Презентация по физике к уроку "Основные понятия МКТ"

Основные понятия молекулярной теории строения вещества.

• Зачем нужно изучать природу и строение вещества?
• Любой инструмент, применяемый человеком, требует материала с соответствующими свойствами. Например, для ножниц, ножей, бритв нужны стойкие твёрдые материалы; для подушек, матрацев – мягкие, для окон, посуды – прозрачные, для фундаментов зданий – устойчивые к различным погодным условиям.

• Чтобы создавать требуемые материалы, необходимы знания о природе и строении вещества. Но не только для этого!
• Знания о веществе помогут ответить на множество вопросов. Например: почему идёт дождь? Почему магнит притягивает железную пластинку? Как возникает молния?

• Как работает телевизор, микроволновая печь? И так далее.

Гипотеза о дискретном строении вещества.

• Гипотеза о том, что вещество имеет прерывистое строение, т.е. состоит из отдельных частиц, была высказана около 2500 лет назад древнегреческим учёным Демокритом.
• Эта гипотеза была результатом наблюдений за целым рядом явлений: испарением воды, стиранием лезвий ножа плуга при длительной работе, распространением запахов, разбиванием волн на мелкие брызги, выветриванием скал и т.д.

• Согласно гипотезе о прерывистом (дискретном) строении вещества, все тела (твёрдые, жидкие, газообразные) состоят из мельчайших частиц – атомов.
• К началу 21 века было известно 116 различных видов атомов (химических элементов), 92 из которых существуют в природе.
• Атомы могут образовывать устойчивые соединения – молекулы. Например, молекула воды образована из атомов кислорода и водорода.
• А вот примеры других молекул:

Н 2 О

Н 2

О 2

Не

• Любая гипотеза должна быть подтверждена теми или иными наблюдениями физических явлений или опытов.
• Самым надёжным подтверждением гипотезы о дискретном строении вещества было бы непосредственное наблюдение атомов или молекул. Но если увидеть невооружённым глазом атомы и молекулы вещества невозможно, то это вовсе не означает, что вещество является сплошным. Например: дерево в сотне метров от нас кажется нам большим зелёным сплошным телом, но, подойдя близко, мы видим, что «пустого» пространства в нём значительно больше, чем заполненного веществом (сучьев и листьев).

• Наиболее простым подтверждением существования отдельных частиц вещества служит явление диффузии, т.е. явление самопроизвольного проникновения одного вещества в другое.
• Отметим две особенности диффузии.

• Диффузия быстро проходит в газах (рис.1, а, б) (вспомните распространение запахов), несколько медленнее – в жидкостях (рис.2, а, б) и очень медленно – в твёрдых телах.
• Скорость диффузии значительно возрастает с ростом температуры.

Рис.1, а, б.

Рис.2, а, б.

Роль диффузии в природе и технике.

• В природе – это непрерывное перемешивание газов в земной атмосфере, не позволяющее более тяжёлым газам собираться в низинах. Это минерализация воды, т.е. растворение в ней различных минеральных веществ.

• В технике диффузия используется для получения металлов с заданными свойствами, в первую очередь стали и сплавов алюминия, широко применяемых в авиации. На диффузии основаны процессы пайки, сварки, склеивания материалов и т.д.

• Самым убедительным аргументом в пользу дискретности служит наблюдение так называемого броуновского движения.
• Понаблюдайте в солнечный день за «пляской» пылинок в воздухе, которые совершают беспорядочное непрерывное движение в разных направлениях.

• Аналогичное движение наблюдал в 1827 г. английский ботаник Р.Броун, рассматривая под микроскопом мелкие частицы цветочной пыльцы в воде. Каждая частица совершала причудливое зигзагообразное движение. Такое хаотическое (беспорядочное) движение получило в физике название броуновского.

Можно легко объяснить броуновское движение, если предположить, что:

• вода и воздух состоят из молекул;
• молекулы воды и газов, входящих в состав воздуха, движутся беспорядочно и сталкиваются с частицами пыльцы (пылинками), причём с разных сторон число таких столкновений разное.
• Броуновское движение не только доказывает факт существования молекул вещества. Оно указывает на главную особенность их поведения – непрерывное и хаотичное (непредсказуемое) движение.
• О непрерывности и хаотичности движения частиц вещества говорит и диффузия. Хаотически движутся не только частицы жидкостей и газов, но и твёрдых тел, в которых броуновское движение невозможно.
• Вывод: диффузия и броуновское движение свидетельствуют о непрерывном и хаотическом движении атомов и молекул в веществах.

Экспериментальные подтверждения дискретного строения вещества.

• Французский химик Ж. Л. Пруст путём очень точных измерений показал, что отношение масс простых веществ, из которых состоит данное сложное вещество, всегда постоянно. Например: в любой воде масса кислорода всегда в 8 раз больше массы водорода.
• Эти результаты были подтверждены в работах английского химика Д. Дальтона, что и привело к выводу об объединении атомов в молекулы.
• Дискретность строения вещества подтверждают и опыты по измерению толщины тонких плёнок масла, растекающегося по ровной горизонтальной поверхности (обычно – поверхности воды).

• Если мы измерим объём V капли масла и площадь поверхности S , по которой она растекалась, то можем узнать толщину плёнки h .

Так как V=Sh , то h=V / S .

Если бы вещество было сплошным, то масляное пятно могло бы иметь любую (даже бесконечно малую) толщину. Если вещество состоит из частиц, то толщина пятна не может быть меньше, чем поперечник частицы. Измерения показали, что толщина слоя масла была во всех опытах одинакова и равна 4 · 10 -8 см.

• Заметьте, что эти результаты не только подтвердили существование молекул, но и позволили оценить их диаметр, который оказался чрезвычайно мал.
• Структуру вещества и размеры частиц определяют также с помощью рентгеновских лучей (рентгеноструктурный анализ).

• Создание в 1981 г. В Швейцарии первого зондового микроскопа позволило получить изображения дискретной структуры поверхностей кристаллов и измерить расстояния между атомами.
• За изобретение такого уникального микроскопа, дающего возможность «видеть» атомы и молекулы, его создателям Г. Биннингу и Х. Рореру в 1986 г. Была присуждена Нобелевская премия по физике.

• В результате многочисленных подтверждений гипотезы о дискретном строении вещества и её дальнейших уточнений была создана молекулярно-кинетическая теория строения вещества.

Взаимодействие частиц вещества.

• То, что частицы вещества взаимно притягиваются друг к другу, подтверждается простейшими фактами. Несмотря на непрерывное движение частиц вещества, окружающие нас тела (дома, деревья, автомобили) не распадаются на отдельные частицы.
• Простые факты убеждают нас в том, что частицы веществ могут не только притягиваться, но и отталкиваться друг от друга. Вспомните, как трудно даже незначительно сжать воду в шприце.

• Очень важно понять, что силы притяжения и отталкивания частиц вещества проявляются лишь на малых расстояниях между частицами, т.е. в твёрдых телах и жидкостях, и заметно меняются при изменении этих расстояний.
• Описывая взаимодействие молекул, будем их моделировать шариками.
• Так, на определённых расстояниях силы притяжения двух молекул компенсируются (уравновешиваются) силами отталкивания (рис. 1). При отдалении молекул (рис. 2) силы отталкивания становятся меньше сил притяжения, а при сближении молекул (рис. 3) силы отталкивания становятся больше сил притяжения.

Рис. 1

Рис. 2

Рис. 3

• Притяжения и отталкивания частиц определяют их взаимное расположение в веществе.
• А от взаимного расположения частиц существенно зависят свойства веществ.
• Так, глядя на прозрачный очень твёрдый алмаз (бриллиант) и на мягкий чёрный графит (из него изготавливают стержни простых карандашей), мы не догадываемся, что оба вещества состоят из совершенно одинаковых атомов углерода. Просто в графите эти атомы расположены иначе, чем в алмазе.

Размеры и число частиц.

• Размеры атомов малы и примерно равны 10 -8 см.
• Размеры молекул зависят от числа и расположения входящих в их состав атомов.
• Число частиц (атомов, молекул) в данном теле является конечным.
• В газах число частиц в единице объёма примерно в 1000 раз меньше, чем в жидкостях и твёрдых телах.
• Из-за непрерывного хаотического движения частиц (атомов, молекул) можно говорить только о среднем расстоянии между ними.

Твёрдое, жидкое и газообразное состояния вещества.

• В трёх этих состояниях может быть одно и то же вещество, например лёд, вода, пар.
• В трёх этих состояниях может находиться и азот, и кислород, и металлы.
• Газ не сохраняет ни объёма, ни формы, а занимает весь предоставленный ему объём.
• Жидкость принимает форму сосуда, в который она налита, но сохраняет постоянным объём.
• Твёрдые тела сохраняют свой объём и форму.

• Газы занимают весь предоставленный объём из-за хаотичности движения и отсутствия сил притяжения молекул.
• Сохранение объёма жидкости говорит о наличии сил притяжения между её частицами.
• Отсутствие текучести (сохранение формы) твёрдых тел указывает на то, что притяжение их частиц сильнее, чем частиц жидкости.
• Интенсивность движения частиц во всех трёх состояниях вещества увеличивается при нагревании .
• Физики для точной оценки степени нагретости тела используют физическую величину – температуру.
• Температура тела связана с энергией движения молекул. Эта энергия тем больше, чем больше скорость молекул. Чем больше скорость молекул, тем выше температура тела.

Состояние

вещества

газ

Свойства вещества

Целиком занимает весь предоставлен-

ный ему объём, не сохраняет форму.

жидкость

Расстояние

между

частицами

Взаимо-действие частиц

Велико по сравнению с их размерами

Легко изменяет свою форму, но сохраняет объём. Обладает текучестью.

твёрдое тело

Характер

движения частиц

Практически отсутствует

Мало

Сохраняет форму и объём. Трудносжи-маемо.

Беспорядочное и хаотическое, сталкиваются друг с другом

Взаимодействие значительное, но при этом частицы могут менять своё положение

Мало, частицы расположены в определённом порядке

Колеблются, перескакивая время от времени в другое положение

Взаимодействуют силами притяжения и отталкивания. Сильно связаны друг с другом.

Колеблются около положений равновесия