"Физика (базовый уровень)", Мякишев Г.Я., Петрова М.А. и др.
Молекулярно-кинетическая теория объясняет свойства веществ через движение и взаимодействие их частиц. Она утверждает, что тела состоят из молекул, которые непрерывно и хаотически движутся и влияют друг на друга. Диффузия и броуновское движение подтверждают движение молекул, а сопротивление сжатию и притяжение тел — их взаимодействие. Эти представления нужны для понимания температуры, давления и тепловых явлений.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Молекулярно-кинетическая теория — объяснение свойств тел движением и взаимодействием частиц, из которых они состоят. Она связывает наблюдаемые явления с поведением невидимых молекул. Благодаря ей можно объяснить диффузию, давление и различия между состояниями вещества.
Молекула — мельчайшая частица вещества, сохраняющая его химические свойства. Молекулы состоят из одного или нескольких атомов, соединённых между собой, и имеют чрезвычайно малые размеры. Представление о молекулах нужно, чтобы понимать: вещество не исчезает в малых количествах, а делится на частицы.
Диффузия — взаимное проникновение частиц соприкасающихся веществ вследствие их хаотического движения. Например, частицы красителя постепенно распространяются между молекулами воды. Это явление показывает, что частицы действительно перемещаются даже тогда, когда весь объём внешне покоится.
Броуновское движение — непрерывное хаотическое движение взвешенных в жидкости или газе частиц, вызываемое ударами молекул. Видимая частица движется беспорядочно, потому что с разных сторон получает неравные толчки. Наблюдение такого движения позволяет судить о движении невидимых молекул.
Материальные тела состоят из частиц — молекул, атомов или ионов. Размеры молекул очень малы, а расстояния между ними могут быть заметными по сравнению с их размерами. Поэтому газ легко сжимается: при уменьшении объёма частицы сближаются, а не уменьшаются сами; в жидкости и твёрдом теле промежутки меньше, поэтому сжатие затруднено. Сплошным вещество кажется потому, что отдельные частицы нельзя различить при обычном наблюдении.
Частицы непрерывно движутся в разных направлениях и сталкиваются друг с другом. Их движение хаотично, поэтому со временем частицы одного вещества проникают между частицами другого: это диффузия. При нагревании средняя скорость движения увеличивается, столкновения происходят энергичнее, и смешивание идёт быстрее. Значит, температура связана с интенсивностью теплового движения частиц, а не только с ощущением тепла.
Между частицами действуют силы взаимодействия. На сравнительно небольшом расстоянии притяжение помогает телу сохранять целостность и объясняет, почему соприкасающиеся тела могут сцепляться. При очень сильном сближении начинают преобладать силы отталкивания, поэтому частицы не сливаются в одну точку. Изменение сил с расстоянием объясняет одновременно устойчивость тел и сопротивление сжатию.
Броуновское движение даёт наглядное подтверждение движения молекул. Частица пыльцы или другого вещества получает со всех сторон удары быстро движущихся молекул жидкости или газа, но число и сила ударов в каждый момент различны. Поэтому результирующий толчок меняется по направлению и величине, а частица движется ломаным беспорядочным путём. Само наблюдение не показывает молекулы напрямую, но раскрывает последствия их движения.
| Положение теории | Опытное подтверждение | Что показывает опыт |
|---|---|---|
| Вещества состоят из частиц | Диффузия | Частицы вещества могут перемещаться и проникать между частицами другого вещества |
| Частицы непрерывно хаотически движутся | Броуновское движение и ускорение диффузии при нагревании | Молекулы движутся беспорядочно, а при повышении температуры — интенсивнее |
| Частицы взаимодействуют | Сопротивление сжатию и притяжение соприкасающихся тел | Межмолекулярные силы зависят от расстояния между частицами |
В первой колонке указано, какое утверждение теории проверяется. Во второй нужно найти наблюдаемое явление, а в третьей — сформулировать вывод из опыта. Таблица помогает отличать само наблюдение от положения, которое оно подтверждает.
Каплю красителя поместили в стакан с водой и не перемешивают жидкость. Через некоторое время окрашивается весь объём воды. Нужно объяснить это явление с точки зрения молекулярно-кинетической теории.
Ответ: вода окрашивается вследствие диффузии. Перемещение отдельных частиц происходит без направленного движения всего слоя воды, поэтому перемешивание не требуется.
В двух стаканах находится вода разной температуры, а в каждый стакан добавили краситель. Требуется определить, где окрашивание пойдёт быстрее, если один стакан содержит горячую воду, а другой — холодную. Сравнивать нужно при прочих одинаковых условиях.
Ответ: краситель быстрее распространится в горячей воде. Нагревание не создаёт движение молекул, а увеличивает его интенсивность.
В капле воды под микроскопом наблюдают частицу пыльцы, которая движется беспорядочно. Нужно объяснить, почему это наблюдение подтверждает движение молекул воды, хотя увидеть отдельные молекулы нельзя. Следует связать наблюдаемый результат с действием невидимых частиц.
Ответ: беспорядочное движение пыльцы является броуновским движением. Оно служит косвенным доказательством движения молекул воды, поскольку именно их удары приводят видимую частицу в движение.
Диффузия как движение слоя вещества. Ошибка возникает, когда распространение запаха или красителя принимают за перемещение всего объёма жидкости или газа. Проверьте себя: объяснение должно говорить о движении отдельных частиц и их проникновении между частицами другого вещества.
Броуновская частица движется сама. Так считают, потому что видимая пылинка меняет направление без заметной причины. Нужно помнить: причиной служат неравномерные удары молекул среды, поэтому без окружающей жидкости или газа такое движение не объясняется.
Молекулы движутся только при нагревании. Ошибка появляется из-за смешения понятий «движение» и «увеличение скорости движения». Проверьте формулировку: тепловое движение непрерывно, а нагревание делает его более интенсивным.
Молекулы только притягиваются. Такое утверждение не объясняет, почему тела сопротивляются сжатию и почему частицы не сближаются бесконечно. На малых расстояниях преобладает отталкивание, поэтому в полном ответе нужно назвать оба вида взаимодействия.
Для понимания темы нужно знать, что вещества бывают твёрдыми, жидкими и газообразными, а также различать температуру и нагревание. Эти знания помогают связать расположение и движение частиц со свойствами разных состояний вещества. Нагревание рассматривается как процесс изменения температуры, а не как отдельное свойство молекул.
Молекулярно-кинетическая теория станет основой для изучения температуры, давления газа и уравнения состояния идеального газа. Через движение частиц объясняются тепловые явления и свойства газов, жидкостей и твёрдых тел. Поэтому диффузия и броуновское движение служат первым опытом применения микроскопического объяснения к наблюдаемым процессам.
Почему вещества кажутся сплошными, если состоят из отдельных частиц?
Молекулы очень малы, а промежутки между ними невозможно различить невооружённым глазом. Поэтому при обычном наблюдении вещество выглядит сплошным, хотя между частицами есть свободное пространство.
Почему запах распространяется по комнате без перемешивания воздуха?
Молекулы пахучего вещества хаотически движутся и сталкиваются с молекулами воздуха. Из-за этого они постепенно проникают в разные области комнаты: происходит диффузия.
Чем броуновское движение отличается от движения молекул?
Броуновское движение — это наблюдаемое беспорядочное движение достаточно крупных частиц, например пыльцы. Движение молекул невидимо, а броуновская частица меняет направление под действием неравномерных ударов молекул среды.
Почему диффузия быстрее происходит в горячей воде?
При повышении температуры молекулы воды и растворённого вещества движутся интенсивнее. Поэтому они быстрее перемещаются и перемешиваются, а диффузия ускоряется.
Как доказать взаимодействие молекул, если их нельзя увидеть?
О взаимодействии судят по наблюдаемым свойствам тел: сопротивлению сжатию, сохранению объёма и притяжению соприкасающихся поверхностей. Эти явления можно объяснить силами, действующими между частицами на разных расстояниях.
§ 37. Основные положения молекулярно-кинетической теории и их опытные обоснования
