Агрегатным состоянием вещества принято называть его способность сохранять свою форму и объем. Дополнительный признак – способы перехода вещества их одного агрегатного состояния в другое. Исходя из этого, выделяют три агрегатных состояния: твердое тело, жидкость и газ. Видимые свойства их таковы:
Твердое тело – сохраняет и форму, и объем. Может переходить как в жидкость путем плавления, так и непосредственно в газ путем сублимации.
- Жидкость – сохраняет объем, но не форму, то есть обладает текучестью. Пролитая жидкость стремится неограниченно растечься по поверхности, на которую вылита. В твердое тело жидкость может перейти путем кристаллизации, а в газ – путем испарения.
- Газ – не сохраняет ни формы, ни объема. Газ вне какого-нибудь вместилища стремится неограниченно расшириться во все стороны. Помешать ему в этом может только сила тяжести, благодаря чему земная атмосфера не рассеивается в космос. В жидкость газ переходит путем конденсации, а непосредственно в твердое тело может перейти путем осаждения.
Фазовые переходы
Переход вещества из одного агрегатного состояния в другое называется фазовым переходом, так как научный агрегатного состояния – фаза вещества. Например, вода может существовать в твердой фазе (лед), жидкой (обычная вода) и газообразной (водяной пар).
На примере воды также хорошо демонстрируется . Вывешенное во дворе на просушку в морозный безветренный день тут же промерзает, но спустя некоторое время оказывается сухим: лед сублимирует, непосредственно переходя в водяной пар.
Как правило, фазовый переход из твердого тела в жидкость и газ требует нагрева, но температура среды при этом не повышается: тепловая энергия уходит на разрыв внутренних связей в веществе. Это так называемая скрытая теплота . При обратных фазовых переходах (конденсации, кристаллизации) эта теплота выделяется.
Именно поэтому так опасны ожоги паром. Попадая на кожу, он конденсируется. Скрытая теплота испарения/конденсации воды очень велика: вода в этом отношении – аномальное вещество; именно поэтому и возможна жизнь на Земле. При ожоге паром скрытая теплота конденсации воды «прошпаривает» обожженное место очень глубоко, и последствия парового ожога оказываются куда тяжелее, чем от пламени на такой же площади тела.
Псевдофазы
Текучесть жидкой фазы вещества определяется ее вязкостью, а вязкость – характером внутренних связей, которым посвящен следующий раздел. Вязкость жидкости может быть очень высокой, и такая жидкость может течь незаметно для глаза.
Классический пример – стекло. Оно не твердое тело, а очень вязкая жидкость. Обратите внимание, что листы стекла на складах никогда не хранят прислоненными наискось к стене. Уже через несколько дней они прогнутся под собственной тяжестью и окажутся непригодными к употреблению.
Другие псевдотвердых тел – сапожный вар и строительный . Если забыть угловатый кусок на крыше, за лето он растечется в лепешку и прилипнет к основе. Псевдотвердые тела отличить от настоящих можно по характеру плавления: настоящие при нем либо сохраняют свою форму, пока враз не растекутся (припой при ), либо оплывают, пуская лужицы и ручейки (лед). А очень вязкие жидкости постепенно размягчаются, как тот же вар или битум.
Чрезвычайно вязкими жидкостями, текучесть которых не заметна на протяжении многих лет и десятилетий, являются пластики. Высокая их способность сохранять форму обеспечивается огромным молекулярным весом полимеров, во многие тысячи и миллионы атомов водорода.
Структура фаз вещества
В газовой фазе молекулы или атомы вещества отстоят друг от друга очень далеко, во много раз больше, чем расстояние между ними. Взаимодействуют они между собой изредка и нерегулярно, только при столкновениях. Само взаимодействие упругое: столкнулись, как твердые шарики, и тут же разлетелись.
В жидкости молекулы/атомы постоянно «чувствуют» друг друга за счет очень слабых связей химической природы. Эти связи все время рвутся и тут же опять восстанавливаются, молекулы жидкости непрерывно перемещаются относительно друг друга, поэтому жидкость и течет. Но чтобы превратить ее в газ, нужно разорвать все связи сразу, а на это нужно очень много энергии, потому жидкость и сохраняет объем.
Вода в этом отношении отличается от прочих веществ тем, что ее молекулы в жидкости связаны так называемыми водородными связями, довольно прочными. Поэтому вода и может быть жидкостью при нормальной для жизни температуре. Многие вещества с молекулярной массой в десятки и сотни раз больше, чем у воды, в нормальных условиях – газы, как хотя бы обычный бытовой газ.
В твердом теле все его молекулы прочно стоят на своих местах благодаря сильным химическим связям между ними, образуя кристаллическую решетку. Кристаллы правильной формы требуют для своего роста особых условий и потому в природе встречаются редко. Большинство твердых тел представляют собой прочно сцепленные силами механической и электрической природы конгломераты мелких и мельчайших кристалликов – кристаллитов.
Если читателю доводилось видеть, например, треснувшую полуось автомобиля или чугунный колосник, то зерна кристаллитов на сломе там видны простым глазом. А на осколках разбитой фарфоровой или фаянсовой посуды их можно наблюдать под лупой.
Плазма
Физики выделяют и четвертое агрегатное состояние вещества – плазму. В плазме электроны оторваны от атомных ядер, и она представляет собой смесь электрически заряженных частиц. Плазма может быть очень плотной. Например, один кубический сантиметр плазмы из недр звезд – белых карликов, весит десятки и сотни тонн.
Плазму выделяют в отдельное агрегатное состояние потому, что она активно взаимодействует с электромагнитными полями из-за того, что ее частицы заряжены. В свободном пространстве плазма стремится расшириться, остывая и переходя в газ. Но под воздействием она может вне сосуда сохранять форму и объем, как твердое тело. Это свойство плазмы используется в термоядерных энергетических реакторах – прообразах энергоустановок будущего.
>>Физика: Агрегатные состояния вещества
Зимой вода на поверхности озер и рек замерзает, превращаясь в лед. Подо льдом вода остается жидкой. Здесь одновременно существуют два различных агрегатных состояния
воды - твердое (лед) и жидкое (вода). Существует и третье состояние воды - газообразное: невидимый водяной пар находится в окружающем нас воздухе.
Различные агрегатные состояния существуют у каждого вещества. Отличаются эти состояния друг от друга не молекулами, а тем, как эти молекулы расположены и как движутся. Особенности расположения молекул в различных агрегатных состояниях одного и того же вещества - воды - иллюстрирует рисунок 76.
При определенных условиях вещества могут переходить из одного состояния в другое. Все возможные при этом превращения отображены на рисунке 77. Буквы Т, Ж и Г обозначают соответственно твердое, жидкое и газообразное состояния вещества; стрелки указывают направление, в котором протекает тот или иной процесс.
Всего различают шесть процессов, при которых происходят агрегатные превращения вещества.
Переход вещества из твердого (кристаллического) состояния в жидкое называется плавлением
кристаллизацией
или отвердеванием
. Пример плавления - таяние льда, обратный процесс происходит при замерзании воды.
Переход вещества из жидкого состояния в газообразное называется парообразованием
, обратный процесс называется конденсацией
(от латинского слова "конденсатио" - уплотнение, сгущение). Пример парообразования - испарение воды, конденсацию можно наблюдать при образовании росы.
Переход вещества из твердого состояния в газообразное (минуя жидкое) называется сублимацией
(от латинского слова "сублимо" - возношу) или возгонкой
, обратный процесс называется десублимацией
. Например, графит можно нагреть до тысячи, двух тысяч и даже трех тысяч градусов, и тем не менее в жидкость он не превратится: он будет сублимироваться, т. е. из твердого состояния сразу переходить в газообразное. Сразу в газообразное состояние (минуя жидкое) переходит и так называемый "сухой лед" (твердый оксид углерода СО 2), который можно увидеть в контейнерах для хранения и транспортировки мороженого. Все запахи, которыми обладают твердые тела (например, нафталин), также обусловлены возгонкой: вылетая из твердого тела, молекулы образуют над ним газ (или пар), который и вызывает ощущение запаха.
Примером десублимации может служить образование на окнах зимой узоров из кристалликов льда. Эти красивые узоры являются результатом десублимации водяного пара, находящегося в воздухе.
Переходы вещества из одного агрегатного состояния в другое играют важную роль не только в природе, но и в технике. Так, например, превратив воду в пар, мы можем использовать его затем в паровых турбинах на электростанциях. Расплавляя металлы на заводах, мы получаем возможность изготовить из них различные сплавы: сталь, чугун, латунь и т. д. Для понимания всех этих процессов надо знать, что происходит с веществом при изменении его агрегатного состояния и при каких условиях это изменение возможно. Об этом и пойдет речь в следующих параграфах.
1. Назовите три агрегатных состояния вещества. 2. Перечислите все возможные процессы, при которых вещество переходит из одного агрегатного состояния в другое. 3. Приведите примеры возгонки и десублимации. 4. Какие практические применения агрегатных превращений вы знаете? 5. Какой буквой (а, б или в) на рисунке 76 обозначено твердое состояние воды, жидкое и газообразное?
Отослано читателями из интернет-сайтов
Полный список тем по классам, ответы на тесты , календарный план согласно школьной программы физика, курсы и задания с физики для 8 класса, готовые домашние задания и решения, вся физика онлайн
Содержание урока конспект урока и опорный каркас презентация урока интерактивные технологии акселеративные методы обучения Практика тесты, тестирование онлайн задачи и упражнения домашние задания практикумы и тренинги вопросы для дискуссий в классе Иллюстрации видео- и аудиоматериалы фотографии, картинки графики, таблицы, схемы комиксы, притчи, поговорки, кроссворды, анекдоты, приколы, цитаты Дополнения рефераты шпаргалки фишки для любознательных статьи (МАН) литература основная и дополнительная словарь терминов Совершенствование учебников и уроков исправление ошибок в учебнике замена устаревших знаний новыми Только для учителей календарные планы учебные программы методические рекомендацииЛюбое тело может находиться в разных агрегатных состояниях при определенных температуре и давлении - в твердом, жидком, газообразном и плазменном состояниях.
Для перехода из одного агрегатного состояния в другое происходит при условии, что нагревание тела из вне происходит быстрее, чем его охлаждение. И наоборот, если охлаждение тела из вне происходит быстрее, чем нагрев тела за счет его внутренней энергии.
При переходе в другое агрегатное состояние вещество остается прежним, останутся те же молекулы, изменится только их взаимное расположение, скорость движения и силы взаимодействия друг с другом.
Т.е. изменение внутренней энергии частиц тела переводит его из одной фазы состояния в другую. При этом это состояние может поддерживаться в большом температурном интервале внешней среды.
При изменении агрегатного состояния нужно определенное количество энергии. И в процессе перехода энергия тратится не на изменение температуры тела, а на изменение внутренней энергии тела.
Отобразим на графике зависимость температуры тела T (при постоянном давлении) от количества подаваемого к телу тепла Q при переходе из одного агрегатного состояния в другое.
Рассмотри тело массой m , которое находится в твердом состоянии с температурой T 1 .
Тело переходит не моментально из одного состояния в другое. Сначала нужна энергия на изменение внутренней энергии, а на это нужно время. Скорость перехода зависит от массы тела и его теплоёмкости.
Начнем нагревать тело. Через формулы можно записать так:
Q = c⋅m⋅(T 2 -T 1)
Столько тепла тело должно усвоить, чтобы нагреться с температуры T 1 до T 2 .
Переход твердого тела в жидкое
Далее при критической температуре T 2 , которая для каждого тела своя, начинают рушиться межмолекулярные связи и тело переходит в другое агрегатное состояние - жидкость, т.е. межмолекулярные связи слабеют, молекулы начинаю перемещаться с большей амплитудой с большей скоростью и большей кинетической энергией. Поэтому температура одного и того же тела в жидком состоянии выше, чем в твердом.
Для того чтобы всё тело перешло из твердого состояния в жидкое, нужно время на накопление внутренней энергии. В это время вся энергия идет не на нагрев тела, а на разрушение старых межмолекулярных связей и создание новых. Количество энергии нужно:
λ - удельная теплота плавления и кристаллизации вещества в Дж/кг, для каждого вещества своя.
После того как всё тело перешло в жидкое состояние, эта жидкость опять начинает нагреваться по формуле: Q = c⋅m⋅(T-T 2); [Дж].
Переход тела из жидкого состояния в газообразное
При достижении новой критической температуры Т 3 , начинается новый процесс перехода из жидкого состояния в парообразный. Чтобы дальше перейти из жидкости в пар, нужно затратить энергии:
r - удельная теплота газообразования и конденсации вещества в Дж/кг, для каждого вещества своя.
Заметим, что возможен переход из твердого состояния в газообразное состояние, минуя жидкую фазу. Такой процесс именуется возгонкой , а обратный ему процесс - десублимацией .
Переход тела из газообразного состояния в плазменное
Плазма - частично или полностью ионизированный газ, в котором плотности положительных и отрицательных зарядов практически одинаковы.
Плазма обычно возникает при высокой температуре, от нескольких тысяч °С и выше. По способу образования различают два вида плазмы: термическую, возникающую при нагревании газа до высоких температур, и газообразную, образующуюся при электрических разрядах в газовой среде.
Этот процесс очень сложный и имеет простого описания, да и нам в бытовых условиях он не достижим. Поэтому не будем подробно останавливаться на этом вопросе.
Для критически настроенного человека весьма интересными и полезными могут оказаться наблюдения за тем, как при переходе людей из одного состояния в другое меняются их физиологические характеристики. Например, поза и тон голоса могут меняться практически мгновенно. Наблюдая за другими, вы сможете многое открыть в самом себе, особенно если до сих пор вы считали, что лишены творческой энергии или что вам не хватает реализма, или что вы плохой организатор. Вы можете несколько модифицировать модель стратегии Диснея – например, у себя дома используйте различные комнаты или кресла для обозначения разных позиций. Но помните о необходимости соблюдения следующих важных правил НЛП:
Каждой позиции должен соответствовать некий осязаемый «якорь», такой, чтобы он неизменно ассоциировался у вас с определенным состоянием (так же, как любимое кресло ассоциируется у вас с отдыхом).
Прежде чем войти в какое-то новое состояние, выйдите из предыдущего (поэтому целесообразно использовать для различных состояний и разные положения в пространстве). В противном случае существует опасность прихватить с собой элементы прежнего состояния при переходе в новое, «сесть на два стула сразу».
Как можно больше практикуйтесь (так же, как и при освоении любой другой техники) и будьте гибкими. Модель стратегии Диснея можно применять в самых различных случаях – и по отношению к людям, и по отношению к процессам, медленным или быстропротекающим.
Все это не более чем модели и приемы, на практике же вы вольны думать так, как считаете нужным, и менять точку зрения по своему усмотрению. Цель проведенного выше упражнения – помочь вам научиться в случае необходимости мгновенно переходить из одного состояния в другое (например, в случае внезапной опасности). Если вы сумеете представить себя входящим в какую-то определенную комнату или сидящим в каком-то определенном кресле, эти представления смогут вызвать у вас такие же ассоциации, как и реальные физические действия. Умение создавать для себя подобные подкрепляющие «якоря» является необходимым условием процесса обучения.
Моделируем себя самого
Ранее мы рассматривали моделирование как выявление стратегий деятельности людей, достигших совершенства в какой-либо области, и воспроизведение этих стратегии в своей деятельности. Модель стратегии Диснея, однако, наглядно показывает, что мы можем основываться и на собственных воспоминаниях. Внутри любого из нас находятся мечтатель, реалист и критик, которые при определенных условиях могут действовать нам во благо. Таким образом, каждый из нас располагает внутренними ресурсами, необходимыми для повышения эффективности своей деятельности. Если вы когда-нибудь имели сильную побудительную мотивацию, были уверены в себе, если вам казалось, что все зависит только от вас, если вы были изобретательными, настойчивыми и готовыми к осмысленному риску, тогда вам не нужно искать пример для подражания Просто перенесите одну из своих эффективных стратегий в новую сферу деятельности. Например, из области спорта – в профессиональную сферу. Успешность в работе перенесите домой, из частной жизни – в общественную, и наоборот. Научитесь оценивать достоинства эффективных стратегий вне зависимости от тех или иных конкретных обстоятельств.
Подобно рецепту миндального пирожного или правилам перехода через улицу, стратегии могут быть использованы всеми. Необходимым условием личной успешности является умение находить в наибольшей степени подходящие вам стратегии в своем личном опыте или в опыте других людей. И отбрасывать те стратегии, которые недостаточно эффективны для достижения стоящих перед вами в данный момент целей.
В умении использовать модели для изменения стратегий заключается суть так называемого ускоренного обучения. Мы можем существенно ускорить обычно довольно вялотекущий процесс обучения, применив собственные эффективные стратегии. Так же мы можем использовать опыт других. Хотя, конечно, при этом не приходится рассчитывать на то, чтобы сразу же достичь их уровня. Каждый из нас способен научиться пользоваться обеими половинами своего мозга, более эффективно использовать внутренние ресурсы и таким образом добиваться исключительных успехов.
Часть пятая
Творческий подход к решению проблем
Глава 13
Использование для мышления обоих полушарий головного мозга
Стадии процесса мышления
Рассмотрение стадий мышления может оказаться весьма полезным. Эти стадии не обязательно должны быть строго последовательными, но нам важно знать, каким образом действуют различные «операционные» системы головного мозга и каким образом индивидуальный процесс мышления соотносится с универсальными мыслительными стратегиями.
Подготовка
Стадия подготовки соответствует этапу планирования какого-либо проекта и включает в себя определение проблемы, сбор данных и принятие основных допущений. Эта стратегия во многом сходна с первой стадией четырехзвенной циклической модели успеха, рассмотренной нами в части первой, на которой вы решаете, что, собственно, вам нужно и какова ваша цель. На этом этапе следует сформулировать вашу цель в письменном виде, а затем использовать технику визуализации для того, чтобы как можно более полно ощутить желаемый результат и отразить его в формулировке цели.
Мы уже говорили о том, насколько важно иметь четкое представление о желаемом результате в процессе общения. То же самое справедливо и в отношении процесса решения проблем. Задайте сами себе вопрос: «Чего именно я хотел бы добиться?» Суть «проблемы» общения, так же как и любой другой, заключается в преодолении разрыва между вашим нынешним и желаемым состоянием (при помощи обмена информацией, убеждения, получения ответов на вопросы и т. п.)
Анализ
На этой стадии следует заглянуть в глубь проблемы, учесть все плюсы, взвесить все «за» и «против» К сожалению, довольно часто решение проблемы сводят к анализу ее частей и работе над ними. Анализ определенных сторон вопроса в ущерб целостному представлению связан с деятельностью левого полушария головного мозга. Этот процесс носит линейный характер, логическая схема выглядит примерно следующим образом «Если А, то Б».
К несчастью, чем дальше вы продвигаетесь по этому пути, тем труднее вам становится признать правомочность какого-либо иного, не линейного типа мышления. Преимущество линейного типа мышления состоит в том, что на его основе можно создавать алгоритмы, используемые при разработке разного рода методов и систем. Недостаток же этого типа мышления состоит в том, что с его помощью невозможно решить такие проблемы, перед которыми бессильны различные логически выстроенные «системы» и компьютерные программы. Такие проблемы слишком сложны и во многом зависят от «человеческого» фактора.
Энтальпия (Н) – функция состояния, приращение которой равно теплоте, полученной системой в изобарном процессе.
Термодинамическая работа и количество теплоты не являются функциями состояния, так как их значение определяется видом процесса, в результате которого система изменила своё состояние.
Внутренняя энергия тела может изменяться только в результате его взаимодействия с другими телами. Существует два способа изменения внутренней энергии: теплопередача и совершение механической работы (например, нагревание при трении или при сжатии, охлаждение при расширении).
Теплопередача - это изменение внутренней энергии без совершения работы: энергия передается от более нагретых тел к менее нагретым. Теплопередача бывает трех видов: теплопроводность (непосредственный обмен энергией между хаотически движущимися частицами взаимодействующих тел или частей одного и того же тела); конвекция (перенос энергии потоками жидкости или газа) и излучение (перенос энергии электромагнитными волнами). Мерой переданной энергии при теплопередаче является количество теплоты (Q)
Работа (W)- одна из форм обмена энергией (наряду с теплотой) термодинамической системы (физического тела) с окружающими телами; количественная характеристика преобразования энергии в физических процессах, зависит от вида процесса; работа системы положительна, если она отдает энергию, и отрицательна, если получает.
Типы термодинамических систем:
1. Изолированной системой называется такая система, которая не обменивается со средой ни веществом, ни энергией (∆m=0, ∆E=0)
2. Закрытой системой называется такая система, которая не обменивается со средой веществом, но может обмениваться энергией (∆m=0, ∆E≠0)
3. Открытой системой называется такая система, которая может обмениваться со средой как веществом, так и энергией (∆m≠0, ∆E≠0) – пример: живая клетка
Переход системы из одного состояния в другое называется процессом.
Типы термодинамических процессов:
· изобарный , p = const ; например нагревание песка, воды или камней под действием солнечных лучей;
· изохорный , V = const , например, скисание молока в стеклянной бутылке;
· изотермический , T = const , например, надувание воздушного шарика;
· адиабатический , когда не происходит ни выделения, ни поглощения тепла, т. е. ΔQ =0, например нагревание и остывание воздушных масс.
Стандартное состояние - в термохимии, состояние вещества, в котором оно находится при температуре 298,15 К и давлении 101,325 кПа (760 мм ртутного столба)
2. Первое начало термодинамики. Энтальпия. Стандартная энтальпия образования вещества, стандартная энтальпия сгорания вещества. Стандартная энтальпия реакции. Закон Гесса. Применение первого начала термодинамики к биосистемам.
Первое начало термодинамики представляет собой строгую количественную основу для анализа энергетики различных систем. Для его формулировки необходимо ввести следующие понятия:
Под состоянием понимают совокупность свойств системы, позволяющих определить систему с точки зрения термодинамики.
Состояние системы называется равновесным , если все свойства остаются постоянными в течение как угодно большого промежутка времени и в системе отсутствуют потоки вещества и энергии.
Если свойства системы постоянны во времени, но имеются потоки вещества и энергии, состояние называется стационарным .
Если свойства системы меняются со временем, состояние называется переходным .
Изменение внутренней энергии системы ∆Е обусловлено работой W, которая совершается при взаимодействии системы со средой, и передачей теплоты Q между средой и системой. Соотношение между этими величинами составляет содержание 1-ого начала термодинамики:
Приращение внутренней энергии системы ∆Е в некотором процессе равно теплоте Q, полученной системой, плюс работа W, совершенная над системой в этом процессе: ∆E=Q+W (все величины измеряются в Джоулях)
Энтальпия – функция состояния, приращение которой равно теплоте, полученной системой в изобарном процессе (H=E+pV, где р – давление, а V – объём системы). Изменение энтальпии (или тепловой эффект химической реакции) не зависит от пути процесса, определяясь только начальным и конечным состоянием системы. Если система каким-либо путём возвращается в исходное состояние (круговой процесс), то изменение любого её параметра, являющегося функцией состояния, равно нулю, отсюда ΔH = 0
Энтальпией образования соединения А называется изменение энтальпии системы ∆Н А, сопровождающее образование 1 моль соединения А из простых веществ.
Стандартная энтальпия сгорания - ΔH гор о, тепловой эффект реакции сгорания одного моля вещества в кислороде до образования оксидов в высшей степени окисления. Теплота сгорания негорючих веществ принимается равной нулю.
