"Физика (в 2 частях)", Генденштейн Л.Э., Булатова А.А., Корнильев И.Н., Кошкина А.В.; под ред. Орлова В.А.
Агрегатное состояние вещества зависит от расположения, движения и взаимодействия его частиц. В твёрдом теле частицы колеблются около устойчивых положений, поэтому тело сохраняет форму и объём. В жидкости частицы расположены близко, но перемещаются относительно друг друга: объём сохраняется, а форма меняется. В газе частицы находятся далеко и слабо взаимодействуют, поэтому газ не имеет собственной формы и объёма, а заполняет весь сосуд.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Агрегатное состояние — состояние вещества, определяющее его основные свойства, расположение и движение частиц. Иными словами, это способ существования вещества при определённых условиях. Понятие помогает объяснить, почему одно вещество может быть твёрдым телом, жидкостью или газом.
Твёрдое тело — состояние вещества, при котором тело сохраняет форму и объём, а частицы колеблются около устойчивых положений. Частицы не стоят неподвижно, но не могут свободно разлетаться или перемещаться на большие расстояния. Это определение связывает наблюдаемые свойства тела с его внутренним строением.
Жидкость — состояние вещества, при котором оно сохраняет объём, но принимает форму сосуда; частицы могут перемещаться относительно друг друга. Поэтому вода в стакане и вода в бутылке имеют разную форму, но одинаковый объём, если ничего не пролилось. Определение позволяет отличить жидкость от твёрдого тела и газа.
Газ — состояние вещества, которое не сохраняет ни форму, ни объём и занимает весь предоставленный ему сосуд. Его частицы находятся на значительных расстояниях и легко перемещаются по всему доступному пространству. Так объясняется способность воздуха или водяного пара заполнять сосуд целиком.
Состояние вещества связано с тем, как расположены его частицы, как они движутся и как взаимодействуют друг с другом. Эти частицы могут быть молекулами, атомами или ионами, но для объяснения свойств достаточно рассматривать их как маленькие движущиеся частицы. Изменение их движения и взаимного расположения приводит к различиям между твёрдыми телами, жидкостями и газами.
В твёрдом теле сильное взаимодействие удерживает частицы около устойчивых положений. Частица может колебаться, но для перехода в другое положение ей нужно преодолеть значительное притяжение соседей. Поэтому всё тело сохраняет форму и объём, хотя при нагревании размеры и амплитуда колебаний могут немного увеличиваться.
В жидкости частицы расположены близко, поэтому жидкость почти не сжимается и сохраняет объём. Однако связь между соседними частицами не закрепляет каждую из них в одном положении: частицы могут перемещаться и менять соседей. Из-за этого жидкость течёт, растекается и принимает форму той части сосуда, которую занимает.
В газе частицы находятся далеко друг от друга, а их взаимодействие в обычных условиях слабое. Движение частиц почти не ограничивается соседями, поэтому они разлетаются по всему доступному пространству и сталкиваются со стенками сосуда. Если предоставить газу больше места, он расширится; если уменьшить объём сосуда, газ можно сжать.
Сравнивать состояния удобно сразу по нескольким признакам: расстояниям между частицами, свободе их движения, силе взаимодействия, форме и объёму. Один признак не всегда даёт полную картину, поэтому нужно рассматривать их вместе. Например, близкое расположение частиц у жидкости и твёрдого тела объясняет сохранение объёма, а различие в подвижности частиц — различие форм.
| Признак | Твёрдое тело | Жидкость | Газ |
|---|---|---|---|
| Расположение частиц | Частицы расположены близко и упорядоченно | Частицы расположены близко, но порядок менее строгий | Частицы находятся далеко друг от друга |
| Движение частиц | Колеблются около устойчивых положений | Перемещаются относительно друг друга | Свободно движутся во всех направлениях |
| Сила взаимодействия частиц | Сильная | Заметная, но частицы могут перемещаться | Слабая |
| Сохраняет ли форму | Да | Нет, принимает форму сосуда | Нет |
| Сохраняет ли объём | Да | Да | Нет |
| Как ведёт себя в сосуде | Сохраняет собственную форму и занимает её часть | Заполняет нижнюю часть сосуда и растекается | Заполняет весь сосуд |
При работе с таблицей сначала определите, о каком состоянии идёт речь, а затем проверьте его по форме и объёму. Если тело сохраняет и форму, и объём, это твёрдое тело; если только объём — жидкость; если ни то ни другое — газ. Строки о частицах объясняют, почему наблюдаются такие свойства.
Условие. Нужно объяснить свойства камня с помощью модели строения вещества. Камень относится к твёрдым телам, поэтому для ответа недостаточно просто назвать его состояние.
Ответ. Камень сохраняет форму и объём, потому что сильное взаимодействие удерживает его частицы около устойчивых положений. Частицы колеблются, но не покидают своих мест свободно.
Условие. Воду перелили из одного сосуда в другой, не пролив её и не добавляя новую воду. Нужно сравнить форму и объём жидкости до и после переливания.
Ответ. Изменилась форма воды, а объём сохранился. Вода принимает форму нового сосуда из-за подвижности её частиц.
Условие. Газ из малого баллона выпустили в сосуд большего объёма, который не пропускает газ наружу. Нужно определить, как изменится занимаемый объём.
Ответ. Занимаемый газом объём увеличится до объёма всего герметичного сосуда. Это происходит потому, что частицы газа свободно движутся, слабо взаимодействуют и заполняют доступное пространство.
«Частицы твёрдого тела неподвижны». Ошибка возникает, когда слово «сохраняет» принимают за полное отсутствие движения. Проверьте себя: при нагревании колебания частиц усиливаются, значит, движение существует.
«Жидкость сохраняет форму». Такое утверждение появляется, если наблюдать жидкость только в одном сосуде. Перелейте её мысленно в сосуд другой формы: объём останется прежним, а форма изменится.
«У газа есть постоянная форма или объём». Иногда за свойство газа принимают форму баллона или комнаты, но это форма сосуда, а не самого газа. Проверка проста: газ занимает любой сосуд целиком и расширяется при увеличении доступного пространства.
«Между частицами газа совсем нет взаимодействия». В школьной модели его часто не учитывают, потому что оно намного слабее, чем в жидкости и твёрдом теле. Точнее говорить, что взаимодействие слабое, а не обязательно отсутствующее.
До изучения агрегатных состояний нужно знать, что вещества состоят из частиц и что частицы непрерывно движутся. Эти представления помогают объяснить свойства вещества не внешним описанием, а его внутренним строением. Без модели частиц трудно понять, почему жидкость течёт, а газ распространяется по сосуду.
Знания о расположении и движении частиц пригодятся при изучении тепловых явлений и переходов вещества из одного состояния в другое. При нагревании или охлаждении изменяются движение частиц и расстояния между ними. Поэтому плавление, испарение, конденсацию и другие переходы можно рассматривать как изменение состояния одной и той же системы частиц.
Почему твёрдое тело сохраняет форму?
Частицы твёрдого тела сильно взаимодействуют и удерживаются около устойчивых положений. Поэтому тело сопротивляется изменению формы и сохраняет объём.
Движутся ли частицы в твёрдом теле?
Да, частицы твёрдого тела не покоятся полностью. Они колеблются около своих устойчивых положений.
Почему жидкость принимает форму сосуда?
Частицы жидкости расположены близко, но могут перемещаться относительно друг друга. Поэтому жидкость сохраняет объём, но растекается и принимает форму сосуда.
Сохраняет ли газ собственный объём?
Нет, газ не сохраняет собственный объём. Он расширяется и занимает всё доступное пространство сосуда.
Чем расположение частиц в газе отличается от их расположения в жидкости?
В жидкости частицы находятся близко друг к другу, а в газе расстояния между ними значительно больше. Поэтому взаимодействие в газе слабее, и частицы свободнее перемещаются.
Три состояния вещества
