояния. Лёд потому и кристаллизуется. Ведь энергии частиц льда при низкой температуре уже недостаточно, чтобы порвать связи, а потому связей всё больше и тел остановится твердым.

Это объясняет и существование "дополнительных состояний". Что такое аморфное состояние? Это недотвердое и пережидкое состояние, в котором энергии хватило лишь на частичное образование прочных устойчивых механически связей.

Иными словами, важно запомнить одно - всё идёт от энергии! Почему-то этот момент часто упускается из вида при изучении курса.

Пожалуйста, подпишитесь на проект, оцените статью лайком и напишите комментарий! Сейчас это очень важно для выживания проекта!

Статьи по теме на моем канале:

Ещё кое-что полезное: