Тема 2.3. Агрегатные состояния вещества.

Основные понятия и термины по теме:

Агрегатное состояние вещества. Твёрдое тело. Газ. Жидкость. Фазовый переход. Кристаллизация. Плавление. Конденсация. Парообразование. Насыщенный пар. Ненасыщенный пар. Точка росы. Относительная влажность воздуха. Абсолютная влажность воздуха.

План изучения темы:

1 Агрегатные состояния вещества.

2. Сравнительная характеристика газов, жидкостей, твёрдых тел.

3. Фазовые переходы.

4. Влажность воздуха.

Краткое изложение теоретических вопросов:

Агрегатные состояния вещества – это состояния одного и того же вещества, переходы между которыми сопровождаются скачкообразными изменениями плотности и других физических характеристик. С точки зрения МКТ агрегатные состояния вещества различаются по значению среднего расстояния между молекулами и характеру движения молекул относительно друг друга.

Твёрдое тело – это агрегатное состояние вещества, характеризующееся стабильностью формы при значительных нагрузках и тепловым движением атомов в виде малых колебаний вокруг положений равновесия. Расстояние между молекулами сравнимы с размерами самих молекул. Делятся на кристаллические тела и аморфные тела.

Аморфное тело не имеет упорядоченной структуры молекул, сохраняет форму только благодаря затруднённости перемещения молекул относительно друг друга.

Кристалл – это твёрдое тело, обладающее трёхмерной периодической атомной или молекулярной структуры.

Жидкости не образуют постоянной пространственной структуры; расположены друг от друга на расстояниях, сравнимых с размерами самих молекул. молекулы колеблются относительно определённого положения равновесия в течение времени осёдлого положения, чередующиеся со скачками в новое осёдлое положение.

Газы – молекулы хаотично и почти свободно движутся в промежутках между столкновениями, во время которых резко меняется характер их движения. Молекулы газа находятся на расстояниях, превышающих размер самих молекул в несколько раз; занимает объём любой формы.

Процессов, в которых происходит изменение агрегатных состояний веществ, всего шесть.

Переход вещества из твердого состояния в жидкое называется плавлением. Процесс образования кристаллов из веществ, находящихся в жидком (или аморфном) состоянии, называется кристаллизацией. Когда вещество переходит из жидкости в газ, это называется парообразованием. Конденсация – это переход вещества из газообразного состояния в жидкое. Конденсация может наблюдаться при охлаждении или сжатии газа. Переход из твердого состояния сразу в газ, минуя жидкое, называют сублимацией, обратный процесс – десублимацией.

1. Плавление

2. Кристаллизация

3. Парообразование

4. Конденсация

5. Сублимация

6. Десублимация

Примеры всех этих переходов мы с вами не раз наблюдали в жизни. Лед плавится, образуя воду, вода испаряется, образуя пар. В обратную сторону пар, конденсируясь, переходит снова в воду, а вода, замерзая, становится льдом. А если вы думаете, что вы не знаете процессов сублимации и десублимации, то не спешите с выводами. Запах любого твердого тела – это и есть не что иное, как сублимация. Часть молекул вырывается из тела, образуя газ, который мы и можем унюхать. А пример обратного процесса – это узоры на стеклах зимой, когда пар в воздухе, замерзая, оседает на стекле и образует причудливые узоры.

Пар, находящийся в динамическом равновесии со своей жидкостью, называется насыщенным. Под динамическим равновесием жидкости и пара понимают такое их состояние, когда число молекул, покидающих поверхность жидкости, равно в среднем числу молекул пара, возвращающихся за то же время в жидкость. Если в замкнутом сосуде нагревается жидкость, то с ростом Т в пространстве над жидкостью растёт концентрация молекул и их средняя энергия, поэтому давление растёт нелинейно. Когда вся жидкость в сосуде превратится в пар, то давление начнёт расти прямо пропорционально температуре, как давление идеального газа.

Кипение – это процесс интенсивного парообразования, происходящей как со свободной поверхности жидкости, так и по всему объёму жидкости внутри образующихся в ней пузырьков пара. Пока вся жидкость в сосуде не выкипит, температура жидкости постоянна. Температура кипения повышается с ростом внешнего давления. Кипение происходит в случае, если давление насыщенного пара внутри пузырька пара равно или больше внешнего давления.

Влажность воздуха – физическая величина, характеризующая содержание в воздухе водяного пара.

Относительная влажность воздуха – это отношение парциального давления (или концентрации молекул) водяного пара, содержащего в воздухе при данной температуре, к давлению насыщенного пара (или его концентрации) при той же температуре:

,

- плотность насыщенного пара при данной температуре.

Относительная влажность воздуха показывает, насколько водяной пар в данных условиях близок к насыщению.

Абсолютная влажность воздуха – масса водяного пара в единице объёма газа.

Точка росы – температура, при которой находящийся в воздухе водяной пар становится насыщенным.

Лабораторные работы:

1. «Определение влажности воздуха».

Приборы и материалы: тонкостенный стеклянный или металлический стаканчик, термометр, вода, лёд, кусок ткани.

Ход работы:

Ι. Определение влажности воздуха методом «точки росы».

1. Измерить температуру комнаты

2. наполните тонкостенный стакан водой комнатной температуры и погрузите в неё термометр. Бросайте кусочки льда в воду и помешивайте её термометром, следите за наружной поверхностью стакана и температурой. В момент появления на поверхности стакана росы, запишите температуру воды в стакане. Это и есть точка росы.

3. По температуре воздуха в комнате найдите по таблице давления насыщенных паров.

4. по точке росы пользуясь таблицей, определите давления водяных паров

5. Вычислите относительную влажность воздуха по формуле:

6. Вылейте из стакана холодную воду, вытрите его наружную поверхность. Налейте снова воды комнатной температуры и повторите опыт, стараясь точнее уловить момент появления росы.

7. Вычислите относительную влажность воздуха повторно и сравните результаты.

Практические занятия: