Какими свойствами обладают твердые тела жидкости и газы
Естественные науки, включающая химию и физику, обычно рассматриваются как науки, изучающие природу и свойства вещества и энергии в неживых системах. Вещество во Вселенной — атомы, молекулы и ионы, которые составляют все физические тела, все, что имеет массу и занимает пространство. Энергия — это способность вызывать изменения. Энергия не может быть создана или уничтожена; он может быть только сохранена и преобразована из одной формы в другую. Потенциальная энергия — это энергия, хранящаяся в объекте из-за его положения — например, ведро с водой, повешенное над дверью, может упасть. Кинетическая энергия — это энергия, движения, любой объект или частица, находящаяся в движении, обладает кинетической энергией, зависящей от массы и скорости тела. Кинетическая энергия может быть преобразована в другие виды энергии, такие как электрическая энергия и тепловая энергия.
Существует пять известных фаз или состояний вещества: твердое тело, жидкость, газ, плазма и бозе-эйнштейновский конденсат. Основное различие в структурах каждого состояния находится в плотностях частиц.
ТВЕРДОЕ ТЕЛО
В твердом теле частицы плотно упакованы, поэтому они не могут двигаться очень сильно. Частицы твердого вещества имеют очень низкую кинетическую энергию. Электроны каждого атома находятся в движении, поэтому атомы имеют небольшую вибрацию, но они фиксируются в своем положении. Твердые тела имеют определенную форму, и могут длительное время ее сохранять. У них также есть определенный объем. Частицы твердого тела уже настолько плотно упакованы вместе, что увеличивающееся давление не будет сжимать твердое тело до меньшего объема.
ЖИДКОСТИ
В жидкой фазе частицы вещества имеют большую кинетическую энергию, чем частицы в твердом теле. Частицы жидкости не удерживаются в регулярном расположении, но все еще очень близки друг к другу, поэтому жидкости имеют определенный объем. Жидкости, как и твердые тела, трудно сжимаемы. Частицы жидкости имеют достаточно места для обтекания друг друга, поэтому жидкости имеют неопределенную форму. Жидкость принимает форму емкости, в которую она помещена. Сила распределяется равномерно по всей жидкости, поэтому, когда объект помещается в жидкость, частицы жидкости перемещаются за объектом.
Величина восходящей плавучей силы равна весу жидкости, в объеме тела. Когда плавучая сила равна силе тяжести, объект будет плавать. Этот принцип плавучести был обнаружен греческим математиком Архимедом, который, согласно легенде, выпрыгнул из своей ванны и побежал обнаженным по улицам, крича «Эврика!», после того, как догадался о выталкивающих силах в жидкости. Эту силу еще называют силой Архимеда, как дань уважения и признания древнему ученому.
Частицы жидкости, как правило, удерживаются слабым межмолекулярным притяжением, а не свободно перемещаются, как частицы газа. Эта сила сцепления соединяет частицы вместе, образуя капли или потоки.
Ученые сообщили, что в апреле 2016 года они создали странное состояние материи, которое, как предполагалось, существовало, но никогда не было видно в реальной жизни. Хотя этот тип материи можно держать в руке, как если бы он был сплошным, увеличение материала выявило бы беспорядочные взаимодействия его электронов, более характерные для жидкости. Это тип материи называют квантовой спиновой жидкостью Китаева, в ней электроны входят в своеобразный квантовый танец, в котором они взаимодействуют или «разговаривают» друг с другом. Обычно, когда вещество остывает, спин его электронов имеет тенденцию выстраиваться в линию. Но в этой квантовой спиновой жидкости электроны взаимодействуют так, что они влияют на то, как другие вращаются и никогда не выравниваются независимо от того, насколько материал холодный. Материал будет вести себя так, как будто его электроны, считающиеся неделимыми, разрушались.
ГАЗЫ
Частицы газа находятся на большом расстоянии друг от друга и имеют высокую кинетическую энергию. Если пространство не ограничено, частицы газа будут разбросаны бесконечно; если оно ограничено, газ будет расширяться, чтобы заполнить весь объем. Когда газ оказывается под давлением, то есть уменьшается объем емкости, пространство между частицами уменьшается, а давление, оказываемое их столкновениями, увеличивается. Если объем сосуда поддерживается постоянным, но температура газа увеличивается, то давление также увеличивается. Частицы газа обладают достаточной кинетической энергией для преодоления межмолекулярных сил, которые удерживают твердые частицы и жидкости вместе, поэтому газ не имеет определенного объема и формы.
ПЛАЗМА
Плазма не является общим состоянием материи здесь, на Земле, но может быть самым распространенным состоянием материи во Вселенной. Плазма состоит из сильно заряженных частиц с чрезвычайно высокой кинетической энергией. Благородные газы (гелий, неон, аргон, криптон, ксенон и радон) часто используются для создания светильников, используя электричество для их ионизации в плазменное состояние. Звезды, по сути, являются перегретыми шарами плазмы.
КОНДЕНСАТ БОЗЕ-ЭЙНШТЕЙНА
В 1995 году технология позволила ученым создать новое состояние материи — конденсат Бозе-Эйнштейна (КБЭ). Используя комбинацию лазеров и магнитов, Эрик Корнелл и Карл Вейман охладили образец рубидия с точностью до нескольких градусов до абсолютного нуля. При этой чрезвычайно низкой температуре молекулярное движение очень близко к остановке. Так как кинетическая энергия почти не передается от одного атома к другому, атомы начинают сжиматься вместе. Уже не тысячи отдельных атомов, а один «супер атом». КБЭ используется для изучения квантовой механики на макроскопическом уровне. Свет, кажется, замедляется, когда он проходит через КБЭ, что позволяет изучать парадокс частиц/волн. КБЭ также обладает многими свойствами сверхтекучей жидкости без трения, также используются для моделирования условий, которые могут выполняться в черных дырах.
СМЕНА ФАЗЫ
Добавление энергии к веществу приводит к физическому изменению — материя переходит из одного состояния в другое. Например, добавление тепловой энергии — тепла — к жидкой воде приводит к тому, что она становится паром или газом. Извлечение энергии также приводит к физическим изменениям, например, когда жидкая вода становится льдом — твердой — при удалении тепла. Физическое изменение фазы также может быть вызвано движением и давлением.
ПЛАВЛЕНИЕ И ОТВЕРДЕВАНИЕ
Когда тепло прикладывается к твердому веществу, его частицы начинают быстрее вибрировать и склонны двигаться дальше друг от друга. Когда вещество при стандартном давлении достигает определенной точки, называемой точкой плавления, твердое вещество начинает превращаться в жидкость. Точку плавления чистого вещества часто можно определить с точностью до 0,1 градуса Цельсия, точкой, в которой твердая и жидкая фазы находятся в равновесии. Если вы продолжаете нагревать образец, температура не будет повышаться выше точки плавления, пока весь образец не будет сжижен. Тепловая энергия используется для преобразования твердого вещества в жидкую форму. Как только весь образец станет жидким, температура снова начнет расти. Соединения, которые в остальном очень похожи, могут иметь разные точки плавления, поэтому точка плавления может быть полезным способом различения среди них. Например, сахароза имеет точку плавления 186,1 градусов Цельсия, тогда как температура плавления глюкозы составляет 146 градусов Цельсия. Твердая смесь, такая как металлический сплав, часто может быть разделена на ее составные части путем нагревания смеси и извлечения жидкостей по мере достижения ими различных точек плавления.
Точка замерзания — это температура, при которой жидкое вещество достаточно охлаждается для образования твердого вещества. По мере охлаждения жидкости движение частиц замедляется. Во многих веществах частицы выравниваются точными геометрическими узорами для образования кристаллических твердых веществ. Большинство жидкостей сжимаются, когда они замерзают. Одной из важных характеристик воды является то, что она расширяется при замерзании, поэтому лед плавает. Если бы лед не плавал, не было бы жидкой воды под замерзшим льдом, и многие формы водной жизни были бы невозможны.
Температура замерзания часто близка к той же температуре, что и температура плавления, но не считается характерной для вещества, поскольку несколько факторов могут ее изменить. Например, добавление растворенных веществ в жидкость приведет к снижению температуры замерзания. Примером этого является использование суспензии соли для снижения температуры, при которой вода замерзает на наших дорогах. Другие жидкости можно охлаждать до температур, значительно ниже их температуры плавления, до того, как они начнут затвердевать. Такие жидкости называются суперохлаждаемыми и часто требуют наличия пылевой частицы или затравочного кристалла для начала процесса кристаллизации.
СУБЛИМАЦИЯ
Когда твердое вещество превращается непосредственно в газ без прохождения жидкой фазы, процесс известен как сублимация. Сублимация происходит, когда кинетическая энергия частиц больше атмосферного давления, окружающего образец. Это может произойти, когда температура образца быстро увеличивается за точку кипения (испарение вспышки). Чаще всего вещество может быть «высушено в замороженном состоянии» путем его охлаждения в условиях вакуума, так что вода в веществе подвергается сублимации и удаляется из образца. Несколько летучих веществ будут подвергаться сублимации при нормальной температуре и давлении. Наиболее известным из этих веществ является CO2 или сухой лед.
ПАРООБРАЗОВАНИЕ
Испарение представляет собой превращение жидкости в газ. Испарение может происходить путем испарения или кипения.
Поскольку частицы жидкости находятся в постоянном движении, они часто сталкиваются друг с другом, передавая при этом энергию. Этот перенос энергии имеет малое влияние внутри жидкости, но когда достаточная энергия передается частице вблизи поверхности, она может получить достаточную энергию, чтобы полностью удалиться из образца в виде частицы свободного газа. Этот процесс называется испарением, и он продолжается до тех пор, пока остается жидкость. Энергия, передаваемая поверхностным молекулам, вызывающая их вылет, уносится от оставшегося жидкого образца.
Когда к жидкости добавляется достаточно тепла, образуя пузырьки пара ниже поверхности, мы говорим, что жидкость кипит. Температура, при которой жидкость кипит, является переменной. Точка кипения зависит от давления вещества. Жидкость под более высоким давлением будет требовать больше тепла до того, как в ней могут образоваться пузырьки пара. На больших высотах атмосферном давлении ниже, чем при нормальных условиях, поэтому жидкость будет кипеть при более низкой температуре. Такое же количество жидкости на уровне моря находится под большим атмосферным давлением и будет кипеть при более высокой температуре.
КОНДЕНСАЦИЯ И ДЕСУБЛИМАЦИЯ
Конденсация — это когда газ превращается в жидкость. Конденсация происходит, когда газ охлаждается или сжимается до такой степени, что кинетическая энергия частиц больше не может преодолевать межмолекулярные силы. Первоначальный кластер частиц инициирует процесс, который имеет тенденцию дополнительно охлаждать газ, так что конденсация продолжается. Когда газ превращается непосредственно в твердое вещество, не проходя через жидкую фазу, процесс называется осаждением или десублимацией. Примером этого является то, как при пониженных температурах преобразуется водяной пар в атмосфере в иней и лед. Иней имеет тенденцию обрисовывать сплошные листья травы и веток, потому что воздух, касающийся этих твердых веществ, охлаждается быстрее, чем воздух, который не касается твердой поверхности.
Êíèãà: Ïðèðîäîâåäåíèå. Ïðèðîäà. Íåæèâàÿ è æèâàÿ. 5 êëàññ
§ 7. Ñâîéñòâà òâåðäûõ òåë, æèäêîñòåé è ãàçîâ
§ 7. Ñâîéñòâà òâåðäûõ òåë, æèäêîñòåé è ãàçîâ
Êàæäûé èç âàñ ñìîæåò íàçâàòü ìíîæåñòâî ðàçëè÷íûõ òâåðäûõ òåë. Èõ òâåðäîñòü âû îùóùàåòå ñðàçó æå, âçÿâ â ðóêè. Èç àëþìèíèÿ èçãîòîâèëè ïðÿìîóãîëüíûé áðóñîê. Êàê áû ìû åãî íè ðàñïîëàãàëè, îí áóäåò ñîõðàíÿòü ñâîè ôîðìó è îáúåì òàêèìè, êàêèå åìó áûëè ïðèäàíû ïðè èçãîòîâëåíèè (ðèñ. 26).
Ðèñ. 26. Òâåðäûå òåëà ñîõðàíÿþò íåèçìåíåííûìè ôîðìó è îáúåì
×òîáû èçìåíèòü åãî ôîðìó, íóæíî ïðèëîæèòü î÷åíü áîëüøîå óñèëèå. Ñëåäîâàòåëüíî, òâåðäûå òåëà ñïîñîáíû ñîõðàíÿòü íåèçìåííûìè ôîðìó è îáúåì. Ýòî îäíî èç ñâîéñòâ òâåðäûõ òåë. Ðàññìîòðèì ñâîéñòâà æèäêîñòåé, íàïðèìåð âîäû. Åñëè âîäó íàëèâàòü â ðàçíîîáðàçíûå ñîñóäû, òî êàæäûé ðàç îíà áóäåò ïðèíèìàòü ôîðìó ýòèõ åìêîñòåé (ðèñ. 27).
Ðèñ. 27. Æèäêîñòè íå ñîõðàíÿþò ôîðìó
Îáúåì æå âîäû áóäåò îñòàâàòüñÿ îäíèì è òåì æå. Åñëè ñîñóä ðàçáèòü, òî âîäà áåç ïîääåðæèâàþùèõ åå ñòåíîê ðàçîëüåòñÿ. Æèäêîñòè ñïîñîáíû ñîõðàíÿòü îáúåì, íî íå ñïîñîáíû ñîõðàíÿòü ôîðìó. Ñïîñîáíîñòü æèäêîñòè ïðèíèìàòü ôîðìó ñîñóäà øèðîêî èñïîëüçóåòñÿ è íà ïðîèçâîäñòâå, è â ïîâñåäíåâíîé æèçíè (íàïðèìåð, ïðè ëèòüå ìåòàëëîâ è ïðèãîòîâëåíèè ïèùè).
Ãàçû íå ñîõðàíÿþò ôîðìû è çàíèìàþò âåñü îáúåì, êîòîðûé èì ïðåäîñòàâëåí. Ñëåäîâàòåëüíî, ãàçû ïðèíèìàþò ôîðìó è çàíèìàþò îáúåì òîãî ñîñóäà èëè ïîìåùåíèÿ, â êîòîðîì îíè íàõîäÿòñÿ: çàêðûòîé áóòûëêè, çàêóïîðåííîé êîëáû, êîìíàòû, ñïåöèàëüíîãî áàëëîíà äëÿ ïåðåâîçêè è ò. ä. (ðèñ. 28).
Ðèñ. 28. Ãàçû íå ñîõðàíÿþò ôîðìó è çàíèìàþò âåñü îáúåì, êîòîðûé èì ïðåäîñòàâëåí
Äåôîðìàöèÿ
Âîçüìèòå ðåçèíîâóþ ëåíòó è êàðàíäàøîì èëè ôëîìàñòåðîì ðàçìåòüòå åå íà ïîëîñêè ðàâíîé äëèíû. Åñëè îäèí êîíåö ëåíòû çàêðåïèòü, à ê äðóãîìó ïîäâåñèòü ãðóç, òî ëåíòà ðàñòÿíåòñÿ. Ïðè ýòîì êàæäàÿ èç ïîëîñîê íà íåé ñòàíåò äëèííåå (ðèñ. 29). Ïî÷åìó? Ïîä äåéñòâèåì ãðóçà âîçíèêàåò äâèæåíèå ÷àñòåé ëåíòû îòíîñèòåëüíî äðóã äðóãà.  ðåçóëüòàòå èçìåíÿþòñÿ åå äëèíà è îáúåì. Åñëè ïîâîðà÷èâàòü, êàê ïîêàçàíî íà ðèñóíêå, êîíöû ïîëîñêè èç ìÿãêîãî ìåòàëëà, êàðòîíà, áóìàãè, òî â ðåçóëüòàòå ïåðåìåùåíèÿ ÷àñòåé ïîëîñêè èçìåíèòñÿ åå ôîðìà. Îíà áóäåò èìåòü óæå äðóãîé âèä.
Òàêèì îáðàçîì, êîãäà âîçíèêàåò äâèæåíèå ÷àñòåé òåëà îòíîñèòåëüíî äðóã äðóãà, ïðîèñõîäèò èçìåíåíèå ôîðìû, ðàçìåðîâ è îáúåìà íå òîëüêî òåëà â öåëîì, íî è êàæäîé åãî îòäåëüíîé ÷àñòè.
Ðèñ. 29. Äåôîðìàöèÿ òåë
Ëþáîå èçìåíåíèå ôîðìû, ðàçìåðîâ è îáúåìà òåëà íàçûâàåòñÿ äåôîðìàöèåé.
Åñëè â îïûòå ñ ðåçèíîâîé ëåíòîé óáðàòü ãðóç, òî îíà ïðèîáðåòåò ïåðâîíà÷àëüíûé âèä âîññòàíîâèò ñâîþ ôîðìó è ðàçìåðû. Ðåçèíà îáëàäàåò ñâîéñòâîì, êîòîðîå íàçûâàþò óïðóãîñòüþ.
Óïðóãîñòü ýòî ñâîéñòâî òåëà èçìåíÿòü ôîðìó è îáúåì ïîä äåéñòâèåì äðóãèõ òåë è âîññòàíàâëèâàòü èõ ïîñëå ïðåêðàùåíèÿ äåéñòâèÿ.
Îäíàêî íå âñå òåëà ïîñëå ïðîèçâåäåííîãî íà íèõ âîçäåéñòâèÿ âîçâðàùàþò ñâîå ïåðâîíà÷àëüíîå ñîñòîÿíèå. Ïóëþ äëÿ ïíåâìàòè÷åñêîãî ðóæüÿ èçãîòàâëèâàþò èç ñâèíöà. Åñëè âçÿòü åå â ðóêó è ñæàòü ïàëüöàìè, îíà èçìåíèò ôîðìó ñîìíåòñÿ è ïîñëå ðàçæàòèÿ ïàëüöåâ îñòàíåòñÿ äåôîðìèðîâàííîé. Ñëåäîâàòåëüíî, ñóùåñòâóþò òåëà, êîòîðûå èçìåíÿþò ôîðìó è çàòåì íå âîññòàíàâëèâàþò åå.
Ñâîéñòâî òåë ìåíÿòü ôîðìó ïîä äåéñòâèåì äðóãèõ òåë è ñîõðàíÿòü åå (â èçìåíåííîì âèäå) ïîñëå îêîí÷àíèÿ äåéñòâèÿ íàçûâàåòñÿ ïëàñòè÷íîñòüþ.
Âîñê, ñâèíåö, ñâåæàÿ îêîííàÿ çàìàçêà, ïëàñòèëèí âñå ýòî ïëàñòè÷íûå âåùåñòâà. Ïëàñòè÷íîñòü ìàòåðèàëîâ ñâîéñòâî, êîòîðîå èñïîëüçóåòñÿ äëÿ èçãîòîâëåíèÿ äåòàëåé ðàçíûõ ôîðì â òåõíèêå è áûòó.
1. Ïðèâåäèòå íåñêîëüêî ñâîèõ ïðèìåðîâ, êîãäà â ðåçóëüòàòå äâèæåíèÿ ÷àñòåé òåëà ìåíÿþòñÿ åãî ôîðìà è ðàçìåðû.
2. Êàêèå òåëà íàçûâàþòñÿ óïðóãèìè? Ïðèâåäèòå ïðèìåðû óïðóãèõ òåë.
3. Êàêèå òåëà íàçûâàþòñÿ ïëàñòè÷íûìè? Ïðèâåäèòå ïðèìåðû.
4. Êàêèìè ñâîéñòâàìè îáëàäàþò òâåðäûå òåëà?
5. Êàêèìè ñâîéñòâàìè îáëàäàþò ãàçû?
6. Êàêèìè ñâîéñòâàìè îáëàäàþò æèäêîñòè?
Ëàáîðàòîðíàÿ ðàáîòà ¹ 3
Îïðåäåëåíèå ôèçè÷åñêèõ ñâîéñòâ òâåðäûõ, æèäêèõ è ãàçîîáðàçíûõ òåë
1. Ïîëîæèòå êóáèê ëüäà â ñòàêàí. Èçìåíèëàñü ëè åãî ôîðìà? îáúåì? Ñäåëàéòå âûâîä, êàêîå ñâîéñòâî òâåðäûõ òåë âû íàáëþäàëè.
2. Âîçüìèòå ñòàêàí÷èê ñ âîäîé è ïåðåëåéòå âîäó â êîëáó. ×òî èçìåíèëîñü? Èçìåíèëñÿ ëè îáúåì âîäû? Ñäåëàéòå âûâîä, êàêîå ñâîéñòâî æèäêèõ òåë âû íàáëþäàëè.
3. Íà ñòåêëÿííóþ ïëàñòèíêó ïèïåòêîé íàíåñèòå íåñêîëüêî êàïåëü âîäû. Íàêëîíèòå ïëàñòèíêó. ×òî âû íàáëþäàåòå? Âñïîìíèòå èç êóðñà íà÷àëüíîé øêîëû, êàê íàçûâàåòñÿ íàáëþäàåìîå ñâîéñòâî âîäû.
4. Ñîæìèòå ëàñòèê â ðóêå è îòïóñòèòå. Èçìåíèëàñü ëè åãî ôîðìà? Îáúåì? Ñîæìèòå êóñî÷åê ïëàñòèëèíà è îòïóñòèòå. Èçìåíèëàñü ëè åãî ôîðìà? Ñðàâíèòå ðåçóëüòàòû îïûòîâ ñ ëàñòèêîì è ïëàñòèëèíîì. Ñäåëàéòå âûâîä, êàêèå ñâîéñòâà òâåðäûõ òåë âû íàáëþäàëè.
5. Íàäóéòå âîçäóøíûé øàðèê (íå î÷åíü ñèëüíî) è çàâÿæèòå åãî íèòêîé. Íàäàâèòå íà øàðèê è íàáëþäàéòå çà èçìåíåíèåì åãî ôîðìû è îáúåìà. Îòïóñòèòå ðóêó. ×òî ïðîèçîøëî ñ âîçäóõîì â øàðèêå? Ñäåëàéòå âûâîä, êàêîå ñâîéñòâî ãàçîîáðàçíûõ òåë âû íàáëþäàëè?
Большинство веществ могут существовать в трех состояниях: твердом, жидком и газообразном. Они называются агрегатными состояниями вещества. Переход из одного состояния в другое происходит при нагревании или охлаждении, а также при изменении давления. Например, если воду — жидкость — подогревать, она будет превращаться в пар — газ. Теория, объясняющая свойства твердого, жидкого и газообразного состояний, называется кинетической теорией. Она основывается на представлении о том, что все вещества состоят из движущихся частиц.
Кинетическая теория
В науке многие гипотезы пока не доказаны, но считаются истинными, так как объясняют наблюдаемые явления. Кинетическая теория объясняет свойства твердых, жидких и газообразных тел, исходя из энергии частиц, из которых они состоят. Частицы твёрдого тела обладают наименьшей энергией, связаны друг с другом силой притяжения и не могут освободиться. Они только колеблются около постоянного центра. При нагревании энергия частиц твёрдого тела увеличивается. Теперь они могут освободиться от притяжения соседей. При этом твёрдое тело плавиться и превращается в жидкость. У частиц газа энергии ещё больше. Они находятся на большом расстоянии друг от друга и целиком заполняют предоставленный им объём. Нагревание увеличивает энергию частиц и позволяет им двигаться быстрее, и тело переходит из одного состояния в другое.
Броуновское движение
Движение молекул жидкостей и газов называют броуновским движением. В 1927 году английский биолог Роберт Броун заметил, что помешенные в жидкость частицы пыльцы растении начинают беспорядочно двигаться. Зигзагообразные движения частиц пыльцы в воде легко увидеть под микроскопом. Однако объяснить, почему это происходит Броун не мог. В XX веке Альберт Эйнштейн, уроженец Германии, объяснил, что частицы, помешенные в жидкость или газ, движутся благодаря ударам также движущихся, но невидимых молекул.
Изменение состояния
Когда твердое тело нагревается, его температура повышается, а энергия частиц растет. Наконец наступаем точка плавления. В этот момент частицы обретают достаточно энергии, чтобы разорвать силы притяжения, и твердое тело плавится.
Дальнейшее нагревание приводит к тому, что жидкость достигает точки кипения, частицы ее окончательно освобождаются друг от друга, и жидкость превращается в газ. Пламя свечи нагревает воск, и он тает, но застывает вновь, стекая от пламени. Гейзеры выбрасывают на поверхность кипящую воду и пар, разогретые вулканическими процессами в земной коре. Когда вещество остывает, происходит обратный процесс. Когда температура газа падает до точки кипения, газ конденсируется и становится жидкостью. Охладившись до точки плавления, жидкость твердеет (замерзает) и превращается в твердое тело. Есть вещества, например углекислый газ, переходящие из твёрдого состояния в газообразное, минуя жидкое. Такое явление называется возгонкой. Когда вулканические процессы разогревают подземную воду до кипения, появляются гейзеры. Вода превращается в пар, давление возрастает, и кипящая вода и пар устремляются по трещинам вверх и вырываются на поверхность.
Разные вещества изменяют агрегатное состояние при разных температурах, поэтому они подразделяются на твердые, жидкие и газообразные в соответствии с их состоянием при комнатной температуре 20 градусов. Температура плавления или кипения вещества изменится, если добавить в него какие-либо примеси или изменить давление. Давление земной атмосферы мы называем атмосферным давлением. Обычное давление уровне моря называется давлением в одну атмосферу. На вершине горы Эверест (8848 метров над уровнем моря) давление меньше одной атмосферы, и чистая вода закипает там при 71 градусе, а не при 100 градусах, как на уровне моря. Чем выше мы поднимаемся, тем ниже атмосферное давление и тем легче частичкам жидкости разорвать свои связи, то есть тем ниже точка кипения. Ученые считают, что на Марсе воды нет потому, что атмосферное давление там ничтожно, поэтому вода там немедленно закипает и испаряется.
Поверхностное натяжение
Молекулы поверхностного слоя жидкости прочно связаны друге другом, что приводит к поверхностному натяжению. Упрощенно можно считать, что на поверхности жидкости существует своего рода «плёнка». Поверхностное натяжение стягивает молекулы вместе. Так образуются капли. Расстояния между молекулами поверхностного слоя больше, чем между молекулами в глубине жидкости, и от этого они ещё сильней притягиваются друг к другу. Сила поверхностного натяжения достаточно велика, чтобы удерживать на поверхности воды легкие объекты – пылинки и даже насекомых. Водомерки могут спокойно разгуливать по воде, так как их веса недостаточно, чтобы прорвать «плёнку» на её поверхности.
Испарение
Некоторые молекулы поверхностного слоя обладают большей энергией, чем другие, и отрываются от поверхности, т.е. испаряются. Жидкость испаряется постоянно, даже когда она не подогревается. При испарении температура жидкости падает, так как средняя энергия её молекул понижается. Когда человек потеет, выступившие на его коже капельки воды испаряются, и кожа охлаждается.
Газы
Газ — это вещество, не имеющее определенного объёма и формы. Согласно кинетической теории, энергии молекул газа достаточно, чтобы разорвать связывающие их силы, они разлетаются и заполняют весь предоставленный им объем. Этот процесс называем диффузией. Воздушный шарик надувается по мере того, как его наполняет газ. Через пятнадцать минут воздух и бром перемешаются, так как их молекулы распределяются по обеим банкам (см. рис.). Запахи (ароматы цветов) – это тоже газы, распространяющиеся в воздухе с помощью диффузии. Давление газа зависит от того, насколько интенсивно его молекулы ударяются о стенки сосуда. Если (при неизменной температуре) уменьшить объем газа, скажем, уменьшив объем сосуда, то его давление возрастет, поскольку молекулы газа будут чаще ударять по стенкам. Давление также возрастет, если в сосуд накачать новую порцию газа. При нагревании молекулы газа начинают двигаться быстрее и на большее расстояние, т.к. газ расширяется и становится менее плотным. Если нагреваемый газ не имеет возможности расширяться, его давление возрастает.
Объём, масса и плотность
Объем — это количество пространства, занятого жидкостью иди твердым телом. Его измеряют в кубических метрах. Объем прямоугольного тела равен произведению его длины, ширины и высоты. Для определения объема жидкости ее можно налить в измерительный цилиндр. Чтобы определить объём тела неправильной формы, нужно определить какой объём жидкости оно вытесняет.
Масса твердого, жидкого или газообразного тела показывает, сколько в нем содержится вещества. Масса измеряется в килограммах. Следует различать массу и вес – величину силы тяготения, действующую на тело. На одну чащу весов помещается взвешиваемое тело, на другую — тело известной массы (см. рис.). Плотность показывает, насколько «плотно упакованы» частицы, составляющие вещество. К примеру, молекулы металла расположены ближе друг к другу, чем молекулы пробки или бумаги. Следовательно, плотность металла выше. Плотность рассчитывается путем деления массы тела на его объем и измеряется в килограммах на кубический метр (кг/м3). Гидрометр — прибор для измерения плотности жидкости. В плотной жидкости он плавает вблизи поверхности, так как его вес может вытеснить лишь, небольшой объем жидкости.