"Физика", Кабардин О.Ф.
Все физические тела состоят из веществ, а вещества — из мельчайших частиц. Частицы слишком малы, чтобы увидеть их невооружённым глазом, но их движение можно заметить по распространению запаха или окрашиванию воды. Молекулы и атомы непрерывно движутся и взаимодействуют, а расстояния между ними различаются. Эти представления помогают понять, почему твёрдые тела сохраняют форму, жидкости текут, а газы заполняют сосуд и легко сжимаются.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Вещество — это то, из чего состоят физические тела. Например, стакан — тело, а стекло, из которого он сделан, — вещество. Понятие помогает различать предмет и материал, из которого он изготовлен: одно тело может быть сделано из нескольких веществ.
Молекула — мельчайшая частица вещества, сохраняющая его химические свойства. Если разделить вещество на всё более мелкие части, то молекула будет той частицей, которая ещё обладает свойствами данного вещества. Это понятие помогает объяснять, почему свойства вещества сохраняются, хотя отдельные частицы очень малы.
Атомы — частицы, из которых состоят молекулы. Молекула может включать два или больше атомов, а некоторые вещества существуют в виде отдельных атомов. Различение атома и молекулы нужно, чтобы описывать, из каких частиц построено вещество.
Диффузия — взаимное проникновение частиц одного вещества между частицами другого. Например, частицы красителя постепенно распределяются между частицами воды. Это понятие связывает движение невидимых частиц с изменениями, которые можно наблюдать.
Существование мельчайших частиц подтверждают наблюдения за распространением запахов и смешиванием веществ. Капля красителя может постепенно окрасить всю воду, хотя мы не перемешиваем её ложкой: частицы красителя расходятся по жидкости. Отдельные молекулы настолько малы, что неразличимы невооружённым глазом, однако последствия их движения видны. Чем больше частиц участвует в явлении, тем заметнее общий результат их перемещений.
Молекулы одного вещества могут состоять из одинаковых или разных атомов. У разных веществ различаются состав частиц и то, как атомы соединены между собой, поэтому вещества обладают разными свойствами. Например, состав и строение частиц определяют, как вещество взаимодействует с другими веществами и при каких условиях меняет состояние. Значит, свойства тела зависят не только от того, сколько вещества в нём находится, но и от устройства его частиц.
Частицы вещества непрерывно движутся беспорядочно: их направления и скорости постоянно меняются. Из-за движения частицы запаха постепенно оказываются далеко от источника, а частицы двух веществ перемешиваются — это и есть диффузия. Вначале частицы чаще переходят из области, где их больше, в область, где их меньше, поэтому со временем распределение выравнивается. При нагревании движение ускоряется, и взаимное проникновение частиц происходит быстрее.
Частицы притягиваются друг к другу, но при сильном сближении между ними проявляется отталкивание. Притяжение помогает удерживать частицы вместе, поэтому твёрдый предмет не распадается от лёгкого прикосновения. Отталкивание мешает частицам занять одно и то же место и объясняет, почему плотное тело трудно сжать. В газе частицы далеко друг от друга, поэтому промежутки между ними можно уменьшить внешним давлением.
В твёрдом теле частицы расположены близко и колеблются около определённых мест; поэтому тело сохраняет форму и объём. В жидкости частицы тоже находятся близко, но могут перемещаться относительно друг друга: жидкость сохраняет объём, но принимает форму сосуда. В газе частицы удалены и свободно движутся, поэтому газ занимает весь доступный объём. Так различия в расположении, движении и взаимодействии частиц объясняют наблюдаемые свойства трёх состояний вещества.
| Агрегатное состояние | Расположение частиц | Движение частиц | Взаимодействие частиц | Наблюдаемое свойство |
|---|---|---|---|---|
| Твёрдое тело | Близко друг к другу | Колеблются около определённых мест | Сильно притягиваются; при сближении отталкиваются | Сохраняет форму и объём |
| Жидкость | Близко друг к другу | Перемещаются относительно друг друга | Притяжение удерживает частицы рядом | Сохраняет объём, принимает форму сосуда |
| Газ | На больших расстояниях | Движутся свободно и беспорядочно | Слабее влияют друг на друга на расстоянии | Заполняет сосуд, легко сжимается |
Чтобы объяснить свойство вещества, сравни в таблице расположение частиц и характер их движения. Затем проследи, как это связано с наблюдаемым результатом: например, сохранением формы или сжимаемостью. Сравнение показывает, что агрегатные состояния отличаются не самими частицами, а их расположением и движением.
Задача 1. Каплю красителя добавили в стакан воды. Почему со временем окрашивается вся вода? Нужно объяснить явление через движение частиц, а не предполагать, что окраска возникает сама собой. Проследим, что происходит с частицами красителя и воды после их соприкосновения.
Ответ. Вода окрашивается из-за диффузии: частицы красителя и воды движутся и перемешиваются. В итоге частицы красителя распределяются по всему стакану. Без размешивания это происходит медленнее, но движение частиц не прекращается.
Задача 2. Запах духов постепенно ощущается в разных местах комнаты. Почему это происходит и почему в тёплом воздухе быстрее? Сначала определим, какие частицы распространяются, а затем сравним их движение при разных температурах. Такое рассуждение позволяет отличить причину явления от самого наблюдения.
Ответ. Запах распространяется по комнате вследствие диффузии частиц духов и воздуха. В тёплом воздухе диффузия быстрее, потому что частицы движутся быстрее. Это не означает, что перемещаются только частицы духов: движутся частицы обоих веществ.
Задача 3. Сравним, почему газ легко сжимается, а твёрдое тело почти не меняет объём при сжатии. Важно выяснить, насколько близко расположены частицы и можно ли уменьшить расстояния между ними. Сравнивать будем не массу тел, а их строение.
Ответ. Газ сжимается легче, потому что его частицы разделены большими промежутками. В твёрдом теле частицы расположены плотно, поэтому объём почти не меняется. Различие объясняется расстояниями между частицами и их взаимодействием.
Ошибка: считать, что молекулы неподвижны, если тело кажется неподвижным. Так думают, потому что движение отдельных частиц нельзя разглядеть, а предмет сохраняет форму. На самом деле движение продолжается, хотя оно не обязательно заметно напрямую. Проверка: вспомни, что распространение запаха или окрашивание воды возможно благодаря перемещению частиц.
Ошибка: считать, что при диффузии движутся только частицы одного вещества. Такое представление возникает, если сосредоточиться лишь на распространении запаха или красителя. Но частицы обоих веществ непрерывно движутся и проникают друг между другом. Проверка: в объяснении явления назови оба вещества и укажи движение частиц каждого из них.
Ошибка: представлять, что между частицами совсем нет промежутков. Частицы не видны, поэтому их иногда воображают как сплошную массу. Однако расстояния между ними существуют и зависят от состояния вещества: в газе они больше, чем в жидкости и твёрдом теле. Проверка: подумай, почему газ можно сжать гораздо сильнее, чем твёрдый предмет.
Ошибка: путать молекулу и атом. Их смешивают, потому что оба названия относятся к очень маленьким частицам вещества. Молекула может состоять из нескольких атомов, но некоторые вещества существуют в виде отдельных атомов. Проверка: спроси себя, описываешь ли ты частицу вещества, сохраняющую его химические свойства, или частицу, из которой может быть составлена молекула.
До изучения строения вещества нужно различать физическое тело и вещество, из которого это тело сделано. Тела могут иметь разные физические свойства, даже если они похожи по размеру или форме, потому что сделаны из разных материалов. Представления о движении и взаимодействии частиц понадобятся при изучении тепловых явлений и температуры. Они также помогут объяснить, почему при изменении условий вещество может переходить из одного агрегатного состояния в другое.
Как учёные узнали, что вещества состоят из частиц?
Об этом судят по наблюдаемым явлениям: например, капля красителя постепенно окрашивает воду, а запах распространяется по комнате. Такие изменения объясняются движением и взаимным проникновением мельчайших частиц. Частицы слишком малы, чтобы разглядеть их обычным зрением.
Чем молекула отличается от атома?
Молекула — мельчайшая частица вещества, сохраняющая его химические свойства, и часто она состоит из нескольких атомов. Атом — частица, из которой могут быть образованы молекулы. Некоторые вещества существуют в виде отдельных атомов.
Почему запах распространяется по комнате?
Частицы пахучего вещества и воздуха непрерывно движутся в беспорядочных направлениях и смешиваются. Поэтому частицы запаха постепенно попадают в разные места комнаты. Это взаимное проникновение частиц называют диффузией.
Почему диффузия быстрее происходит в тёплой воде?
При нагревании частицы движутся быстрее, поэтому быстрее перемешиваются. Из-за этого растворённое вещество скорее распространяется по всему объёму воды. Значит, повышение температуры ускоряет диффузию.
Почему газ сжимается легче, чем жидкость или твёрдое тело?
В газе частицы находятся далеко друг от друга, и между ними много промежутков. При сжатии частицы можно сблизить, поэтому объём газа заметно уменьшается. В жидкостях и твёрдых телах частицы расположены гораздо плотнее.
Строение вещества
