Страница 2 из 7
Твердые тела несжимаемы. Давление на поверхность такого тела приведет к изменению его формы (деформации) или его разрушению.
Плазма
Существует также 4 агрегатное состояние вещества – плазма. О нём мы поговорим позже.
Фазовые переходы
Из жизни мы знаем, что вода существует во всех трех агрегатных состояниях – газообразном (пар), жидком (обычная вода) и твердом (лёд). Эти состояния могут переходить друг в друга при определенных условиях. При 0°С вода превращается в лёд. При этой же температуре лёд становится жидкостью. При 100°С вода превращается в пар.
Многие вещества существуют во всех агрегатных состояниях. Даже газы можно перевести в жидкое или твердое состояние.
Рассмотрим кислород. В обычных условиях кислород – бесцветный газ. В жидком состоянии кислород голубого цвета, в твердом – это кристаллы синего цвета.
Твердая форма кислорода
Переход одного агрегатного состояния в другое происходит при изменении температуры и/или давления. При уменьшении температуры частицы снижают свою скорость. При повышении температуры – увеличивают.
При повышении давления расстояние между частицами уменьшается. При понижении давления расстояние – увеличивается.
Жидкий кислород получают из воздуха. Сначала увеличивают давление и снижают температуру, чтобы перевести воздух в жидкость. Этот процесс называют сжижение газа. Воздух состоит в основном из азота и кислорода. Температура кипения жидкого азота меньше, чем жидкого кислорода. Получив жидкий воздух нужно отделить азот. Для этого немного повышают температуру так, чтобы азот перешёл в газообразное состояние, а кислород остался в жидком. Газообразный азот отправляют в один сосуд, а жидкий кислород – в другой. Так происходит разделение воздуха на кислород и азот.
Переходы из одного агрегатного состояния в другое называют фазовыми переходами.
Фазовые переходы
Плавление
Плавление – переход вещества из твердого состояния в жидкое.
У некоторых веществ температура вещества строго определенная: у льда 0°С, у железа 1538°С, у поваренной соли 801°С и т.д. Другие вещества размягчаются и плавятся в интервале температур – пластилин (80 – 85°С), стекло (1200 – 1400°С) и т.д.
В процессе плавления температура вещества постоянна до тех пор, пока вещество не расплавится.
Разберем еще одну важную физическую величину – внутреннюю энергию вещества. Энергия – одно из основных свойств материи. Энергия – это мера движения материи. Внутренняя энергия тела – это сумма всех энергий движения частиц и всех взаимодействий между этими частицами.
Поскольку для плавления тела его необходимо нагреть, то внутренняя энергия тела увеличивается. Это значит, что частицы начинают двигаться с большей скоростью, расстояние между ними увеличивается и вещество переходит в жидкое состояние.
Температура плавления у разных веществ разная. Ее величина зависит от силы притяжения частиц друг к другу. Чем притяжение сильнее, тем большую энергию нужно дать телу, чтобы ослабить силы притяжения и частицы друг от друга отдалились. Нагревая тело, мы передаем ему тепловую энергию, частицы начинают двигаться интенсивнее, это приводит к переходу твердого состояния в жидкое.
Давление мало влияет на температуру плавления и этот переход в целом, так как при плавлении объем тела изменяется не сильно.
Кристаллизация
Кристаллизация – переход из жидкого состояния в твердое. Кристаллизация – процесс обратный плавлению и поэтому происходит при охлаждении тела.
При снижении температуры внутренняя энергия тела уменьшается и частицы замедляются. Их взаимодействие усиливается и тело затвердевает.
Кристаллизация происходит с выделением энергии в виде тепла.
Температура кристаллизации совпадает с температурой плавления. Температура тела при кристаллизации постоянная и не меняется пока вещество не затвердеет полностью.
Давление не оказывает сильного влияния при кристаллизации.
Парообразование
Парообразование – переход вещества из жидкого состояния в газообразное.
Чтобы твердое вещество перешло в газообразное состояние нужно заставить его частицы отдалиться друг от друга. Для этого нужно ослабить их взаимодействие и заставить двигаться быстрее. Как и при плавлении это достигается путем нагревания тела и увеличения его внутренней энергии.
Различают испарение и кипение.
Испарение – это парообразование с поверхности жидкости. Испарение происходит при любой температуре, но зависит от нее.
Испарение – процесс самопроизвольный. Его можно рассматривать как отрывание поверхностного слоя частиц от их общей массы. Частица за частицей отрываются с поверхности тела, пока вся жидкость не перейдет в газообразное состояние.
Хоть испарение происходит и всегда, но оно происходит не всегда одинаково. Его скорость зависит от нескольких факторов:
1) площадь поверхности (чем поверхность больше, тем быстрее с нее испаряется жидкость);
2) температура (чем температура выше, тем вещество испаряется быстрее);
3) движение воздуха и его скорость над поверхностью жидкости (сильный быстрый поток воздуха способствует испарению жидкости);
4) природа жидкости (жидкость, в которой слабое взаимодействие между частицами испаряется быстрее).
Кипение – парообразование по всему объему жидкости. В отличие от испарения, кипение происходит при определенной температуре. У воды температура кипения 100°С, у железа – 2862°С, у поваренной соли – 1465°С, у кислорода – минус 183°С. Температура вещества остается постоянной, пока всё вещество не перейдет в газообразное состояние.
На температуру кипения влияет давление. Увеличение давления приводит к увеличению температуры кипения и наоборот. Сила, давящая на поверхность тела условно мешает частицам отрываться и улетать. Если давление уменьшить, частицам проще отдалиться от друг от друга.
Конденсация
Конденсация – переход вещества из газообразного в жидкое состояние.
Конденсация – обратный процесс парообразования.
Конденсация происходит при охлаждении газа и уменьшении его энергии. Снижение температуры приводит к замедлению частиц и усилению их взаимодействия друг с другом. Температура газа при конденсации не меняется до тех пор, пока весь газ не перейдет в жидкость.
Сублимация (возгонка)