Какие различия в свойства газов и жидкостей
Анонимный вопрос · 12 января 2018
2,5 K
Между атомами или молекулами газа слабые силы притяжения, поэтому расстояние между ними большое. По этой причине газы, в отличие от жидкостей и твердых веществ, легко сжимаются. Источник: https://5terka.com/node/17080
Что такое физическое вещество?
То, из чего состоят физические тела, то есть окружающие нас предметы, называется веществом.
Например, твёрдыми физическими телами являются камень, крупинка соли, автомобиль, плитка шоколада. Любое твёрдое тело имеет какую-то определённую форму.
Жидкое физическое тело — это вода в стакане или в пруду. Жидкие тела не имеют своей собственной формы, а принимают форму той ёмкости, в которой жидкость находится.
Газообразным физическим телом является воздух, находящийся в помещении или в воздушном шарике. Газообразные физические тела, так же как и жидкости, не имеют своей формы. Однако, в отличие от жидкостей, всегда заполняют весь объём той ёмкости, в которой находятся.
Почему агрегатное состояние вещества так называется?
Потому что оно имеет смысл только для большого количества вещества — агрегата. Грубо говоря, для 2-3 молекул невозможно сказать — газ это или там жидкость.
Не спрашивайте, для какого количества молекул можно говорить об агрегатном состоянии — это вопрос из серии «сколько зерен уже можно называть кучей» 🙂
Почему газы атмосферы не улетают в вакуум , ведь по закону диффузии они должны перемещаться из области с большей концентрацией вещества в обл.с меньшей ?
физик-теоретик в прошлом, дауншифтер и журналист в настоящем, живу в Германии
Как уже сказано, кроме диффузии есть еще и гравитация. В итоге плотность атмосферы экспоненциально падает с высотой (примерно так выглядит решение уравнения диффузии в гравитационном поле). И «улететь» может лишь часть молекул из очень разреженного внешнего слоя. Конечно, Земля теряет атмосферу, но о-о-очень медленно. Кстати, быстрее всего ее покидает свободный водород, попадающий в атмосферу. Это одна из причин, почему его так мало в атмосфере. К тому же на Землю валится всякий космический мусор (в т. ч., содержащий замерзшую воду, а это не только будущий источник водяных паров, но и источник кислорода и водорода; а соединения азота — источник азота). А еще вулканы выбрасывают из недр разные газы, включая водяной пар, углекислый газ, окислы серы — и все они со временем могут стать источником кислорода).
Если бы Земля была полегче (как Марс, например) то дела с атмосферой у нее были бы похуже — было бы труднее ее удерживать.
Прочитать ещё 1 ответ
Можно ли уплотнить энергию до состояния вещества?
Сусанна Казарян, США, Физик
Возможно, но только это называется не уплотнением энергии, а взаимодействием элементарных частиц. Например, гамма квант при взаимодействии с электрическом полем ядра может образовать электрон-позитронную пару (γ + A → A + e⁻ + e⁺). Другой пример каскадного рождения e⁻e⁺ пар гамма квантами (γ → e⁻ + e⁺) в сверх сильных магнитных полях над полярными шапками нейтронных звезд. Во всех этих случаях бóльшая часть энергии (фотона) переходит в вещество (e⁻e⁺) при единственном требовании — минимальная (пороговая) энергия гамма кванта Е(γ) для рождения e⁻e⁺ пар должна удовлетворять условию: Е(γ) > 2mₑ. Кроме того, в поле ядра, при соответственно бóльших энергиях γ-квантов, возможны процессы рождения пар мюонов (μ⁻μ⁺), а при обмене γ-квантов виртуальными векторными мезонами (ρ) с ядром, возможны и рождение адронов (π⁻π⁺π⁰).
В случае ядерных полей можно привести пример массы протона, состоящего из uud кварков с суммарной массой покоя около 0,1% массы протона. Остальные 99,9% наблюдаемой массы покоя протона обеспечиваются безмассовыми глюонами, связывающими валентные кварки в составе протона. Плотность энергии в ядре при этом более 10²⁸ Дж/см³. В этом примере «уплотнением энергии (ядерного поля) до состояния вещества» занимается сама природа.
Чем отличаются жидкости от газов?
Если я правильно помню физику ранних классов, у жидкости расстояние между молекулами много меньше, чем у газа. Так же жидкость принимает форму сосуда, в который её наливают, а газ занимает весь объем, который ему дан. Плюс, газ- это одно из состояний жидкости.
Жидкости:
В отличие от твердого тела жидкость характеризуется малым сцеплением между частицами, вследствие чего она обладает текучестью и принимает форму сосуда, в который ее помещают.
Жидкости подразделяют на два вида: капельные и газообразные. Капельные жидкости обладают большим сопротивлением сжатию (практически несжимаемы) и малым сопротивлением касательным и растягивающим усилиям (из-за незначительного сцепления частиц и малых сил трения между частицами). Газообразные жидкости характеризуются почти полным отсутствием сопротивления сжатию. К капельным жидкостям относятся вода, бензин, керосин, нефть, ртуть и другие, а к газообразным — все газы.
Гидравлика изучает капельные жидкости. При решении практических задач гидравлики часто пользуются понятием идеальной жидкости — несжимаемой среды, не обладающей внутренним трением между отдельными частицами.
К основным физическим свойствам жидкости относятся плотность, давление, сжимаемость, температурное расширение, вязкость.
Плотность — это отношение массы к объему, занимаемому этой массой. Плотность измеряют в системе СИ в килограммах на кубический метр (кг/м3). Плотность воды составляет 1000 кг/м3.
Используются также укрупненные показатели: – килопаскаль — 1 кПа= 103 Па; – мегапаскаль — 1 МПа = 106 Па.
Сжимаемость жидкости — это ее свойство изменять объем при изменении давления. Это свойство характеризуется коэффициентом объемного сжатия или сжимаемости, выражающим относительное уменьшение объема жидкости при увеличении давления на единицу площади. Для расчетов в области строительной гидравлики воду считают несжимаемой. В связи с этим при решении практических задач сжимаемостью жидкости обычно пренебрегают.
Величина, обратная коэффициенту объемного сжатия, называется модулем упругости. Модуль упругости измеряется в паскалях.
Температурное расширение жидкости при ее нагревании характеризуется коэффициентом температурного расширения, который показывает относительное увеличение объема жидкости при изменении температуры на 1 С.
В отличие от других тел объем воды при ее нагревании от 0 до 4 °С уменьшается. При 4 °С вода имеет наибольшую плотность и наибольший удельный вес; при дальнейшем нагревании ее объем увеличивается. Однако в расчетах многих сооружений при незначительных изменениях температуры воды и давления изменением этого коэффициента можно пренебречь.
Вязкость жидкости — ее свойство оказывать сопротивление относительному движению (сдвигу) частиц жидкости. Силы, возникающие в результате скольжения слоев жидкости, называют силами внутреннего трения, или силами вязкости.
Силы вязкости проявляются при движении реальной жидкости. Если жидкость находится в покое, то вязкость ее может быть принята равной нулю. С увеличением температуры вязкость жидкости быстро уменьшается; остается почти постоянной при изменении давления.
Газов:
Физические свойства газов, как и любого вещества начинаем с определений связанных с его массой и энергией. Так плотность газа, в определенном смысле равноправно, определяется следующим образом: • если известны конечные значения массы и размеры объема, то имеем • для бесконечно малых объемов вещества предельное значение плотности равно При расчетах коммерческого расхода газа пользуются относительной плотностью газа, т.е. отношением r — плотности газа к плотности сухого воздуха — ra при стандартных условиях. Относительная плотность газа по воздуху равна Плотность газа при 0°С и атмосферном давлении может быть определена по его молярной массе – Пересчет плотности при разных физических параметрах газа производим по формуле. Плотность газовой смеси определяется по правилу смешения (аддитивности) ai — объемные концентрации газовых компонент в смеси (0 ai 1), — плотности компонентов смеси. Удельный объем газа вычисляется следующим образом Средняя молярная масса смеси равна В термических расчетах, в зависимости от происходящего процесса, применяют понятие теплоемкости вещества — при постоянном давлении cp, и при постоянном объеме cv, для которых справедлива формула Майера Отношение теплоемкостей называется показателем адиабаты Другим важным физическим свойством реального газа является его сжимаемость. По сути сжимаемость газа является определяющим фактором отличающим отклонение газа от идеального. Характеристика сжимаемости определяется коэффициентом сжимаемости , или Z — фактором, в зарубежной терминологии, в модели реального газа. Коэффициент сжимаемости зависит от приведенных температуры и давления (Tm,pm), которые определяются следующим образом T,Tcr — текущая и критическая температура газа, p,pcr — текущее и критическое давление газа, например в трубопроводе Расчет коэффициента сжимаемости (по методике ОНТП 51-1-85) : По Губкинскому университетут: Рассмотрим физические свойства реальных газов связанных с его вязкостью. Как известно, вязкость сплошной среды определяет ее внутренее трение между слоями жидкости или газа при их относительном движении. Определяются из экспериментальных зависимостей между напряжением и градиентом скорости. Для расчета касательных напряжений, используется понятие коэффициента динамической вязкости, который используется при расчете касательных напряжений по формуле: v, n — скорость относительного течения и ее нормаль к линиям тока; — коэффициент динамической вязкости газа (Па с); — напряжения внутреннего трения (Па). Для кинематической вязкости введено обозначение: Практически все природные газы содержат водяные пары. Наличие водяных паров в газе способствуют образованию гидратов на поверхности трубы. Различают w — абсолютную массовую и — объемную влажности Эти формулы не учитывают отклонение законов реального газа от законов идеального газа. Поэтому вводится понятие относительной влажности газа. Относительная влажность газа это отношение фактического количества водяных паров к максимально возможному (при одних и тех же давлениях и температуре) в единице объема: mw,T — максимально возможное количество водяного пара, которое может находится при данной температуре T ; mw -плотность пара; w,T — плотность насыщенного пара; pw — парциальное давление водяного пара в газовой смеси; pw,T — давление насыщенного водяного пара в газовой смеси. Температура, при которой газ становится насыщенным при определенном далении, называется точкой росы. При технологических расчетах газопровода газ должен быть осушен так, чтобы температура его транспортировки была бы на на несколько градусов ниже его точки росы.
Урок: Три состояния вещества. Различие в молекулярном строении твёрдых тел, жидкостей и газов
Цели урока: познакомить учащихся со свойствами твердых тел, жидкостей и газов, и объяснить их с точки зрения молекулярного строения вещества.
Методические цели урока:
Образовательные: формировать представления о некоторых механических свойствах твердых тел, жидкостей, газов, объяснить эти свойства на основе знаний о различиях в расположении, движении и притяжении молекул; формировать умения применять полученные знания о молекулярном строении вещества для объяснения свойств твердых тел, жидкостей и газов.
Развивающие: формировать у учащихся навыки самостоятельной исследовательской деятельности и работы с учебником, развивать умения выделять главное, сравнивать и анализировать; развитие речевых навыков учащихся, умений анализировать, умений делать выводы по изученному материалу.
Воспитательные: способствовать привитию умственного труда, формировать познавательный интерес к предмету, формировать умения использовать теоретические знания для понимания сущности явлений происходящих в природе, в быту, умение излагать свою точку зрения.
Тип урока: комбинированный
Ход урока
1. Организационный этап
Приветствие учителя. Проверка наличия учебных принадлежностей. Проверка присутствующих. Запись домашнего задания.
2. Актуализация знаний (блиц-опрос)
- Из чего состоят все тела?
- Что называют молекулами?
- Из чего состоят молекулы?
- Отличаются ли между собой молекулы одного и того же вещества?
- Почему при нагревании все тела расширяются, а при охлаждении сжимаются?
- Что вы можете сказать о величине промежутков между молекулами твердых тел, жидкостей и газов?
- Какое явление называют диффузией?
- Почему диффузия в разных телах происходит с разной скоростью?
- Почему твердые тела и жидкости не распадаются на отдельные молекулы?
- Что вы можете сказать о силах взаимодействия между молекулами твердых тел, жидкостей и газов?
Теперь подведем итог: что мы знаем о строении вещества?
3. Этап постановки целей и задач урока
Проблемная ситуация.
На какие три группы можно разделить следующие вещества: вода, камень, воздух, олово, спирт, сахар, природный газ, лед, кислород, растительное масло, алюминий, молоко, азот (данные вещества даны при комнатной температуре).
Вы разделили вещества по их агрегатным состояниям: твердое, жидкое и газообразное. Многие из них мы привыкли видеть в каком-либо одном состоянии. Например, железо – в твердом, растительное масло – в жидком, водород – в газообразном. Однако есть и такие, которые в нашей жизни встречаются сразу в трех состояниях, например, вода: твердое состояние воды – лед, жидкое – вода, газообразное – водяной пар. Давайте попробуем разобраться, почему в различных состояниях вещества обладают разными свойствами.
Тема нашего сегодняшнего урока «Три состояния вещества. Различие в молекулярном строении твёрдых тел, жидкостей и газов».
- Как вы думаете, какая цель будет стоять перед нами на этом уроке?
Цель, которую мы ставим сегодня перед собой: получить представление о свойствах твёрдых тел, жидкостей, газов, объяснить эти свойства на основе знаний о различиях в расположении, движении и притяжении молекул.
Откройте свои рабочие тетради и запишите тему сегодняшнего урока «Три состояния вещества. Различие в молекулярном строении твёрдых тел, жидкостей и газов».
4. Этап получения новых знаний
Чтобы систематизировать знания о строении вещества, свойствах тел в разных агрегатных состояниях, заполним таблицу:
Критерии сравнения | Газ | Жидкость | Твердое тело |
Основные свойства |
|
|
|
Расположение молекул | |||
На большом расстоянии друг от друга, хаотично | Плотно упакованы, т.е. на небольшом расстоянии друг от друга | Упорядоченно, образуя кристаллическую решётку | |
Характер движения молекул | Движутся свободно по всему объему | Колеблются на месте, перескакивая с места на место | Колеблются на месте, около одного положения равновесия |
Взаимодействие молекул | Слабое | Сильное | Очень сильное |
- Какие свойства твёрдых тел вам известны? Сохраняют форму и объём (продемонстрировать на опытах: сжать или растянуть любое твёрдое тело).
- Какие свойства жидкостей вы знаете? Сохраняют объём, но легко меняют свою форму (опыты: перелить воду в сосуды разной формы).
- Какие свойства газов вам известны? Не сохраняют форму и объём (продемонстрировать на опытах: сжать воздух в воздушном шарике).
Свойства твердых тел.
- В каком состоянии находятся окружающие нас тела – парты, книги, тетради? (твердом)
Рассмотрим несколько твердых тел.
- Какую форму они имеют? (правильную, параллелепипеда, цилиндра)
- Попробуем изменить их форму: сжать или растянуть. Легко это сделать? (Нет.)
- Можем мы определить объем твердых тел? Определим объем параллелепипеда.
Вывод: Твердые тела сохраняют форму и имеют объем. (Запись вывода на доске и в таблице).
Свойства жидкостей.
- Теперь определим свойства жидкостей. Мы можем перелить её в различные сосуды. (Учитель переливает воду в сосуды различной формы, первый и последний раз в мензурки, для определения объема)
- Что происходит с формой жидкости? (она меняется)
- Какую форму принимает каждый раз жидкость? (форму сосуда)
- Изменился ли при этом объем жидкости? (нет)
Вывод: жидкость легко меняет форму, но сохраняет объем. (Запись вывода на доске и в таблице). Эти свойства жидкости применяют при изготовлении изделий из стекла.
Свойства газов.
- Выясним, какими свойствами обладают газы. Опыт с резиновым шариком: перевязывают шарик посредине ниткой, надувают одну половину воздухом, затем разрезают нить. Воздух занимает весь шарик.
Итак, газы занимают весь предоставленный объем. Теперь пробуем сжать шарик. Это нам легко удалось.
- Что можем сказать о свойствах газов?
Вывод: Газ занимает весь предоставленный ему объем и легко сжимаем. (Запись вывода в таблице)
- Как же можно объяснить эти свойства? Ведь вода, лед, водяной пар – это состояния одного и того же вещества, а значит, молекулы не отличаются друг от друга. Следовательно, нам надо выяснить, как эти молекулы расположены и как они движутся.
Газы. Так как газы заполняют весь предоставленный объём, не имеют формы и легко сжимаются, то следует предположить, что расстояние между молекулами во много раз больше самих молекул, они почти не притягиваются и свободно движутся. Это доказывает и диффузия, которая в газах происходит быстрее, чем в жидкостях и твёрдых телах. Но если газы сильно сжать или охладить они переходят в жидкое состояние. (Запись вывода на доске и в таблице).
Жидкости. Жидкости не сохраняют форму, они могут течь, их легко перелить. Но сжать их трудно. Это можно объяснить только тем, что при любом сближении молекул между ними возникает отталкивание, т.к. молекулы расположены близко друг к другу, расстояние между ними сравнимо с размером молекул. Они скачками меняют свое место – “прыгают”. (Запись вывода на доске и в таблице).
Твердые тела. Твердые тела сохраняют форму и объем. Это значит, что молекулы расположены на расстояниях, сравнимых с размером молекул. Молекулы расположены упорядоченно, образуя кристаллическую решётку, при этом они совершают колебания около определенной точки. (Запись вывода на доске и в таблице).
Работа по рисунку (80 стр. 78) .
- Назовите, расположение, молекул какого вещества показано на рисунке под буквой а? б? в? Почему вы сделали такой вывод?
5. Этап обобщения и закрепления нового материала
- Можно ли заполнить газом сосуд на половину его объема? Почему?
- Могут ли быть в жидком состоянии при комнатной температуре: кислород, азот?
- Могут ли быть в газообразном состоянии при комнатной температуре: ртуть, железо?
- В зимний морозный день над полыньей в реке образовался туман. Какое это состояние вещества?
- В комнате, где находится нафталин, всегда чувствуется его запах. Объясните, в каком состоянии пребывает нафталин?
6. Заключительный этап
- Что мы узнали о свойствах тел в различных агрегатных состояниях?
- Как можно объяснить эти свойства, учитывая молекулярное строение вещества?
7. Рефлексия
- Что вам понравилось на сегодняшнем уроке?
- Что не понравилось?
- А теперь давайте выставим оценки.
Домашнее задание: §11,12; вопросы к параграфу; Л.№ 84, 93…
…отличаются. Промежутки между молекулами газа больше, чем между молекулами жидкости. | При одинаковой температуре размеры промежутков между молекулами в газах и жидкостях… |
…отличаются. Промежутки между молекулами газа больше, чем между молекулами твердого тела. | При одинаковой температуре размеры промежутков между молекулами в газах и твердых телах… |
…отличаются. Промежутки между молекулами жидкости больше, чем между молекулами твердого тела. | При одинаковой температуре размеры промежутков между молекулами в жидкостях и твердых телах… |
…потому что очень малы промежутки между молекулами. | В твердых телах притяжение между молекулами очень большое, …. |
…потому что велики промежутки между молекулами. | В газах притяжение между молекулами газа очень мало, … |
…меньше. | Скорость движения молекул льда по сравнению с молекулами воды… |
…больше. | Скорость движения молекул водяного пара по сравнению с молекулами воды… |
… путем охлаждения. | Переход из жидкого состояния вещества в твердое состояние осуществляется…. |
…путем нагревания. | Переход из твердого состояния вещества в жидкое состояние осуществляется…. |
Задания для исследовательской работы
Задание 1: «Исследование свойств газов»
Оборудование: воздушный шарик, медицинский шприц
Проведите эксперимент и ответьте на вопросы:
- Надуйте шарик. Какую часть шарика заполняет воздух? Какова форма газа?
- Сожмите шарик рукой (измените его форму). Сохранился ли объём воздуха? Сохранилась ли его форма?
- Заполните шприц воздухом, вытягивая поршень. Закройте отверстие пальцем и попробуйте его сжать. Легко ли сжать газ?
Задание 2: «Исследование свойств жидкостей»
Оборудование: сосуд с водой, мензурка, 2-3 сосуда разной формы, медицинский шприц
Проведите эксперимент и ответьте на вопросы:
- Измерьте объём жидкости с помощью мензурки?
- Переливайте воду в сосуды разной формы? Какую часть сосуда заполняет жидкость? Сохраняет ли жидкость свою форму?
- Вновь измерьте объём жидкости. Изменился ли её объём?
- Заполните шприц водой. Закройте отверстие пальцем и попробуйте её сжать. Легко ли сжать жидкость?
Задание 3: «Исследование свойств твердых тел»
Оборудование: набор твердых тел из разного вещества (металла, дерева, пластмассы и т.д.)
Проведите эксперимент и ответьте на вопросы:
- Имеют ли твердые тела свою форму?
- Сохраняют ли они свой объём?
- Попробуйте сдавить тело рукой. Легко ли его сжать?