1. Для початку непогано. Спробуйте відповісти на питання
2. IV рівень. Перевірте, чи всі Ви засвоїли

ФІЗИКА. 11 клас. Завдання № 49

Тема: Взаємодія молекул. Будова твердих, рідких і газоподібних тіл

I рівень. Познайомимося з параграфом

1. Взаємодія молекул

Спостереження показують, що між молекулами одночасно діють і сили тяжіння, і сили відштовхування. Сили взаємодії молекул є короткодіючими, їх дія проявляється лише на відстанях, що не перевищують кількох власних розмірів молекули. Область простору, в якій проявляється дія молекулярних сил, називають сферою молекулярного дії. Радіус цієї сфери дорівнює приблизно .

Сили молекулярного взаємодії залежать від відстані між молекулами. При цьому характер залежності від відстані у сил тяжіння і сил відштовхування різний. При збільшенні відстані між молекулами сили відштовхування зменшуються швидше, ніж сили тяжіння, а при зменшенні цієї відстані зростають швидше, ніж сили тяжіння.

Встановлено, що сили взаємодії молекул обернено пропорційні -го ступеня відстані г між центрами мас молекул. Для сил тяжіння , А для сил відштовхування приймає значення від до . (Наприклад, для молекули води , а .)

Сила відштовхування вважається позитивною, а сила тяжіння негативною. На малюнку зображено графіки залежностей від відстані між молекулами сили відштовхування, сили тяжіння і результуючої цих сил.

Існує таке відстань між молекулами , На якому сила тяжіння дорівнює силі відштовхування, т. Е. Їх результуюча сила дорівнює нулю. Ця відстань називається рівноважним. Якщо відстань між молекулами , Переважають сили їх взаємного тяжіння, якщо ж , Переважають сили відштовхування. Таким чином, результуюча сил молекулярного взаємодії на великих відстанях є силою тяжіння, а на малих - силою відштовхування. отже, - це таке рівноважний відстань між молекулами, на якому вони перебували б, якби тепловий рух молекул не порушувало цієї рівноваги.

Описаний характер залежності сил взаємодії молекул від їх відстані один від одного пояснює появу сили пружності при деформації тіл. Якщо під дією зовнішніх сил тіло стискається, відстань між молекулами стає менше, ніж , І з'являється сила, що перешкоджає взаємному зближенню молекул. Якщо ж під дією зовнішніх сил тіло розтягується, то відстань стає більше, ніж , І з'являється сила, що перешкоджає взаємному видалення молекул. поблизу точки на графіку ділянку кривої є майже прямолінійним, так як при невеликому зсуві молекул з положення рівноваги сили тяжіння або відштовхування між ними зростають лінійно зі збільшенням зміщення. Саме з цієї причини при малих деформаціях тіла (т. Е. В межах його пружності) виконується закон Гука.

2. Будова газоподібних, твердих і рідких тіл

Характер теплового руху молекул, атомів і іонів залежить від агрегатного стану речовини і визначається силами міжмолекулярної взаємодії.

Якщо мінімальна потенційна енергія молекул речовини багато менше середньої кінетичної енергії їх теплового руху , То речовина знаходиться в газоподібному стані. якщо , То речовина знаходиться в рідкому стані. Якщо ж , То речовина знаходиться в твердому стані.

Розглянемо, який характер має рух молекул в газах, рідинах і твердих тілах.

a) У газах прі не високому тиску і не низьких температурах молекули знаходяться один від одного на відстанях, у багато разів перевищують їх розміри. В таких умовах молекули газу не пов'язані між собою міжмолекулярними силами тяжіння. Вони хаотично поступально рухаються по всьому об'єму, що займають газом. Взаємодія молекул газу відбувається тільки при їх зіткненні між собою і зі стінками посудини, в якому газ знаходиться. Передача імпульсу при цих зіткненнях обумовлює тиск, вироблене газом.

§ Відстань, яке молекула проходить між двома послідовними зіткненнями, називають довжиною вільного пробігу молекул.

Довжина вільного пробігу залежить від тиску і температури. У газах при нормальних умовах середня довжина вільного пробігу молекул становить приблизно .

Якщо молекули газу складаються з двох або декількох атомів, то при зіткненні вони набувають обертальний рух.

Таким чином, в газах молекули здійснюють переважно поступальний і обертальний рух.

б. У рідинах відстань між молекулами можна порівняти з їх ефективним діаметром. Сили взаємодії молекул один з одним досить великі. Молекули рідини коливаються близько тимчасових положень рівноваги. Однак в рідинах , Тому, отримавши в результаті хаотичних зіткнень надлишок кінетичної енергії, окремі молекули долають тяжіння сусідніх молекул і переходять в нові положення рівноваги, навколо яких знову здійснюють коливальний рух.

Я. Френкель створив теорію рідкого стану, згідно з якою час коливань молекул рідини біля положення рівноваги дуже мало (близько ), Після чого молекули здійснюють перехід в нові положення. Отже, молекули рідини здійснюють коливальний рух навколо тимчасових центрів рівноваги і стрибкоподібно переміщуються з одних положень рівноваги в інші.

Таким чином, в рідинах молекули здійснюють в основному коливальний і поступальний руху.

Можливість вільного переміщення молекул відносно один одного обумовлює властивість плинності рідини. Тіло в рідкому стані як і газоподібному, не має постійної форми. Форма рідкого тіла визначається формою судини, в якому знаходиться рідина, дією зовнішніх сил і сил поверхневого натягу.

в. У твердих тілах відстань між молекулами ще менше, ніж в рідинах. Сили взаємодії молекул твердих тіл між собою настільки великі, що молекули утримуються відносно один одного в певних положеннях і коливаються близько постійних центрів рівноваги.

Для кристалічних тіл характерні так звані кристалічні решітки - впорядковане й періодично повторюється в просторі розташування молекул, атомів або іонів. У твердих тілах молекули здійснюють переважно коливальний рух (хоча є окремі молекули, що рухаються поступально, про що свідчить явище дифузії).

II рівень. Згадаймо основні положення теорії

1. Що називають сферою молекулярного взаємодії? Який радіус цієї сфери?

2. Як сили взаємодії між молекулами залежать від відстані між ними?

3. Що таке рівноважний відстань?

4. Яка природа міжмолекулярних сил?

5. Опишіть характер руху молекул в газах, рідинах і твердих тілах.

Для початку непогано. Спробуйте відповісти на питання

1. Які досліди вказують на існування сил взаємодії між молекулами?

2. Якими властивостями володіють сили молекулярної взаємодії?

3. Близько якої точки відбуваються коливання молекул твердого та рідкого тіла, якщо воно знаходиться в недеформованому стані?

4. Як пояснити з молекулярної точки зору поява сили пружності, існування закону Гука і обмеженість сфери його застосування?

5. У чому полягає різниця газ, рідина і тверде тіло?

III рівень. Спробуйте виконати завдання

1. Між молекулами речовини діють ...

А. ... тільки сили тяжіння;

Б. ... сили відштовхування;

В. ... немає взаємодії;

Г. ... сили тяжіння і відштовхування.

2. Якщо відстань між центрами молекул менше діаметра молекули, то:

А. Сила тяжіння молекул більше сили відштовхування;

Б. Сила відштовхування молекул більше сили тяжіння;

В. Сила відштовхування молекул дорівнює силі тяжіння;

Г. Молекули тільки притягуються;

Д. Молекули тільки відштовхуються.

3. На малюнку представлений графік залежності потенційної енергії від відстані при взаємодії двох атомів в двухатомной молекулі. Яке з наведених нижче тверджень про атомах в цій молекулі відноситься до значення , Зазначеного на малюнку?

А. Це мінімально можливу відстань між атомами в молекулі;

Б. Це максимально можливу відстань між атомами в молекулі;

В. Це відстань, на якому сила взаємодії між атомами дорівнює нулю;

Г. Це відстань відповідає мінімуму кінетичної енергії атомів в молекулі;

Д. Це відстань, на якому молекула руйнується.

4. Встановіть відповідність:

1. Частинки рухаються хаотично ...

2. Частинки коливаються близько певних положень рівноваги ...

3. Частинки здійснюють хаотичні коливання навколо центрів, положення яких в просторі стрибкоподібно змінюються, час від часу частинки рухаються поступально ...

5. Речовина знаходиться в газоподібному стані, якщо ...

А. ... середня кінетична енергія його молекул багато менше середньої потенційної енергії їх взаємодії;

Б. ... середня кінетична енергія його молекул приблизно дорівнює середній потенційної енергії їх взаємодії;

В. ... середня кінетична енергія його молекул багато більше середньої потенційної енергії їх взаємодії;

Г. ... середня кінетична енергія його молекул дорівнює нулю.

IV рівень. Перевірте, чи всі Ви засвоїли

1. Як змінилося б тиск в посудині з газом, якби раптово зникли сили тяжіння між його молекулами?

V рівень. Це складне завдання, однак, якщо Ви її вирішите, то зробите помітний крок у пізнанні фізики, у Вас будуть всі підстави ставитися до себе з великою повагою, ніж раніше

1. Оцінити: а) число атомів в заліза; б) відстань між центрами сусідніх атомів заліза.