Tre gjendje grumbullimi: të ngurta dhe të lëngëta. Ndryshimet në gjendjet agregate të materies

Gjendja e grumbullimit të një lënde zakonisht quhet aftësia e saj për të ruajtur formën dhe vëllimin e saj. Një veçori shtesë janë metodat e kalimit të një substance nga një gjendje grumbullimi në një tjetër. Në bazë të kësaj dallohen tri gjendje grumbullimi: të ngurtë, të lëngët dhe të gaztë. Karakteristikat e tyre të dukshme janë:

Një trup i fortë ruan formën dhe vëllimin. Mund të shndërrohet ose në një lëng duke shkrirë ose drejtpërdrejt në një gaz me sublimim.
- Lëng – ruan volumin, por jo formën, pra ka rrjedhshmëri. Lëngu i derdhur tenton të përhapet pafundësisht mbi sipërfaqen në të cilën derdhet. Një lëng mund të bëhet i ngurtë nga kristalizimi, dhe një gaz nga avullimi.
- Gazi – nuk ruan as formën, as vëllimin. Gazi jashtë çdo kontejneri tenton të zgjerohet pafundësisht në të gjitha drejtimet. Vetëm graviteti mund ta pengojë atë ta bëjë këtë, për shkak të së cilës atmosfera e tokës nuk shpërndahet në hapësirë. Gazi kalon në një lëng me kondensim, dhe drejtpërdrejt në një të ngurtë me sedimentim.

Tranzicionet fazore

Kalimi i një substance nga një gjendje grumbullimi në një tjetër quhet kalim fazor, pasi gjendja shkencore e grumbullimit është faza e një substance. Për shembull, uji mund të ekzistojë në fazën e ngurtë (akulli), të lëngët (ujë i thjeshtë) dhe në fazën e gaztë (avulli i ujit).

Shembulli i ujit është gjithashtu i demonstruar mirë. I varur në oborr për t'u tharë në një ditë të ftohtë dhe pa erë, ngrin menjëherë, por pas ca kohësh rezulton të jetë i thatë: akulli sublimohet, duke u shndërruar drejtpërdrejt në avull uji.

Si rregull, një kalim fazor nga një gjendje e ngurtë në një lëng dhe gaz kërkon ngrohje, por temperatura e mediumit nuk rritet: energjia termike shpenzohet për thyerjen e lidhjeve të brendshme në substancë. Kjo është e ashtuquajtura nxehtësi latente. Gjatë tranzicionit fazor të kundërt (kondensimi, kristalizimi), kjo nxehtësi lirohet.

Kjo është arsyeja pse djegiet me avull janë kaq të rrezikshme. Kur bie në kontakt me lëkurën, ajo kondensohet. Nxehtësia latente e avullimit/kondensimit të ujit është shumë e lartë: uji në këtë drejtim është një substancë anormale; Kjo është arsyeja pse jeta në Tokë është e mundur. Në një djegie me avull, nxehtësia latente e kondensimit të ujit "përvëlon" zonën e djegur shumë thellë, dhe pasojat e një djegie me avull janë shumë më të rënda sesa nga një flakë në të njëjtën zonë të trupit.

Pseudofazat

Rrjedhshmëria e fazës së lëngshme të një substance përcaktohet nga viskoziteti i saj, dhe viskoziteti përcaktohet nga natyra e lidhjeve të brendshme, të cilat diskutohen në seksionin vijues. Viskoziteti i lëngut mund të jetë shumë i lartë dhe një lëng i tillë mund të rrjedhë pa u vënë re nga syri.

Një shembull klasik është xhami. Nuk është një lëng i ngurtë, por shumë viskoz. Ju lutemi vini re se fletët e qelqit në magazina nuk ruhen kurrë të mbështetura diagonalisht pas murit. Brenda pak ditësh do të përkulen nën peshën e tyre dhe do të jenë të papërshtatshme për konsum.

Lëndë të tjera pseudo të ngurta janë lustrim këpucësh dhe katran ndërtimi. Nëse harroni pjesën këndore në çati, gjatë verës ajo do të përhapet në një tortë dhe do të ngjitet në bazë. Trupat pseudo të ngurtë mund të dallohen nga ata realë për nga natyra e shkrirjes: ato reale me të ose ruajnë formën e tyre derisa të përhapen menjëherë (bashkohen me), ose notojnë, duke lëshuar pellgje dhe përrenj (akulli). Dhe lëngjet shumë viskoze zbuten gradualisht, si katrani ose bitumi.

Plastika është lëngje jashtëzakonisht viskoze, rrjedhshmëria e të cilave nuk është e dukshme për shumë vite dhe dekada. Aftësia e tyre e lartë për të mbajtur formën sigurohet nga pesha e madhe molekulare e polimereve, mijëra e miliona atome hidrogjeni.

Struktura fazore e materies

Në fazën e gazit, molekulat ose atomet e një lënde janë shumë larg njëra-tjetrës, shumë herë më e madhe se distanca ndërmjet tyre. Ata ndërveprojnë me njëri-tjetrin herë pas here dhe në mënyrë të parregullt, vetëm gjatë përplasjeve. Vetë ndërveprimi është elastik: ata u përplasën si topa të fortë dhe u shpërndanë menjëherë.

Në një lëng, molekulat/atomet vazhdimisht "ndiejnë" njëri-tjetrin për shkak të lidhjeve shumë të dobëta të një natyre kimike. Këto lidhje thyhen gjatë gjithë kohës dhe rivendosen menjëherë, molekulat e lëngut lëvizin vazhdimisht në lidhje me njëra-tjetrën, kjo është arsyeja pse lëngu rrjedh; Por për ta kthyer atë në gaz, duhet të thyeni të gjitha lidhjet menjëherë dhe kjo kërkon shumë energji, prandaj lëngu ruan vëllimin e tij.

Në këtë drejtim, uji ndryshon nga substancat e tjera në atë që molekulat e tij në lëng janë të lidhura me të ashtuquajturat lidhje hidrogjenore, të cilat janë mjaft të forta. Prandaj, uji mund të jetë një lëng në një temperaturë normale për jetën. Shumë substanca me një peshë molekulare dhjetëra e qindra herë më të madhe se ajo e ujit janë gaze në kushte normale, si gazi i zakonshëm shtëpiak.

Në një trup të ngurtë, të gjitha molekulat e tij janë fort në vend për shkak të lidhjeve të forta kimike midis tyre, duke formuar një rrjetë kristali. Kristalet me formë të rregullt kërkojnë kushte të veçanta për rritjen e tyre dhe për këtë arsye janë të rralla në natyrë. Shumica e trupave të ngurtë janë konglomerate kristalesh të vegjël dhe të vegjël - kristalitë - të lidhur fort nga forcat mekanike dhe elektrike.

Nëse lexuesi ka parë ndonjëherë, për shembull, një bosht boshti të plasaritur të një makine ose një grilë prej gize, atëherë kokrrat e kristaliteve në skrap janë të dukshme me sy të lirë. Dhe në fragmente prej porcelani të thyer ose enë balte ato mund të vërehen nën një xham zmadhues.

Plazma

Fizikanët identifikojnë gjithashtu një gjendje të katërt të materies - plazmën. Në plazmë, elektronet ndahen nga bërthamat atomike dhe është një përzierje e grimcave të ngarkuara elektrike. Plazma mund të jetë shumë e dendur. Për shembull, një centimetër kub plazma nga brendësia e yjeve - xhuxhët e bardhë - peshon dhjetëra e qindra tonë.

Plazma është e izoluar në një gjendje të veçantë grumbullimi sepse ndërvepron në mënyrë aktive me fushat elektromagnetike për shkak të faktit se grimcat e saj janë të ngarkuara. Në hapësirën e lirë, plazma tenton të zgjerohet, ftohet dhe shndërrohet në gaz. Por nën ndikimin, ai mund të ruajë formën dhe vëllimin e tij jashtë enës, si një trup i fortë. Kjo veti e plazmës përdoret në reaktorët e energjisë termonukleare - prototipet e termocentraleve të së ardhmes.

Përkufizimi 1

Gjendjet agregate të materies(nga latinishtja "aggrego" do të thotë "Unë shtoj", "Unë lidh") - këto janë gjendje të së njëjtës substancë në formë të ngurtë, të lëngët dhe të gaztë.

Gjatë kalimit nga një gjendje në tjetrën, vërehet një ndryshim i menjëhershëm i energjisë, entropisë, densitetit dhe vetive të tjera të substancës.

Lëngjet e ngurta dhe të lëngshme

Lëndët e ngurta- këto janë trupa që dallohen nga qëndrueshmëria e formës dhe vëllimit të tyre.

Në trupat e ngurtë, distancat ndërmolekulare janë të vogla dhe energjia potenciale e molekulave mund të krahasohet me energjinë kinetike.

Lëndët e ngurta ndahen në 2 lloje:

1. Kristalor;
2. Amorfe.

Vetëm trupat kristalorë janë në gjendje ekuilibri termodinamik. Trupat amorfë janë në fakt gjendje metastabile, të cilat në strukturë janë të ngjashme me lëngjet jo ekuilibër, që kristalizojnë ngadalë. Në një trup amorf, ndodh një proces jashtëzakonisht i ngadaltë i kristalizimit, një proces i shndërrimit gradual të substancës në fazën kristalore. Dallimi midis një kristali dhe një solidi amorf është, para së gjithash, anizotropia e vetive të tij. Vetitë e një trupi kristalor përcaktohen në varësi të drejtimit në hapësirë. Procese të ndryshme (për shembull, përçueshmëria termike, përçueshmëria elektrike, drita, zëri) përhapen në drejtime të ndryshme të një trupi të ngurtë në mënyra të ndryshme. Por trupat amorfë (për shembull, qelqi, rrëshirat, plastika) janë izotropikë, si lëngjet. I vetmi ndryshim midis trupave amorfë dhe lëngjeve është se këta të fundit janë të lëngshëm dhe në to nuk ndodhin deformime statike prerëse.

Trupat kristalorë kanë një strukturë molekulare të rregullt. Është për shkak të strukturës së saktë që kristali ka veti anizotropike. Rregullimi i saktë i atomeve në një kristal krijon atë që quhet rrjetë kristalore. Në drejtime të ndryshme, vendndodhja e atomeve në rrjetë është e ndryshme, gjë që çon në anizotropi. Atomet (jonet ose molekulat e tëra) në një rrjetë kristalore i nënshtrohen lëvizjes osciluese të rastësishme afër pozicioneve mesatare, të cilat konsiderohen si nyje të rrjetës kristalore. Sa më e lartë të jetë temperatura, aq më e lartë është energjia e dridhjeve, dhe për rrjedhojë amplituda mesatare e vibrimit. Në varësi të amplitudës së lëkundjeve, përcaktohet madhësia e kristalit. Një rritje në amplituda e dridhjeve çon në një rritje të madhësisë së trupit. Kjo shpjegon zgjerimin termik të trupave të ngurtë.

Përkufizimi 3

Trupa të lëngshëm- këto janë trupa që kanë një vëllim të caktuar, por nuk kanë një formë elastike.

Një substancë në gjendje të lëngshme karakterizohet nga ndërveprime të forta ndërmolekulare dhe kompresueshmëri e ulët. Një lëng zë një pozicion të ndërmjetëm midis një të ngurtë dhe një gazi. Lëngjet, si gazrat, kanë veti izotropike. Përveç kësaj, lëngu ka vetinë e rrjedhshmërisë. Në të, ashtu si në gazra, nuk ka sforcim tangjencial (sforcim prerës) i trupave. Lëngjet janë të rënda, domethënë, graviteti i tyre specifik mund të krahasohet me peshën specifike të trupave të ngurtë. Temperaturat afër kristalizimit, kapacitetet e tyre të nxehtësisë dhe vetitë e tjera termike janë afër vetive përkatëse të trupave të ngurtë. Në lëngje, rregullimi i atomeve vërehet në një shkallë të caktuar, por vetëm në zona të vogla. Këtu atomet gjithashtu i nënshtrohen lëvizjes vibruese pranë nyjeve të qelizës kuazikristaline, por ndryshe nga atomet në një trup të ngurtë, ato kërcejnë periodikisht nga një nyje në tjetrën. Si rezultat, lëvizja e atomeve do të jetë shumë komplekse: osciluese, por në të njëjtën kohë qendra e lëkundjeve lëviz në hapësirë.

Gazi- Kjo është një gjendje e materies në të cilën distancat ndërmjet molekulave janë të mëdha.

Forcat e ndërveprimit ndërmjet molekulave në presione të ulëta mund të neglizhohen. Grimcat e gazit mbushin të gjithë vëllimin e parashikuar për gaz. Gazrat konsiderohen si avuj shumë të mbinxehur ose të pangopur. Një lloj i veçantë i gazit është plazma (një gaz i jonizuar pjesërisht ose plotësisht në të cilin dendësia e ngarkesave pozitive dhe negative janë pothuajse të barabarta). Kjo do të thotë, plazma është një gaz i grimcave të ngarkuara që ndërveprojnë me njëra-tjetrën duke përdorur forca elektrike në një distancë të gjatë, por nuk kanë grimca në distancë të afërt dhe të largët.

Siç dihet, substancat janë të afta të kalojnë nga një gjendje grumbullimi në një tjetër.

Përkufizimi 5

Avullimiështë një proces i ndryshimit të gjendjes së grumbullimit të një lënde, në të cilën molekulat fluturojnë nga sipërfaqja e një lëngu ose të ngurtë, energjia kinetike e së cilës transformon energjinë potenciale të bashkëveprimit midis molekulave.

Avullimi është një tranzicion fazor. Avullimi shndërron një pjesë të një lëngu ose të ngurtë në avull.

Përkufizimi 6

Një substancë në gjendje të gaztë që është në ekuilibër dinamik me një lëng quhet e ngopur traget. Në këtë rast, ndryshimi në energjinë e brendshme të trupit është i barabartë me:

∆ U = ± m r (1) ,

ku m është masa e trupit, r është nxehtësia specifike e avullimit (J l / k g).

Përkufizimi 7

Kondensimiështë një proces i kundërt me avullimin.

Ndryshimi në energjinë e brendshme llogaritet duke përdorur formulën (1).

Përkufizimi 8

Shkrirjaështë procesi i shndërrimit të një lënde nga një gjendje e ngurtë në një të lëngshme, procesi i ndryshimit të gjendjes agregate të një lënde.

Kur një substancë nxehet, energjia e saj e brendshme rritet, prandaj rritet shpejtësia e lëvizjes termike të molekulave. Kur një substancë arrin pikën e shkrirjes, rrjeta kristalore e lëndës së ngurtë shkatërrohet. Lidhjet midis grimcave gjithashtu shkatërrohen dhe energjia e ndërveprimit midis grimcave rritet. Nxehtësia që transferohet në trup shkon për të rritur energjinë e brendshme të këtij trupi, dhe një pjesë e energjisë shpenzohet për të bërë punë për të ndryshuar vëllimin e trupit kur ai shkrihet. Për shumë trupa kristalorë, vëllimi rritet kur shkrihet, por ka përjashtime (për shembull, akulli, gize). Trupat amorfë nuk kanë një pikë shkrirjeje specifike. Shkrirja është një tranzicion fazor, i cili karakterizohet nga një ndryshim i menjëhershëm i kapacitetit të nxehtësisë në temperaturën e shkrirjes. Pika e shkrirjes varet nga substanca dhe mbetet konstante gjatë gjithë procesit. Atëherë ndryshimi në energjinë e brendshme të trupit është i barabartë me:

∆ U = ± m λ (2) ,

ku λ është nxehtësia specifike e shkrirjes (J l/k g).

Përkufizimi 9

Kristalizimiështë procesi i kundërt i shkrirjes.

Ndryshimi në energjinë e brendshme llogaritet duke përdorur formulën (2).

Ndryshimi në energjinë e brendshme të secilit trup të sistemit kur nxehet ose ftohet llogaritet me formulën:

∆ U = m c ∆ T (3) ,

ku c është kapaciteti termik specifik i substancës, J k g K, △ T është ndryshimi i temperaturës së trupit.

Përkufizimi 10

Kur merren parasysh shndërrimet e substancave nga një gjendje grumbullimi në një tjetër, nuk mund të bëhet pa të ashtuquajturat. ekuacionet e bilancit të nxehtësisë: sasia totale e nxehtësisë që çlirohet në një sistem të izoluar termik është e barabartë me sasinë e nxehtësisë (totali) që përthithet në këtë sistem.

Q 1 + Q 2 + Q 3 + . . . + Q n = Q " 1 + Q " 2 + Q " 3 +... + Q " k.

Në thelb, ekuacioni i bilancit të nxehtësisë është ligji i ruajtjes së energjisë për proceset e transferimit të nxehtësisë në sistemet e izoluara termikisht.

Shembulli 1

Një enë e izoluar termikisht përmban ujë dhe akull me një temperaturë t i = 0 °C. Masa e ujit m υ dhe e akullit m i janë përkatësisht 0, 5 kg dhe 60 g Avulli i ujit me masë m p = 10 g futet në ujë në një temperaturë t p = 100 ° C. Sa do të jetë temperatura e ujit në enë pasi të vendoset ekuilibri termik? Në këtë rast, kapaciteti i nxehtësisë së enës nuk duhet të merret parasysh.

Foto 1

Zgjidhje

Le të përcaktojmë se çfarë procesesh ndodhin në sistem, cilat gjendje të materies kemi vëzhguar dhe çfarë kemi marrë.

Avulli i ujit kondensohet, duke lëshuar nxehtësi.

Energjia termike përdoret për të shkrirë akullin dhe, ndoshta, për të ngrohur ujin ekzistues dhe ujin e marrë nga akulli.

Para së gjithash, le të kontrollojmë se sa nxehtësi lirohet kur masa ekzistuese e avullit kondensohet:

Q p = - r m p; Q p = 2,26 10 6 10 - 2 = 2,26 10 4 (D w),

këtu nga materialet referente kemi r = 2,26 · 10 6 J k g - nxehtësia specifike e avullimit (përdoret edhe për kondensim).

Për të shkrirë akullin do t'ju duhet sasia e mëposhtme e nxehtësisë:

Q i = λ m i Q i = 6 10 - 2 3, 3 10 5 ≈ 2 10 4 (D g),

këtu nga materialet referente kemi λ = 3, 3 · 10 5 J k g - nxehtësinë specifike të shkrirjes së akullit.

Rezulton se avulli lëshon më shumë nxehtësi sesa është e nevojshme vetëm për të shkrirë akullin ekzistues, që do të thotë se e shkruajmë ekuacionin e bilancit të nxehtësisë si më poshtë:

r m p + c m p (T p - T) = λ m i + c (m υ + m i) (T - T i) .

Nxehtësia çlirohet kur avulli me masë m p kondensohet dhe uji i formuar nga avulli ftohet nga temperatura T p në T . Nxehtësia përthithet duke shkrirë akullin me masë m i dhe duke ngrohur ujin me masë m υ + m i nga temperatura T i në T. Le të shënojmë T - T i = ∆ T për diferencën T p - T marrim:

T p - T = T p - T i - ∆ T = 100 - ∆ T .

Ekuacioni i bilancit të nxehtësisë do të duket kështu:

r m p + c m p (100 - ∆ T) = λ m i + c (m υ + m i) ∆ T ; c (m υ + m i + m p) ∆ T = r m p + c m p 100 - λ m i ; ∆ T = r m p + c m p 100 - λ m i c m υ + m i + m p .

Le të bëjmë llogaritjet duke marrë parasysh faktin se kapaciteti i nxehtësisë së ujit është në tabelë

c = 4, 2 10 3 J k g K, T p = t p + 273 = 373 K, T i = t i + 273 = 273 K: ∆ T = 2, 26 10 6 10 - 2 + 4, 2 10 3 10 - 2 10 2 - 6 10 - 2 3, 3 10 5 4, 2 10 3 5, 7 10 - 1 ≈ 3 (K),

atëherë T = 273 + 3 = 276 K

Përgjigje: Temperatura e ujit në enë pasi të vendoset ekuilibri termik do të jetë 276 K.

Shembulli 2

Figura 2 tregon një seksion të izotermës që korrespondon me kalimin e një substance nga një gjendje kristalore në një gjendje të lëngshme. Çfarë i përgjigjet kësaj zone në diagramin p, T?

Vizatim 2

Përgjigje: I gjithë grupi i gjendjeve që përshkruhen në diagramin p, V nga një segment i vijës horizontale në diagramin p, T tregohet nga një pikë, e cila përcakton vlerat e p dhe T në të cilat transformimi nga një gjendje grumbullimi tek një tjetër ndodh.

Nëse vëreni një gabim në tekst, ju lutemi theksoni atë dhe shtypni Ctrl+Enter

Gjendjet agregate. Lëngjet. Fazat në termodinamikë. Tranzicionet fazore.

Ligjërata 1.16

Të gjitha substancat mund të ekzistojnë në tre gjendje grumbullimi - e ngurtë, e lëngshme Dhe të gaztë. Kalimet ndërmjet tyre shoqërohen me ndryshime të menjëhershme në një sërë vetive fizike (dendësia, përçueshmëria termike, etj.).

Gjendja e grumbullimit varet nga kushtet fizike në të cilat ndodhet substanca. Ekzistenca e disa gjendjeve të grumbullimit në një substancë është për shkak të ndryshimeve në lëvizjen termike të molekulave të saj (atomeve) dhe në ndërveprimin e tyre në kushte të ndryshme.

Gazi- gjendja e grumbullimit të një substance në të cilën grimcat nuk janë të lidhura ose janë të lidhura shumë dobët nga forcat e ndërveprimit; energjia kinetike e lëvizjes termike të grimcave të saj (molekulave, atomeve) tejkalon ndjeshëm energjinë potenciale të ndërveprimeve ndërmjet tyre, prandaj grimcat lëvizin pothuajse lirshëm, duke mbushur plotësisht enën në të cilën ndodhen dhe duke marrë formën e saj. Në gjendjen e gaztë, një substancë nuk ka as vëllimin e vet dhe as formën e vet. Çdo substancë mund të shndërrohet në gaz duke ndryshuar presionin dhe temperaturën.

E lëngshme- gjendja e grumbullimit të një lënde, e ndërmjetme midis të ngurtë dhe të gaztë. Karakterizohet nga lëvizshmëria e lartë e grimcave dhe hapësira e vogël e lirë ndërmjet tyre. Kjo bën që lëngjet të ruajnë volumin e tyre dhe të marrin formën e enës. Në një lëng, molekulat janë të vendosura shumë afër njëra-tjetrës. Prandaj, dendësia e lëngut është shumë më e madhe se dendësia e gazeve (në presion normal). Vetitë e një lëngu janë të njëjta (izotropike) në të gjitha drejtimet, me përjashtim të kristaleve të lëngëta. Kur nxehet ose zvogëlohet dendësia, vetitë e lëngut, përçueshmëria termike dhe viskoziteti ndryshojnë, si rregull, drejt vetive të gazeve.

Lëvizja termike e molekulave të lëngëta përbëhet nga një kombinim i lëvizjeve kolektive vibruese dhe kërcimeve të molekulave që ndodhin herë pas here nga një pozicion ekuilibri në tjetrin.

Trupa të ngurtë (kristalorë).- gjendja e grumbullimit të një substance, e karakterizuar nga qëndrueshmëria e formës dhe natyra e lëvizjes termike të atomeve. Kjo lëvizje është dridhja e atomeve (ose joneve) që përbëjnë solidin. Amplituda e vibrimit është zakonisht e vogël në krahasim me distancat ndëratomike.

Vetitë e lëngjeve.

Molekulat e një lënde në gjendje të lëngshme ndodhen pothuajse afër njëra-tjetrës. Ndryshe nga trupat e ngurtë kristalorë, në të cilët molekulat formojnë struktura të renditura në të gjithë vëllimin e kristalit dhe mund të kryejnë dridhje termike rreth qendrave fikse, molekulat e lëngshme kanë liri më të madhe. Çdo molekulë e një lëngu, ashtu si në një të ngurtë, është "sandwiched" nga të gjitha anët nga molekulat fqinje dhe i nënshtrohet dridhjeve termike rreth një pozicioni të caktuar ekuilibri. Megjithatë, herë pas here çdo molekulë mund të lëvizë në një vend të lirë aty pranë. Kërcimet e tilla në lëngje ndodhin mjaft shpesh; prandaj, molekulat nuk janë të lidhura me qendra specifike, si te kristalet, dhe mund të lëvizin në të gjithë vëllimin e lëngut. Kjo shpjegon rrjedhshmërinë e lëngjeve. Për shkak të ndërveprimit të fortë midis molekulave të vendosura afër, ato mund të formojnë grupe të renditura lokale (të paqëndrueshme) që përmbajnë disa molekula. Ky fenomen quhet rendit të ngushtë.

Për shkak të paketimit të dendur të molekulave, kompresueshmëria e lëngjeve, d.m.th., ndryshimi i vëllimit me një ndryshim në presion, është shumë i vogël; është dhjetëra e qindra mijëra herë më pak se në gaze. Për shembull, për të ndryshuar vëllimin e ujit me 1%, duhet të rrisni presionin afërsisht 200 herë. Kjo rritje e presionit në krahasim me presionin atmosferik arrihet në një thellësi prej rreth 2 km.

Lëngjet, si trupat e ngurtë, ndryshojnë vëllimin e tyre me ndryshimet e temperaturës. Për intervale jo shumë të mëdha të temperaturës, ndryshimi relativ në vëllim Δ V / V 0 është proporcionale me ndryshimin e temperaturës Δ T:

Koeficienti β quhet koeficienti i temperaturës së zgjerimit vëllimor. Ky koeficient për lëngjet është dhjetëra herë më i madh se për lëndët e ngurta. Për ujin, për shembull, në një temperaturë prej 20 °C β ≈ 2 10 –4 K –1, për çelikun - β st ≈ 3.6 10 –5 K –1, për xhamin kuarc - β kV ≈ 9 10 – 6 K – 1.

Zgjerimi termik i ujit ka një anomali interesante dhe të rëndësishme për jetën në Tokë. Në temperaturat nën 4 °C, uji zgjerohet me uljen e temperaturës (β< 0). Максимум плотности ρ в = 10 3 кг/м 3 вода имеет при температуре 4 °С.

Kur uji ngrin, ai zgjerohet, kështu që akulli mbetet duke lundruar në sipërfaqen e një trupi uji të ngrirë. Temperatura e ujit të ngrirë nën akull është 0 °C. Në shtresat më të dendura të ujit në fund të rezervuarit, temperatura është rreth 4 °C. Falë kësaj, jeta mund të ekzistojë në ujin e rezervuarëve të ngrirjes.

Karakteristika më interesante e lëngjeve është prania sipërfaqe e lirë. Lëngu, ndryshe nga gazrat, nuk mbush të gjithë vëllimin e enës në të cilën derdhet. Ndërmjet lëngut dhe gazit (ose avullit) formohet një ndërfaqe, e cila është në kushte të veçanta në krahasim me pjesën tjetër të lëngut. Molekulat në shtresën kufitare të një lëngu, ndryshe nga molekulat në thellësinë e tij, nuk janë të rrethuara nga molekula të tjera të të njëjtit lëng nga të gjitha anët. Forcat e bashkëveprimit ndërmolekular që veprojnë në njërën prej molekulave brenda një lëngu nga molekulat fqinje, mesatarisht kompensohen reciprokisht. Çdo molekulë në shtresën kufitare tërhiqet nga molekulat e vendosura brenda lëngut (forcat që veprojnë në një molekulë të caktuar të lëngshme nga molekulat e gazit (ose avullit) mund të neglizhohen). Si rezultat, shfaqet një forcë e caktuar rezultante, e drejtuar thellë në lëng. Molekulat sipërfaqësore tërhiqen në lëng nga forcat e tërheqjes ndërmolekulare. Por të gjitha molekulat, duke përfshirë molekulat e shtresës kufitare, duhet të jenë në një gjendje ekuilibri. Ky ekuilibër arrihet duke zvogëluar pak distancën midis molekulave të shtresës sipërfaqësore dhe fqinjëve të tyre më të afërt brenda lëngut. Ndërsa distanca midis molekulave zvogëlohet, lindin forca refuzuese. Nëse distanca mesatare ndërmjet molekulave brenda një lëngu është r 0, atëherë molekulat e shtresës sipërfaqësore janë të paketuara disi më dendur, dhe për këtë arsye ato kanë një rezervë shtesë të energjisë potenciale në krahasim me molekulat e brendshme. Duhet të kihet parasysh se për shkak të kompresueshmërisë jashtëzakonisht të ulët, prania e një shtrese sipërfaqësore të mbushur më dendur nuk çon në ndonjë ndryshim të dukshëm në vëllimin e lëngut. Nëse një molekulë lëviz nga sipërfaqja në lëng, forcat e bashkëveprimit ndërmolekular do të bëjnë punë pozitive. Përkundrazi, për të tërhequr një numër të caktuar molekulash nga thellësia e lëngut në sipërfaqe (d.m.th., të rritet sipërfaqja e lëngut), forcat e jashtme duhet të bëjë punë pozitive A e jashtme, proporcionale me ndryshimin Δ S sipërfaqja:

Koeficienti σ quhet koeficienti i tensionit sipërfaqësor (σ > 0). Kështu, koeficienti i tensionit sipërfaqësor është i barabartë me punën e kërkuar për të rritur sipërfaqen e një lëngu në temperaturë konstante me një njësi.

Në SI, koeficienti i tensionit sipërfaqësor matet në xhaul për metër katror (J/m2) ose në njuton për metër (1 N/m = 1 J/m2).

Rrjedhimisht, molekulat e shtresës sipërfaqësore të një lëngu kanë një tepricë prej energji potenciale. Energji potenciale E p e sipërfaqes së lëngshme është proporcionale me sipërfaqen e saj: (1.16.1)

Nga mekanika dihet se gjendjet e ekuilibrit të një sistemi korrespondojnë me vlerën minimale të energjisë së tij potenciale. Nga kjo rrjedh se sipërfaqja e lirë e lëngut tenton të zvogëlojë sipërfaqen e saj. Për këtë arsye, një pikë e lirë e lëngut merr një formë sferike. Lëngu sillet sikur forcat që veprojnë në mënyrë tangjenciale në sipërfaqen e tij po e kontraktojnë (tërheqin) këtë sipërfaqe. Këto forca quhen forcat e tensionit sipërfaqësor.

Prania e forcave të tensionit sipërfaqësor e bën sipërfaqen e një lëngu të duket si një film elastik i shtrirë, me të vetmin ndryshim që forcat elastike në film varen nga sipërfaqja e tij (d.m.th. nga mënyra se si filmi deformohet) dhe tensioni sipërfaqësor. forcat nuk varen nga lëngjet e sipërfaqes.

Forcat e tensionit sipërfaqësor priren të zvogëlojnë sipërfaqen e filmit. Prandaj mund të shkruajmë: (1.16.2)

Kështu, koeficienti i tensionit sipërfaqësor σ mund të përcaktohet si moduli i forcës së tensionit sipërfaqësor që vepron për njësi gjatësi të vijës që kufizon sipërfaqen ( l- gjatësia e kësaj linje).

Për shkak të veprimit të forcave të tensionit sipërfaqësor në pikat e lëngut dhe brenda flluskave të sapunit, lind presion i tepërt Δ fq. Nëse ju prerë mendërisht një rënie sferike të rrezes R në dy gjysma, atëherë secila prej tyre duhet të jetë në ekuilibër nën veprimin e forcave të tensionit sipërfaqësor të aplikuara në kufirin e prerjes me gjatësi 2π R dhe forcat e presionit të tepërt që veprojnë në zonën π R 2 seksione (Fig. 1.16.1). Kushti i ekuilibrit shkruhet si

Pranë kufirit midis një lëngu, një të ngurtë dhe një gazi, forma e sipërfaqes së lirë të lëngut varet nga forcat e ndërveprimit midis molekulave të lëngshme dhe molekulave të ngurta (ndërveprimi me molekulat e gazit (ose avullit) mund të neglizhohet). Nëse këto forca janë më të mëdha se forcat e bashkëveprimit ndërmjet molekulave të vetë lëngut, atëherë lëngu laget sipërfaqja e një të ngurtë. Në këtë rast, lëngu i afrohet sipërfaqes së ngurtës në një kënd të caktuar akut θ, karakteristik për një çift të caktuar lëngu-ngurtë. Këndi θ quhet këndi i kontaktit. Nëse forcat e bashkëveprimit ndërmjet molekulave të lëngëta tejkalojnë forcat e bashkëveprimit të tyre me molekulat e ngurta, atëherë këndi i kontaktit θ rezulton i mpirë (Fig. 1.16.2(2)). Në këtë rast thonë se lëngu nuk laget sipërfaqja e një të ngurtë. Përndryshe (kënd - akut) lëng laget sipërfaqe (Fig. 1.16.2 (1)). Në lagja e plotëθ = 0, në i plotë jo lagështθ = 180°.

Dukuritë kapilare quhet ngritja ose rënia e lëngut në tuba me diametër të vogël - kapilarët. Lëngjet njomëse ngrihen përmes kapilarëve, lëngjet jo lagësht zbresin.

Figura 1.16.3 tregon një tub kapilar me një rreze të caktuar r, i ulur në skajin e poshtëm në një lëng njomës me densitet ρ. Fundi i sipërm i kapilarit është i hapur. Ngritja e lëngut në kapilar vazhdon derisa forca e gravitetit që vepron në kolonën e lëngut në kapilar bëhet e barabartë në madhësi me rezultatin. F n forcat e tensionit sipërfaqësor që veprojnë përgjatë kufirit të kontaktit të lëngut me sipërfaqen e kapilarit: F t = F n, ku F t = mg = ρ hπ r 2 g, F n = σ2π r cos θ.

Kjo nënkupton:

Me lagështim të plotë θ = 0, cos θ = 1. Në këtë rast

Me pa lagësht plotësisht θ = 180°, cos θ = –1 dhe, për rrjedhojë, h < 0. Уровень несмачивающей жидкости в капилляре опускается ниже уровня жидкости в сосуде, в которую опущен капилляр.

Uji lag pothuajse plotësisht sipërfaqen e pastër të qelqit. Përkundrazi, merkuri nuk e lag plotësisht sipërfaqen e qelqit. Prandaj, niveli i merkurit në kapilarin e qelqit bie nën nivelin në enë.

Unë mendoj se të gjithë i dinë 3 gjendjet kryesore të materies: të lëngëta, të ngurta dhe të gazta. Ne i hasim këto gjendje të materies çdo ditë dhe kudo. Më shpesh ato konsiderohen duke përdorur shembullin e ujit. Gjendja e lëngshme e ujit është më e njohur për ne. Ne vazhdimisht pimë ujë të lëngshëm, ai rrjedh nga rubineti ynë, dhe ne vetë jemi 70% ujë të lëngshëm. Gjendja e dytë fizike e ujit është akulli i zakonshëm, të cilin e shohim në rrugë në dimër. Uji është gjithashtu i lehtë për tu gjetur në formë të gaztë në jetën e përditshme. Në gjendje të gaztë, uji është, siç e dimë të gjithë, avull. Mund të shihet kur, për shembull, ziejmë një kazan. Po, është në 100 gradë që uji ndryshon nga i lëngët në i gaztë.

Këto janë tre gjendjet e materies që janë të njohura për ne. Por a e dini se në të vërtetë janë 4 prej tyre? Unë mendoj se të gjithë e kanë dëgjuar fjalën " plazma" Dhe sot dua që ju të mësoni më shumë për plazmën - gjendjen e katërt të materies.

Plazma është një gaz i jonizuar pjesërisht ose plotësisht me densitet të barabartë të ngarkesave pozitive dhe negative. Plazma mund të merret nga gazi - nga gjendja e 3-të e grumbullimit të një substance me ngrohje të fortë. Gjendja e grumbullimit në përgjithësi, në fakt, varet plotësisht nga temperatura. Gjendja e parë e grumbullimit është temperatura më e ulët në të cilën trupi mbetet i ngurtë, gjendja e dytë e grumbullimit është temperatura në të cilën trupi fillon të shkrihet dhe bëhet i lëngshëm, gjendja e tretë e grumbullimit është temperatura më e lartë, në të cilën substanca bëhet një gaz. Për çdo trup, substancë, temperatura e kalimit nga një gjendje grumbullimi në një tjetër është krejtësisht e ndryshme, për disa është më e ulët, për disa është më e lartë, por për të gjithë është rreptësisht në këtë sekuencë. Në cilën temperaturë një substancë shndërrohet në plazmë? Meqenëse kjo është gjendja e katërt, do të thotë se temperatura e kalimit në të është më e lartë se ajo e çdo të mëparshme. Dhe me të vërtetë është. Për të jonizuar një gaz, kërkohet një temperaturë shumë e lartë. Temperatura më e ulët dhe plazma e ulët e jonizuar (rreth 1%) karakterizohet nga një temperaturë deri në 100 mijë gradë. Në kushte tokësore, plazma e tillë mund të vërehet në formën e vetëtimës. Temperatura e kanalit të rrufesë mund të kalojë 30 mijë gradë, që është 6 herë më e lartë se temperatura e sipërfaqes së Diellit. Nga rruga, Dielli dhe të gjithë yjet e tjerë janë gjithashtu plazma, më shpesh me temperaturë të lartë. Shkenca vërteton se rreth 99% e të gjithë materies në Univers është plazma.

Ndryshe nga plazma me temperaturë të ulët, plazma me temperaturë të lartë ka pothuajse 100% jonizues dhe një temperaturë deri në 100 milionë gradë. Kjo është vërtet një temperaturë yjore. Në Tokë, plazma e tillë gjendet vetëm në një rast - për eksperimentet e shkrirjes termo-bërthamore. Kontrolli i reaksionit është mjaft kompleks dhe me energji intensive, por reagimi i pakontrolluar është mjaft i hershëm - sillet si një armë me fuqi kolosale - një bombë termo-bërthamore, e testuar nga BRSS më 12 gusht 1953.

Plazma klasifikohet jo vetëm nga temperatura dhe shkalla e jonizimit, por edhe nga dendësia dhe pothuajse neutraliteti. Kolokimi dendësia e plazmës zakonisht do të thotë dendësia e elektroneve, pra numri i elektroneve të lira për njësi vëllimi. Epo, me këtë, mendoj se gjithçka është e qartë. Por jo të gjithë e dinë se çfarë është kuazi-neutraliteti. Kuazineutraliteti i plazmës është një nga vetitë më të rëndësishme të saj, e cila konsiston në barazinë pothuajse të saktë të densitetit të joneve pozitive dhe elektroneve të përfshira në përbërjen e saj. Për shkak të përçueshmërisë së mirë elektrike të plazmës, ndarja e ngarkesave pozitive dhe negative është e pamundur në distanca më të mëdha se gjatësia e Debye dhe në kohë më të mëdha se periudha e lëkundjeve të plazmës. Pothuajse e gjithë plazma është pothuajse neutrale. Një shembull i një plazme jo-kuazi-neutrale është një rreze elektronike. Sidoqoftë, dendësia e plazmave jo neutrale duhet të jetë shumë e vogël, përndryshe ato do të kalbet shpejt për shkak të zmbrapsjes së Kulombit.

Ne kemi parë shumë pak shembuj tokësorë të plazmës. Por ka mjaft prej tyre. Njeriu ka mësuar të përdorë plazmën për përfitimin e tij. Falë gjendjes së katërt agregate të materies, ne mund të përdorim llambat e shkarkimit të gazit, televizorët plazma, zoo-rami, saldimi me hark elektrik, lazer-rami. Llambat fluoreshente konvencionale të shkarkimit të gazit janë gjithashtu plazma. Ekziston edhe një llambë plazma në botën tonë. Përdoret kryesisht në shkencë për të studiuar dhe, më e rëndësishmja, për të parë disa nga fenomenet më komplekse të plazmës, duke përfshirë filamentimin. Një fotografi e një llambë të tillë mund të shihet në foton më poshtë:

Përveç pajisjeve të plazmës shtëpiake, plazma natyrale gjithashtu mund të shihet shpesh në Tokë. Ne kemi folur tashmë për një nga shembujt e saj. Kjo është rrufe. Por përveç rrufesë, fenomenet e plazmës mund të quhen dritat veriore, "zjarri i Shën Elmos", jonosfera e Tokës dhe, natyrisht, zjarri.

Vini re se zjarri, rrufeja dhe manifestimet e tjera të plazmës, siç e quajmë ne, digjen. Çfarë e shkakton një emetim kaq të shndritshëm të dritës nga plazma? Shkëlqimi i plazmës shkaktohet nga kalimi i elektroneve nga një gjendje me energji të lartë në një gjendje me energji të ulët pas rikombinimit me jonet. Ky proces rezulton në rrezatim me një spektër që korrespondon me gazin e ngacmuar. Kjo është arsyeja pse plazma shkëlqen.

Do të doja të flisja pak edhe për historinë e plazmës. Në fund të fundit, një herë e një kohë vetëm substanca të tilla si përbërësi i lëngshëm i qumështit dhe përbërësi i pangjyrë i gjakut quheshin plazma. Gjithçka ndryshoi në 1879. Pikërisht në atë vit shkencëtari i famshëm anglez William Crookes, teksa studionte përçueshmërinë elektrike në gaze, zbuloi fenomenin e plazmës. Vërtetë, kjo gjendje e materies u quajt plazma vetëm në vitin 1928. Dhe këtë e bëri Irving Langmuir.

Si përfundim, dua të them se një fenomen kaq interesant dhe misterioz si rrufeja e topit, për të cilën kam shkruar më shumë se një herë në këtë faqe, është, natyrisht, një plazmoid, si rrufeja e zakonshme. Ky është ndoshta plazmoidi më i pazakontë nga të gjitha fenomenet e plazmës tokësore. Në fund të fundit, ekzistojnë rreth 400 teori të ndryshme rreth rrufesë së topit, por asnjëra prej tyre nuk është njohur si vërtetë e saktë. Në kushte laboratorike, fenomene të ngjashme, por afatshkurtra u morën në disa mënyra të ndryshme, kështu që çështja e natyrës së rrufesë së topit mbetet e hapur.

Plazma e zakonshme, natyrisht, u krijua edhe në laboratorë. Kjo dikur ishte e vështirë, por tani një eksperiment i tillë nuk është veçanërisht i vështirë. Meqenëse plazma ka hyrë fort në arsenalin tonë të përditshëm, ata po eksperimentojnë shumë mbi të në laboratorë.

Zbulimi më interesant në fushën e plazmës ishin eksperimentet me plazmën në gravitet zero. Rezulton se plazma kristalizohet në vakum. Ndodh kështu: grimcat e ngarkuara të plazmës fillojnë të zmbrapsin njëra-tjetrën, dhe kur kanë një vëllim të kufizuar, ato zënë hapësirën që u është caktuar, duke u shpërndarë në drejtime të ndryshme. Kjo është mjaft e ngjashme me një rrjetë kristali. A nuk do të thotë kjo se plazma është lidhja mbyllëse midis gjendjes së parë të materies dhe gjendjes së tretë? Në fund të fundit, ajo bëhet plazma për shkak të jonizimit të gazit, dhe në vakum plazma përsëri bëhet e ngurtë. Por ky është vetëm supozimi im.

Kristalet e plazmës në hapësirë ​​kanë gjithashtu një strukturë mjaft të çuditshme. Kjo strukturë mund të vëzhgohet dhe studiohet vetëm në hapësirë, në vakum real të hapësirës. Edhe nëse krijoni një vakum në Tokë dhe vendosni plazmën atje, graviteti thjesht do të ngjesh të gjithë "fotografinë" që formohet brenda. Në hapësirë, kristalet e plazmës thjesht ngrihen, duke formuar një strukturë tre-dimensionale tre-dimensionale të një forme të çuditshme. Pas dërgimit të rezultateve të vëzhgimit të plazmës në orbitë tek shkencëtarët në Tokë, rezultoi se vorbullat në plazmë përsërisin çuditërisht strukturën e galaktikës sonë. Kjo do të thotë se në të ardhmen do të jetë e mundur të kuptohet se si lindi galaktika jonë duke studiuar plazmën. Fotografitë e mëposhtme tregojnë të njëjtën plazmë të kristalizuar.

Kjo është gjithçka që do të doja të them në temën e plazmës. Shpresoj t'ju interesojë dhe të befasojë. Në fund të fundit, ky është me të vërtetë një fenomen i mahnitshëm, ose më mirë një gjendje - gjendja e 4-të e materies.

Objektivat e mësimit:

• thelloni dhe përgjithësoni njohuritë për gjendjet agregate të materies, studioni se në çfarë gjendje mund të ekzistojnë substancat.

Objektivat e mësimit:

Edukative - formuloni një ide për vetitë e lëndëve të ngurta, gazeve, lëngjeve.

Zhvillimore - zhvillimi i aftësive të të folurit të studentëve, analiza, përfundime mbi materialin e mbuluar dhe studiuar.

Edukative - futja e punës mendore, krijimi i të gjitha kushteve për të rritur interesin për lëndën e studiuar.

Termat kryesore:

Gjendja e grumbullimit- kjo është një gjendje e materies që karakterizohet nga veti të caktuara cilësore: - aftësia ose pamundësia për të ruajtur formën dhe vëllimin; - prania ose mungesa e rendit me rreze të shkurtër dhe të gjatë; - nga të tjerët.

Fig.6. Gjendja agregate e një lënde kur ndryshon temperatura.

Kur një substancë kalon nga një gjendje e ngurtë në një gjendje të lëngshme, kjo quhet shkrirje, procesi i kundërt quhet kristalizimi. Kur një substancë kalon nga një lëng në një gaz, ky proces quhet avullim, dhe në një lëng nga një gaz - kondensim. Dhe kalimi direkt në gaz nga një solid, duke anashkaluar lëngun, është sublimimi, procesi i kundërt është desublimimi.

1.Kristalizimi; 2. Shkrirja; 3. Kondensimi; 4. Avullim;

5. Sublimimi; 6. Desublimimi.

Ne i shohim këto shembuj të tranzicioneve gjatë gjithë kohës në jetën e përditshme. Kur akulli shkrihet, ai kthehet në ujë, dhe uji nga ana e tij avullon, duke krijuar avull. Nëse e shikojmë në drejtim të kundërt, avulli, duke u kondensuar, fillon të kthehet përsëri në ujë, dhe uji, nga ana tjetër, ngrin dhe bëhet akull. Era e çdo trupi të ngurtë është sublimim. Disa molekula ikin nga trupi dhe formohet një gaz, i cili lëshon erën. Një shembull i procesit të kundërt janë modelet në xhami në dimër, kur avulli në ajër ngrin dhe vendoset në xhami.

Videoja tregon një ndryshim në gjendjen e grumbullimit të një substance.

Blloku i kontrollit.

1.Pas ngrirjes, uji u kthye në akull. A ndryshuan molekulat e ujit?

2. Eteri mjekësor përdoret në ambiente të mbyllura. Dhe për shkak të kësaj, zakonisht vjen era e fortë e tij atje. Në çfarë gjendje është eteri?

3.Çfarë ndodh me formën e lëngut?

4.Akull. Çfarë gjendje uji është kjo?

5.Çfarë ndodh kur uji ngrin?

Detyre shtepie.

Përgjigju pyetjeve:

1. A është e mundur të mbushni gjysmën e vëllimit të një ene me gaz? Pse?

2. A mund të ekzistojnë azoti dhe oksigjeni në gjendje të lëngët në temperaturën e dhomës?

3.A mund të ekzistojnë hekuri dhe merkuri në gjendje të gaztë në temperaturën e dhomës?

4. Në një ditë të ftohtë dimri, mbi lumë u formua mjegull. Çfarë gjendjeje është kjo?

Ne besojmë se materia ka tre gjendje grumbullimi. Në fakt, janë të paktën pesëmbëdhjetë prej tyre dhe lista e këtyre kushteve vazhdon të rritet çdo ditë. Këto janë: e ngurtë amorfe, e ngurtë, neutronium, plazma kuark-gluon, materia fort simetrike, lënda e dobët simetrike, kondensati i fermionit, kondensati Bose-Ajnshtajn dhe lënda e çuditshme.