"Физика", Грачёв А.В.,Погожев В.А., Вишнякова Е.А.
Молекулы вещества не только движутся, но и взаимодействуют друг с другом. На малых расстояниях между ними действуют силы притяжения и отталкивания, имеющие электрическую природу. Их соотношение объясняет, почему тела сохраняют форму, жидкости почти не сжимаются, а газы легко занимают весь доступный объём. Главное состояние взаимодействия — равновесное расстояние, при котором обе силы компенсируют друг друга.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Молекулярные силы — силы взаимодействия между молекулами. Они проявляются на очень малых расстояниях, сравнимых с размерами самих молекул. Это понятие нужно, чтобы объяснить свойства вещества, а не считать молекулы полностью независимыми.
Притяжение молекул — составляющая взаимодействия, которая стремится сблизить молекулы. Благодаря притяжению частицы могут удерживаться рядом и образовывать устойчивые вещества. Однако притяжение не действует неограниченно и не является единственной силой.
Отталкивание молекул — составляющая взаимодействия, препятствующая чрезмерному сближению частиц. При очень малом расстоянии она становится особенно сильной. Именно отталкивание не даёт молекулам бесконечно сближаться.
Равновесное расстояние между молекулами — расстояние, при котором притяжение и отталкивание уравновешивают друг друга. Молекулы при этом не перестают взаимодействовать, но их результирующая сила равна нулю. Такое расстояние помогает понять устойчивое расположение частиц в веществе.
Молекулы взаимодействуют потому, что состоят из атомов, а атомы включают положительно и отрицательно заряженные частицы. Между зарядами действуют электрические силы: одноимённые заряды отталкиваются, разноимённые притягиваются. Сложное распределение зарядов внутри молекул и создаёт наблюдаемое притяжение или отталкивание между ними.
Существенными молекулярные силы становятся только тогда, когда частицы находятся близко. При увеличении расстояния электрическое влияние быстро ослабевает, поэтому удалённые молекулы почти не изменяют движение друг друга. Так объясняется, почему газ, несмотря на наличие взаимодействия, большую часть времени ведёт себя как набор почти свободных частиц.
Когда молекулы сближаются издалека, сначала заметнее притяжение: оно направляет частицы навстречу друг другу. Но при чрезмерном сближении внутреннее строение молекул приводит к резкому росту отталкивания. Такое сочетание сил не даёт веществу сжаться до исчезновения промежутков между молекулами и обеспечивает его устойчивость.
Равновесное расстояние соответствует устойчивому расположению молекул. Если слегка увеличить его, притяжение начинает преобладать и стремится вернуть частицы ближе. Если слегка уменьшить расстояние, сильнее становится отталкивание, поэтому частицы раздвигаются обратно.
В твёрдых телах и жидкостях молекулы находятся близко, поэтому их взаимодействие заметно. В твёрдом теле частицы колеблются около определённых положений, а в жидкости могут перемещаться, оставаясь соседями. В газе молекулы большую часть времени разделены большими промежутками и сталкиваются лишь время от времени.
| Расстояние между молекулами | Соотношение притяжения и отталкивания | Результат взаимодействия |
|---|---|---|
| Значительно больше равновесного | Обе силы очень малы | Взаимодействие практически не проявляется |
| Близко к равновесному | Притяжение и отталкивание уравновешены | Молекулы сохраняют устойчивое расстояние |
| Меньше равновесного | Отталкивание преобладает | Молекулы стремятся разойтись |
Сначала определите, больше или меньше данное расстояние равновесного. Затем сравните притяжение и отталкивание и по этому сравнению установите направление результирующей силы. Таблица показывает общую картину взаимодействия, а не движение конкретной молекулы в каждый момент.
Условие. Молекулы газа находятся далеко друг от друга. Нужно объяснить, почему объём газа можно заметно уменьшить.
Ответ: газ легко сжать, потому что его молекулы разделены большими промежутками и слабо взаимодействуют на исходных расстояниях.
Условие. Два тела плотно прижали друг к другу. Нужно объяснить, почему молекулы одного тела не проходят сквозь молекулы другого.
Ответ: при чрезмерном сближении молекул резко возрастает отталкивание, препятствующее прохождению одного тела сквозь другое.
Условие. Молекулу сначала немного удалили от соседней, а затем приблизили к ней. Требуется определить направление силы в каждом случае.
Ответ: при удалении сила направлена к соседней молекуле, а при чрезмерном приближении — от неё. В обоих случаях сила стремится вернуть равновесное расстояние.
Только притяжение. Ошибка возникает, если представить, что молекулы всегда сближаются. Проверьте себя: при расстоянии меньше равновесного обязательно учитывайте преобладание отталкивания.
Молекулы соприкасаются как шарики. Так думают из-за наглядных моделей частиц. На самом деле положение молекул определяется силами взаимодействия, поэтому «контакт» не означает механическое касание оболочек.
Силы одинаковы на любых расстояниях. Это неверно, потому что при удалении электрическое влияние быстро ослабевает. Проверка проста: вспомните, что в газе далеко расположенные молекулы почти не взаимодействуют.
Равновесие означает отсутствие сил. При равновесном расстоянии силы есть, но направлены противоположно и компенсируют друг друга. Значит, нужно различать отсутствие взаимодействия и нулевую результирующую силу.
До изучения взаимодействия молекул нужно знать строение вещества, понятия молекулы и её непрерывного теплового движения. Эти знания помогают связать движение частиц с действующими между ними силами.
Дальше молекулярные силы пригодятся при объяснении упругости и прочности тел, а также различий между твёрдым, жидким и газообразным состояниями вещества. Через них можно понять, почему тела сопротивляются деформации и почему вещества имеют разные свойства.
Почему молекулы притягиваются друг к другу?
Молекулы состоят из атомов, а атомы — из заряженных частиц. Электрические силы между этими частицами приводят к притяжению молекул на малых расстояниях.
Почему молекулы не сливаются в одну?
При слишком сильном сближении молекул резко возрастает отталкивание. Оно препятствует дальнейшему сближению и не позволяет молекулам занимать одно и то же положение.
На каком расстоянии действуют молекулярные силы?
Они заметно действуют на очень малых расстояниях, сравнимых с размерами молекул. При большом удалении силы быстро уменьшаются и практически не проявляются.
Почему газ можно сжать, а твёрдое тело почти нельзя?
В газе молекулы находятся далеко друг от друга, поэтому между ними много свободного пространства. В твёрдом теле молекулы расположены близко, а при попытке сблизить их возникает сильное отталкивание.
Что происходит, если молекулы приблизить ближе равновесного расстояния?
Отталкивание становится сильнее притяжения. Поэтому результирующая сила направлена так, чтобы молекулы удалились и расстояние увеличилось.
§ 5. Взаимодействие молекул
