Перейти к содержимому
Блог сайта Физя.рф
Блог сайта Физя.рф

Урок 13. Агрегатные состояния вещества

Традиционно все тела делятся на 3 основных класса: твёрдые, жидкие и газообразные. Эти классы называются агрегатными состояниями вещества. Но есть ещё одно основное агрегатное состояние. Оно называется плазма. Его мы также коснёмся в этом уроке, но чуть позже.

А теперь рассмотрим, чем похожи и чем отличаются тела в разных агрегатных состояниях. Начнём с внешних признаков.

Твёрдые тела имеют собственный объём и форму, которая сама по себе не изменяется. Чтобы изменить форму твёрдого тела, требуется усилие. Например, трудно согнуть металлическую трубу.

Получается, что твёрдые тела сохраняют объём и форму.

В отличие от них, жидкие тела легко меняют форму. Если налить жидкость в бутылку – она примет форму бутылки. Если перелить её в тарелку – она примет форму тарелки. При этом объём жидкости останется прежним.

Получается, что жидкости сохраняют свой объём, но легко меняют форму.

А теперь поместим в сосуд газ и закроем его. Он заполнит весь объём. Если этот же газ перекачать в сосуд с большим объёмом – он и его заполнит целиком.

Получается, что газы не сохраняют ни формы, ни объёма.

Итак, тела в разных агрегатных состояниях имеют как одинаковые, так и разные свойства. Чтобы понять, почему так происходит, нужно рассмотреть их на молекулярном уровне.

В твёрдом, жидком и газообразном состоянии может быть одно и то же вещество, например вода.

Все её молекулы одинаковы. По отдельной молекуле нельзя судить, откуда она взята – изо льда, жидкой воды или пара. Получается, что эти три агрегатных состояния различаются не молекулами, а тем, как молекулы расположены в пространстве, как движутся и как взаимодействуют.

У твёрдых тел молекулы расположены в строгом порядке. Расстояния между ними сопоставимо с их размерами. Получившаяся структура называется «кристаллическая решётка».

Если попытаться уменьшить расстояние между молекулами, включатся силы отталкивания. Поэтому очень сложно изменить форму и объём твёрдого тела.

У жидкостей расстояние между молекулами тоже одного порядка с их размерами. В этом жидкости мало чем отличаются от твёрдых тел. Но их молекулы не формируют кристаллическую решётку и постоянно перемещаются.

Да, молекулы твёрдых тел тоже непрерывно двигаются. Но они это делают на месте. А молекулы жидкости постоянно перемещаются друг относительно друга.

Получается, что жидкость сохраняет объём, поскольку расстояние между молекулами одного порядка с их размерами, но не сохраняет форму, поскольку молекулы регулярно перемещаются относительно друг друга.

Определения агрегатных состояний не всегда являются строгими. Например, между твёрдым и жидким состоянием существует промежуточное состояние. Тела в этом состоянии называются «аморфные». Традиционно их относят к твёрдым телам, так как они способны сохранять не только объём, но и форму. Однако у них нет кристаллической решётки. Этим свойством они похожи на жидкости. К аморфным телам относится: стекло, воск, шоколад, пластмассы, пластилин и многое другое.

У газов расстояние между молекулами гораздо больше самих молекул. Между двумя молекулами газа можно поместить ещё не меньше десятка таких же молекул. Следовательно, они почти не притягиваются друг к другу, свободно двигаются и разлетаются.

Отсюда и получается, что газ не сохраняет форму и объём.

Теперь вспомним ещё об одном агрегатном состоянии – о плазме. Когда газ нагревается до достаточной температуры, его молекулы распадаются на атомы. При дальнейшем нагревании атомы тоже распадаются на части – на электроны и ионы. Облако из электронов и ионов – это и есть плазма.

В отличие от обычного газа, за счёт множества свободных электронов и ионов плазма проводит электрический ток.

На первый взгляд, кажется, что чаще всего тела находятся в твёрдом, жидком и газообразном состоянии, а плазма – это что-то редкое. На самом деле, всё наоборот – вещество Вселенной почти полностью находится в состоянии плазмы. Плазма образует звёзды, межзвёздные туманности, ионосферу земли, молнии и многое другое. Её применяют в люминесцентных лампах, при производстве процессоров, в плазменных телевизорах и так далее.

Многие вещества могут переходить из одного агрегатного состояния в другое. Эти смены состояния называют «фазовые переходы».

Чтобы осуществить фазовый переход, нужно изменить температуру или давление, или и то и другое.

При нагревании твёрдого тела, его молекулы начинают двигаться на месте всё быстрее. От этого разрушается кристаллическая решётка и молекулы начинают перемещаться друг относительно друга. А это и есть жидкое состояние тела. Переход из твёрдого состояния в жидкое называется плавление. Обратный переход, то есть переход из жидкого состояния в твёрдое, называется «кристаллизация».

При нагревании жидкости, молекулы перемещаются всё быстрее и, соответственно, всё сильнее «толкаются» друг с другом. Некоторые молекулы, расположенные на поверхности жидкости получают настолько сильные толчки от соседних молекул, что вылетают за пределы жидкости. Со временем вылетевших молекул становится всё больше, и они перемещаются в пространстве на больших расстояниях друг от друга. А это и есть газообразное состояние. Переход из жидкого состояния в газообразное, называется парообразование. Оно бывает 2-х видов: испарение и кипение.

Испарение мы только что рассмотрели. При нём молекулы покидают поверхность жидкости. А при кипении пар образуется и в объёме жидкости, поэтому в ней образуются пузыри. Обратный процесс, то есть процесс превращения газа в жидкость, называется «конденсация», что в переводе на русский означает «сгущение».

В газ могут превращаться тела и в твёрдом состоянии. Этот процесс называется «сублимация» или «возгонка». Верно и обратное – газ может превращаться не только в жидкость, но и сразу в твёрдое тело. Как и в случае с жидкостями, этот процесс называется «конденсация».

Переход из газа в плазму называется «ионизация». А обратный переход – это «рекомбинация», что в переводе на русский означает «воссоединение».

  • I. Введение в физику
    • Урок 1 . Физика – наука о природе
    • Урок 2. Научные методы изучения природы
    • Урок 3. Физические величины и единицы их измерения
    • Урок 4. Измерение физических величин. Цена деления шкалы измерительного прибора. Нониус
    • Урок 5. Вычисление и измерение площади фигур
    • Урок 6. Вычисление и измерение объемов тел
    • Урок 7. Точность измерений
    • Урок 8. Преобразование единиц измерения физических величин
    • Урок 9. Мега-, макро- и микромир
  • II. Строение вещества
    • Урок 10. Атомы и молекулы
    • Урок 11. Броуновское движение. Диффузия
    • Урок 12. Взаимодействие молекул. Смачивание и несмачивание
    • Урок 13. Агрегатные состояния вещества
  • III. Взаимодействие тел
    • Урок 14. Механическое движение. Скорость
    • Урок 15. Средняя скорость. Вычисление пути и времени движения
    • Урок 16. Координаты тела. График движения. График скорости
    • Урок 17. Инерция. Взаимодействие тел. Инертность
    • Урок 18. Масса тела. Единицы массы
    • Урок 19. Измерение массы тела на весах
    • Урок 20. Плотность. Единицы плотности
    • Урок 21. Сила. Единицы силы. Изображение сил
    • Урок 22. Сила тяжести
    • Урок 23. Сила упругости. Закон Гука
    • Урок 24. Измерение сил. Динамометр
    • Урок 25. Вес тела
    • Урок 26. Сложение сил, направленных по одной прямой. Равнодействующая
    • Урок 27. Сила трения. Коэффициент трения
    • Урок 28. Трение качения. Трение в жидкостях и газах
  • IV. Давление
    • Урок 29. Давление. Единицы давления
    • Урок 30. Методы увеличения и уменьшения давления
    • Урок 31. Давление газа
    • Урок 32. Передача давления жидкостями и газами. Закон Паскаля
    • Урок 33. Давление в жидкости и газе
    • Урок 34. Расчет давления жидкости на дно и стенки сосуда
    • Урок 35. Сообщающиеся сосуды
    • Урок 36. Атмосферное давление
    • Урок 37. Барометр-анероид
    • Урок 38. Атмосферное давление на разных высотах
    • Урок 39. Манометры
    • Урок 40. Жидкостный поршневой насос
    • Урок 41. Гидравлический пресс
    • Урок 42. Действие жидкости и газа на погружённое в них тело. Закон Архимеда
    • Урок 43. Плавание тел
    • Урок 44. Плавание судов
    • Урок 45. Воздухоплавание
  • V. Работа. Мощность. Энергия
    • Урок 46. Механическая работа
    • Урок 47. Мощность
    • Урок 48. Простые механизмы. Рычаг
    • Урок 49. Момент силы
    • Урок 50. Блоки
    • Урок 51. Золотое правило механики
    • Урок 52. Коэффициент полезного действия (КПД) механизма
    • Урок 53. Энергия. Потенциальная и кинетическая энергия. Превращения энергии
© 2025 Блог сайта Физя.рф