дим 

Състоянията на телата на физиката. Агрегатни състояния на материята

В зависимост от температурата и налягането всяко вещество е в състояние да приеме различни агрегатни състояния. Всяко такова състояние се характеризира с определени качествени свойства, които остават непроменени в рамките на температурите и наляганията, необходими за дадено агрегатно състояние.

Характерните свойства на агрегатните състояния включват, например, способността на тяло в твърдо състояние да поддържа формата си, или обратно, способността на течно тяло да променя формата си. Въпреки това, понякога границите между различните състояния на материята са доста замъглени, както в случая с течните кристали или така наречените „аморфни тела“, които могат да бъдат еластични като твърди тела и течности като течности.

Преходът между агрегатните състояния може да се случи с освобождаване на свободна енергия, промяна в плътността, ентропията или други физически величини. Преходът от едно агрегатно състояние в друго се нарича фазов преход, а явленията, съпътстващи такива преходи, се наричат ​​критични явления.

Списък на известни агрегатни състояния

Солиден

Твърди вещества, чиито атоми или молекули не образуват кристална решетка.

Твърди вещества, чиито атоми или молекули образуват кристална решетка.

мезофаза

Течният кристал е фазово състояние, през което едно вещество едновременно притежава както свойствата на течности, така и свойствата на кристалите.

Течност

Състоянието на материята при температури над точката на топене и под точката на кипене.

Течност, чиято температура надвишава точката на кипене.

Течност, чиято температура е по-ниска от температурата на кристализация.

Състоянието на течно вещество под отрицателно налягане, причинено от силите на Ван дер Ваалс (силите на привличане между молекулите).

Състоянието на течност при температура над критичната точка.

Течност, чиито свойства се влияят от квантовите ефекти.

Състояние на материята, което има много слаби връзки между молекули или атоми. Не се поддава на математическото описание на идеален газ.

Газ, чиито свойства се влияят от квантовите ефекти.

Агрегатно състояние, представено от набор от отделни заредени частици, чийто общ заряд във всеки обем на системата е равен на нула.

Състояние на материята, в което е съвкупност от глуони, кварки и антикварки.

Моментно състояние, по време на което глуонните силови полета се разтягат между ядрата. Предшестван от кварк-глюонна плазма.

квантов газ

Газ, съставен от фермиони, чиито свойства се влияят от квантови ефекти.

Газ, съставен от бозони, чиито свойства се влияят от квантовите ефекти.

В природата водата съществува в три състояния:

  • твърдо състояние (сняг, градушка, лед);
  • течно състояние (вода, мъгла, роса и дъжд);
  • газообразно състояние (пара).

От ранно детство, в училище, те изучават различни агрегатни състояния на водата: мъгла, валежи, градушка, сняг, лед и др. Има такива, които се изучават подробно в училище. Те ни срещат всеки ден в живота и влияят на живота. - това е състоянието на водата при определена температура и налягане, което се характеризира в рамките на определен интервал.

Основните понятия за състоянието на водата трябва да се изяснят, че състоянието на мъгла и облачното състояние не се отнасят за образуването на газ. Появяват се по време на кондензация. Това е уникално свойство на водата, което може да бъде в три различни агрегатни състояния. Трите състояния на водата са жизненоважни за планетата, те образуват хидрологичен цикъл, осигуряват процеса на кръговрата на водата в природата. Училището показва различни експерименти за изпаряване и. Във всеки ъгъл на природата водата се счита за източник на живот. Има и четвърто състояние, не по-малко важно - Дерягинская вода (руска версия), или както обикновено се нарича в момента - вода нанотръба (американска версия).

твърдо състояние на водата

Формата и обемът са запазени. В ниска температураматерията замръзва и се превръща в твърдо вещество. Ако високо налягане, тогава температурата на втвърдяване е необходима по-висока. Твърдите вещества могат да бъдат кристални или аморфни. В кристал позицията на атома е строго подредена. Формите на кристалите са естествени и наподобяват полиедър. В аморфно тяло точките са разположени произволно и осцилират, в тях се запазва само близък ред.

Течно състояние на водата

В течно състояние водата запазва обема си, но формата й не се запазва. По това той разбира, че течността заема само част от обема, може да тече по цялата повърхност. Когато изучаваме въпросите за течното състояние в училище, трябва да се разбере, че това е междинно състояние между твърда среда и газообразна среда. Течностите се разделят на чисти и смесени състояния. Някои смеси са много важни за живота, като кръв или морска вода. Течностите могат да действат като разтворител.

Състояние на газ

Формата и обемът не са запазени. По друг начин газообразното състояние, чието изучаване се извършва в училище, се нарича водна пара. Експериментите ясно показват, че парата е невидима, разтворима е във въздуха и показва относителна влажност. Разтворимостта зависи от температурата и налягането. Наситената пара и точката на оросяване са индикатор за максималната концентрация. Парата и мъглата са различни агрегатни състояния.

Четвъртото агрегатно състояние е плазмата

Плазма и съвременни преживяваниябяха разгледани на по-късна дата. Плазмата е напълно или частично йонизиран газ, намира се в състояние на равновесие при висока температура. При земни условия се образува газов разряд. Свойствата на плазмата определят нейното газообразно състояние, с изключение на това, че електродинамиката играе огромна роля във всичко това. Сред агрегатните състояния плазмата е най-често срещаната във Вселената. Изследването на звездите и междупланетното пространство показа, че веществата са в състояние на плазма.

Как се променят агрегатните състояния?

Промяна на процеса на преход от едно състояние в друго:

- течност - пара (изпаряване и кипене);

- пара - течност (кондензация);

- течност - лед (кристализация);

- лед - течен (топящ се);

- лед - пара (сублимация);

- пара - лед, образуване на скреж (десублимация).

Водата е наречена интересен природен земен минерал. Тези въпроси са сложни и изискват постоянно изследване. Съвкупното състояние в училището се потвърждава от проведените експерименти и ако възникнат въпроси, експериментите ясно дават възможност за разбиране на материала, разказан в урока. По време на изпаряването течността преминава в, процесът може да започне вече от нула градуса. С повишаване на температурата тя се повишава. Интензивността на това се потвърждава от експериментите с кипене при 100 градуса. На въпросите за изпарението се отговаря в изпарението от повърхностите на езера, реки и дори от сушата. При охлаждане се получава процес на обратна трансформация, когато от газ се образува течност. Този процес се нарича кондензация, когато от водната пара във въздуха се образуват малки капчици от облак.

Ярък пример е живачен термометър, в който живакът е представен в течно състояние, при температура от -39 градуса живакът се превръща в твърдо вещество. Възможно е да промените състоянието на твърдо тяло, но това ще изисква допълнителни усилия, например при огъване на пирон. Често учениците задават въпроси за това как е оформено твърдо тяло. Това се прави във фабрики и специализирани работилници с помощта на специално оборудване. Абсолютно всяко вещество може да съществува в три състояния, включително вода, зависи от физическите условия. Когато водата преминава от едно състояние в друго, молекулното подреждане и движение се променят, съставът на молекулата не се променя. Експерименталните задачи ще помогнат да се наблюдават такива интересни състояния.

Основно общо образование

Линия UMK A. V. Peryshkin. физика (7-9)

Въведение: агрегатно състояние на материята

Мистериозен Светътне спира да учудва. Кубче лед, хвърлено в чаша и оставено на стайна температура, за броени минути ще се превърне в течност и ако оставите тази течност на перваза на прозореца за по-дълго време, тя напълно ще се изпари. Това е най-лесният начин да наблюдавате преходите на едно агрегатно състояние на веществото в друго.

Състояние на агрегиране - състояние на вещество, което има определени свойства: способността да се поддържа форма и обем, да има далеч или близък ред и други. Когато се промени агрегатно състояние на материятаима промяна във физическите свойства, както и плътността, ентропията и свободната енергия.

Как и защо се случват тези невероятни трансформации? За да разберете това, запомнете това всичко наоколо е изградено от. Атомите и молекулите на различни вещества взаимодействат помежду си и връзката между тях определя какво е състоянието на материята.

Има четири вида агрегати:

    газообразен,

Изглежда, че химията ни разкрива своите тайни в тези удивителни трансформации. Въпреки това не е така. Преходът от едно агрегатно състояние в друго, както и дифузията, са физически явления, тъй като при тези трансформации няма промени в молекулите на веществото и техните химичен състав.

газообразно състояние

На молекулярно ниво газът е произволно движещи се, сблъскващи се със стените на съда и една с друга молекули, които практически не взаимодействат помежду си. Тъй като молекулите на газа не са свързани помежду си, газът запълва целия предоставен му обем, взаимодействайки и променяйки посоката само когато се ударят една в друга.

За съжаление е невъзможно да се видят газови молекули с просто око и дори със светлинен микроскоп. Газът обаче може да се докосне. Разбира се, ако просто се опитате да хванете газови молекули, летящи наоколо в дланта на ръката ви, тогава няма да успеете. Но със сигурност всеки видя (или го направи сам) как някой напомпа гумата на кола или велосипед с въздух и от мека и набръчкана тя става напомпана и еластична. А привидната „безтегловност“ на газовете ще бъде опровергана от експеримента, описан на страница 39 от учебника „Химия 7 клас“ под редакцията на О.С. Габриелян.

Това е така, защото затвореният ограничен обем на гумата получава голям броймолекули, които се претъпкват и започват да се удрят по-често една в друга и стените на гумите и в резултат на това общото въздействие на милиони молекули върху стените се възприема от нас като налягане.

Но ако газът заема целия обем, предоставен му, защо тогава не отлети в космоса и не се разпространи из Вселената, запълвайки междузвездното пространство?Значи нещо все още задържа и ограничава газовете от атмосферата на планетата?

Съвсем правилно. И този - гравитационна сила. За да се откъснат от планетата и да отлетят, молекулите трябва да развият скорост, която надвишава „скоростта на бягство“ или втората космическа скорост, а огромното мнозинство от молекулите се движат много по-бавно.

Тогава има следващ въпрос: защо молекулите на газа не падат на земята, а продължават да летят?Оказва се, че благодарение на слънчевата енергия, въздушните молекули имат солиден запас от кинетична енергия, която им позволява да се движат срещу силите на гравитацията.

Сборникът съдържа въпроси и задачи от различни насоки: селищна, качествена и графична; технически, практически и исторически характер. Задачите са разделени на теми в съответствие със структурата на учебника „Физика. 9 клас" от автори A. V. Peryshkin, E. M. Gutnik и ви позволяват да приложите изискванията, посочени от Федералните държавни образователни стандарти за метапредметни, предметни и лични резултати от обучението.

течно състояние

Чрез повишаване на налягането и/или понижаване на температурата газовете могат да се превърнат в течно състояние. Още в зората на 19 век английският физик и химик Майкъл Фарадей успява да превърне хлора и въглеродния диоксид в течно състояние, като ги компресира при много ниски температури. Някои от газовете обаче не се поддадоха на учените по това време и, както се оказа, това не беше липса на налягане, а невъзможност да се намали температурата до необходимия минимум.

Течността, за разлика от газа, заема определен обем, но също така приема формата на напълнен съд под повърхността. Визуално течността може да бъде представена като кръгли мъниста или зърнени храни в буркан. Молекулите на течността са в тясно взаимодействие една с друга, но се движат свободно една спрямо друга.

Ако капка вода остане на повърхността, след известно време тя ще изчезне. Но ние помним, че благодарение на закона за запазване на масата-енергия нищо не изчезва и не изчезва безследно. Течността ще се изпари, т.е. ще промени агрегатното си състояние на газообразно.

Изпаряване - е процес на трансформация на агрегатното състояние на вещество, при което молекули, чиято кинетична енергия надвишава потенциалната енергия на междумолекулното взаимодействие, се издигат от повърхността на течност или твърдо вещество.

Изпарението от повърхността на твърдите тела се нарича сублимацияили сублимация. Повечето по прост начиннаблюдавайте сублимацията е използването на нафталин за борба с молци. Ако усетите миризма на течност или твърдо вещество, тогава настъпва изпаряване. В крайна сметка носът улавя ароматните молекули на веществото.

Течностите заобикалят човек навсякъде. Свойствата на течностите също са познати на всички - това е вискозитет, течливост. Когато става въпрос за формата на течност, много хора казват, че течността няма определена форма. Но това се случва само на Земята. Поради силата на гравитацията капка вода се деформира.

Мнозина обаче са виждали астронавти да хващат водни балони с различни размери при нулева гравитация. При липса на гравитация течността приема формата на топка. А силата на повърхностното напрежение осигурява на течността сферична форма. Сапунените мехурчета са чудесен начин да се запознаете със силата на повърхностното напрежение на Земята.

Друго свойство на течността е вискозитетът. Вискозитетът зависи от налягането, химичния състав и температурата. Повечето течности се подчиняват на закона за вискозитета на Нютон, открит през 19 век. Въпреки това, има редица силно вискозни течности, които при определени условия започват да се държат като твърди тела и не се подчиняват на закона за вискозитета на Нютон. Такива разтвори се наричат ​​ненютонови течности. Най-простият пример за ненютонова течност е суспензия на нишесте във вода. Ако действате върху ненютонов флуид с механични сили, флуидът ще започне да придобива свойствата на твърди тела и ще се държи като твърдо вещество.

В твърдо състояние

Ако в течност, за разлика от газ, молекулите вече не се движат произволно, а около определени центрове, тогава в твърдо състояние на материятаатомите и молекулите имат ясна структура и изглеждат като подредени войници на парад. И благодарение на кристалната решетка твърдите тела заемат определен обем и имат постоянна форма.

При определени условия веществата, които са в агрегатно състояние на течност, могат да се превърнат в твърдо вещество, а твърдите вещества, напротив, при нагряване се стопяват и се превръщат в течност.

Това е така, защото при нагряване вътрешната енергия се увеличава, съответно молекулите започват да се движат по-бързо, а при достигане на температурата на топене кристалната решетка започва да се разпада и агрегатното състояние на веществото се променя. За повечето кристални тела обемът се увеличава по време на топене, но има изключения, например лед, чугун.

В зависимост от вида на частиците, които образуват кристалната решетка на твърдо вещество, се разграничава следната структура:

    молекулярно

    метални.

За някои вещества промяна в агрегатните състояниясе случва лесно, тъй като например с вода, други вещества изискват специални условия (налягане, температура). Но в съвременната физика учените разграничават още едно независимо състояние на материята - плазмата.

плазма - йонизиран газ с еднаква плътност на положителни и отрицателни заряди. В дивата природа плазмата се намира на слънце или по време на светкавица. Северно сияниеи дори познатият ни огън, затоплящ с топлината си по време на пътуване сред природата, също се отнася до плазмата.

Изкуствено създадената плазма добавя яркост към всеки град. Неоновите рекламни светлини са просто нискотемпературна плазма в стъклени тръби. Конвенционалните флуоресцентни лампи също се пълнят с плазма.

Плазмата се дели на нискотемпературна - със степен на йонизация около 1% и температура до 100 хиляди градуса и високотемпературна - йонизация около 100% и температура 100 милиона градуса (това е състоянието в каква е плазмата в звездите).

Нискотемпературната плазма в познатите ни флуоресцентни лампи се използва широко в ежедневието.

Високотемпературната плазма се използва в реакциите на синтез и учените не губят надежда да я използват като заместител на атомната енергия, но контролът в тези реакции е много труден. И неконтролирана термоядрена реакция се оказва оръжие с колосална сила, когато на 12 август 1953 г. СССР изпробва термоядрена бомба.

Купува

За да проверите усвояването на материала, предлагаме малък тест.

1. Какво не се отнася за агрегатните състояния:

    течност

    светлина +

2. Вискозитетът на нютоновите течности зависи от:

    Законът на Бойл-Мариот

    закона на Архимед

    Законът на Нютон за вискозитета +

3. Защо земната атмосфера не отлита в космоса:

    тъй като газовите молекули не могат да развият втората космическа скорост

    защото гравитацията на земята действа върху молекулите на газа +

    и двата отговора са верни

4. Какво не се отнася за аморфни вещества:

  • уплътнителен восък

  • желязо +

5. При охлаждане обемът се увеличава при:

  • лед +

#ADVERTISING_INSERT#

: [в 30 тома] / гл. изд. А. М. Прохоров; 1969-1978, т. 1).

  • Агрегатни състояния// Физическа енциклопедия: [в 5 тома] / гл. изд. А. М. Прохоров. - М.: Съветска енциклопедия (т. 1-2); Голям Руска енциклопедия(т. 3-5), 1988-1999. - ISBN 5-85270-034-7.
  • Владимир Жданов. Плазма в космоса (неопределено) . По света. Изтеглено на 21 февруари 2009 г. Архивирано от оригинала на 22 август 2011 г.
  • В природата има някои течности, които при нормални експериментални условия не могат да бъдат прехвърлени в кристално състояние при охлаждане. Молекулите на отделните органични полимери са толкова сложни, че не могат да образуват правилна и компактна решетка - когато се охлаждат, те винаги преминават само в стъкловидно състояние (виж подробности - ДиМарцио Е.А.Теория на равновесието на очилата // Ann. Ню Йорк Акад. sci. 1981 Vol. 371. С. 1-20). Рядък вариант на "некристализиране" на течност - преход към стъклено състояние при температури, близки до температурата на ликвидус Т Лили дори по-висока... По-голямата част от течностите при температури под Т Лпри по-големи или по-малки изотермични експозиции, но в рамките на разумна продължителност от гледна точка на експеримента, те винаги преминават в кристално състояние. За определени течности химични съединенияне се подразбира Т Л, и точката на топене на кристалите, но за простота тук са посочени точките на отсъствие (солидус) и началото на кристализация Т Лнезависимо от хомогенността на веществото. Възможността за преминаване от течно в стъклено състояние се дължи наскорост на охлаждане в температурния диапазон, където вероятността от кристализация е най-висока - между Т Ли долната граница на интервала на встъкляване. Колкото по-бързо веществото се охлажда от състоянието на стабилна течност, толкова по-вероятно е то, заобикаляйки кристалната фаза, да се превърне в стъклена. Всяко вещество, което може да премине в стъкловидно състояние, може да се характеризира с т.нар критична скорост на охлаждане- минимално допустимото, при което след охлаждане е обратимо за преминаване в стъклено състояние. - Шулц М. М., Мазурин О.В. ISBN 5-02-024564-X
  • Шулц М. М., Мазурин О.В.Съвременната представа за структурата на очилата и техните свойства. - Л.: Наука. 1988 ISBN 5-02-024564-X
  • „Фермионен кондензат“ (неопределено) . science.ru. Архивиран от оригинала на 22 август 2011 г.
  • К.в. Klitzing, G. Dorda, M. Pepper Нов метод за високоточно определяне на константата на фината структура на базата на квантовано съпротивление на Хол Phys. Rev. Lett. 45 494 (1980) DOI :10.1103/PhysRevLett.45.494
  • Нобелов лауреат по физика за 1985 г
  • C. Fuchs, H. Lenske, H.H. Уолтър. Dencity Зависима Адрон Теория на полето (неопределено) . arxiv.org (29.06.1995). Изтеглено на 30 ноември 2012 г.
  • И. М. Дремин, А. В. Леонидов. Кварк-глюонна среда (неопределено) P. 1172. Напредък на физическите науки (ноември 2010 г.). doi:10.3367/UFNr.0180.201011c.1167 . - UFN 180 1167–1196 (2010). Извлечено на 29 март 2013 г. Архивирано от оригинала на 5 април 2013 г.

    • Състояние на агрегиране- това е състояние на материята в определен диапазон от температури и налягания, характеризиращо се със свойства: способност (твърдо) или невъзможност (течност, газ) да поддържа обем и форма; наличието или отсъствието на далечен (твърд) или къс (течен) ред и други свойства.

    Вещество може да бъде в три агрегатни състояния: твърдо, течно или газообразно, в момента се изолира допълнително плазмено (йонно) състояние.

    V газообразенсъстояние, разстоянието между атомите и молекулите на веществото е голямо, силите на взаимодействие са малки, а частиците, движещи се произволно в пространството, имат голяма кинетична енергия, надвишаваща потенциалната енергия. Материалът в газообразно състояние няма нито своята форма, нито обем. Газът запълва цялото налично пространство. Това състояние е типично за вещества с ниска плътност.

    V течностсъстояние се запазва само близък порядък на атомите или молекулите, когато в обема на веществото периодично се появяват отделни участъци с подредено разположение на атомите, но също така няма взаимна ориентация на тези участъци. Редът на къси разстояния е нестабилен и може или да изчезне, или да се появи отново под действието на топлинните вибрации на атомите. Молекулите на течността нямат определена позиция и в същото време нямат пълна свобода на движение. Материалът в течно състояние няма собствена форма, той запазва само обем. Течността може да заема само част от обема на съда, но свободно да тече по цялата повърхност на съда. Течното състояние обикновено се счита за междинно между твърдо и газ.

    V твърдовещество, редът на подреждане на атомите става строго дефиниран, редовно подреден, силите на взаимодействие на частиците са взаимно балансирани, така че телата запазват формата и обема си. Редовно подреденото подреждане на атомите в пространството характеризира кристалното състояние, атомите образуват кристална решетка.

    Твърдите вещества имат аморфна или кристална структура. За аморфенТелата се характеризират само с близък ред в подреждането на атоми или молекули, хаотично подреждане на атоми, молекули или йони в пространството. Примери за аморфни тела са стъкло, смола и смола, които изглеждат в твърдо състояние, въпреки че в действителност текат бавно, като течност. Аморфните тела, за разлика от кристалните, нямат определена точка на топене. Аморфните тела заемат междинно положение между кристални твърди вещества и течности.

    Повечето твърди вещества имат кристалнаструктура, която се характеризира с подредено подреждане на атоми или молекули в пространството. Кристалната структура се характеризира с далечен ред, когато елементите на структурата се повтарят периодично; няма такова редовно повторение в късия ред. характерна чертакристалното тяло е способността да запазва форма. Знак за идеален кристал, чийто модел е пространствена решетка, е свойството на симетрията. Симетрията се разбира като теоретичната способност на кристалната решетка на твърдо тяло да бъде подравнена със себе си, когато точките му са огледални от определена равнина, наречена равнина на симетрия. Симетрията на външната форма отразява симетрията на вътрешната структура на кристала. Например, всички метали имат кристална структура, които се характеризират с два вида симетрия: кубична и шестоъгълна.


    В аморфни структури с неправилно разпределение на атомите свойствата на веществото са еднакви в различни посоки, т.е. стъкловидните (аморфни) вещества са изотропни.

    Всички кристали се характеризират с анизотропия. В кристалите разстоянията между атомите са подредени, но степента на подреденост може да бъде различна в различни посоки, което води до разлика в свойствата на кристалното вещество в различни посоки. Зависимостта на свойствата на кристалното вещество от посоката в неговата решетка се нарича анизотропияИмоти. Анизотропията се проявява при измерване както на физически, така и на механични и други характеристики. Има свойства (плътност, топлинен капацитет), които не зависят от посоката в кристала. Повечето от характеристиките зависят от избора на посока.

    Възможно е да се измерят свойствата на обекти, които имат определен материален обем: размери - от няколко милиметра до десетки сантиметра. Тези обекти със структура, идентична с кристалната клетка, се наричат ​​монокристали.

    Анизотропията на свойствата се проявява в единични кристали и практически липсва в поликристална субстанция, състояща се от множество малки, произволно ориентирани кристали. Следователно поликристалните вещества се наричат ​​квазиизотропни.

    Кристализацията на полимери, чиито молекули могат да бъдат подредени по подреден начин с образуване на надмолекулни структури под формата на снопове, намотки (глобули), фибрили и др., протича в определен температурен диапазон. Сложната структура на молекулите и техните агрегати определя специфичното поведение на полимерите при нагряване. Те не могат да преминат в течно състояние с нисък вискозитет, нямат газообразно състояние. В твърда форма полимерите могат да бъдат в стъклени, силно еластични и вискозни състояния. Полимерите с линейни или разклонени молекули могат да преминават от едно състояние в друго с промяна на температурата, което се проявява в процеса на деформация на полимера. На фиг. 9 показва зависимостта на деформацията от температурата.

    Ориз. 9 Термомеханична крива на аморфен полимер: т° С , тТ, т p - температурата на встъкляване, течливостта и съответно началото на химичното разлагане; I - III - зони съответно на стъклено, високоеластично и вискозно състояние; Δ л- деформация.

    Пространствената структура на подреждането на молекулите определя само стъкловидното състояние на полимера. При ниски температури всички полимери се деформират еластично (фиг. 9, зона I). Над температурата на встъкляване т c аморфен полимер с линейна структура преминава в силно еластично състояние ( зона II), а деформацията му в стъклени и силно еластични състояния е обратима. Отопление над точката на изливане т t превръща полимера във вискозно състояние ( зона III). Деформацията на полимера във вискозно състояние е необратима. Аморфен полимер с пространствена (мрежова, омрежена) структура няма вискозно състояние, температурната област на високо еластичното състояние се разширява до температурата на разлагане на полимера тР. Това поведение е типично за материали от каучук.

    Температурата на веществото във всяко агрегатно състояние характеризира средната кинетична енергия на неговите частици (атоми и молекули). Тези частици в телата имат главно кинетичната енергия на осцилаторните движения спрямо центъра на равновесието, където енергията е минимална. При достигане на определена критична температура твърдият материал губи своята здравина (стабилност) и се топи, а течността се превръща в пара: кипи и се изпарява. Тези критични температури са точките на топене и кипене.

    Когато кристален материал се нагрява при определена температура, молекулите се движат толкова енергично, че твърдите връзки в полимера се разрушават и кристалите се разрушават – преминават в течно състояние. Температурата, при която кристалите и течността са в равновесие, се нарича точка на топене на кристала или точка на втвърдяване на течността. За йод тази температура е 114 o C.

    Всеки химичен елементима своя собствена точка на топене т pl, разделящ съществуването на твърдо и течност, и точката на кипене т kip, съответстващ на прехода на течност в газ. При тези температури веществата са в термодинамично равновесие. Промяната в агрегатното състояние може да бъде придружена от скокообразна промяна в свободната енергия, ентропията, плътността и други. физически величини.

    За да опиша различните състояния в физиката използва по-широка концепциятермодинамична фаза. Явления, които описват преходите от една фаза към друга, се наричат ​​критични.

    При нагряване веществата претърпяват фазови трансформации. Когато се стопи (1083 o C), медта се превръща в течност, в която атомите имат само близък ред. При налягане от 1 атм медта кипи при 2310 ° C и се превръща в газообразна мед с произволно подредени медни атоми. При точката на топене наляганията на наситените пари на кристала и течността са равни.

    Материалът като цяло е система.

    Система- група от вещества, комбинирани физически,химични или механични взаимодействия. фазанаречена хомогенна част от системата, отделена от другите части физически интерфейси (в чугун: графит + железни зърна; в ледена вода: лед + вода).Компонентисистеми са различните фази, които изграждат дадена система. Системни компоненти- това са вещества, които образуват всички фази (компоненти) на тази система.

    Материалите, състоящи се от две или повече фази са разпръснатосистеми . Дисперсните системи се делят на золи, чието поведение наподобява поведението на течности, и гелове с характерните свойства на твърдите вещества. В золите дисперсионната среда, в която се разпределя веществото, е течна, в геловете преобладава твърдата фаза. Геловете са полукристален метал, бетон, разтвор на желатин във вода при ниска температура (при висока температура желатинът се превръща в зол). Хидрозолът е дисперсия във вода, аерозолът е дисперсия във въздуха.

    Диаграми на състоянието.

    В термодинамична система всяка фаза се характеризира с параметри като температура т, концентрация Си налягане Р. За описание на фазовите трансформации се използва една единствена енергийна характеристика - свободната енергия на Гибс ΔG(термодинамичен потенциал).

    Термодинамиката при описанието на трансформациите се ограничава до разглеждане на състоянието на равновесие. равновесно състояниетермодинамичната система се характеризира с инвариантност на термодинамичните параметри (температура и концентрация, както при технологичната обработка Р= const) във времето и липсата на потоци на енергия и материя в него - с постоянството на външните условия. Фазов баланс- равновесно състояние на термодинамична система, състояща се от две или повече фази.

    За математическото описание на условията на равновесие на системата има фазово правилодадено от Гибс. Той свързва броя на фазите (F) и компонентите (K) в една равновесна система с дисперсията на системата, т.е. броя на термодинамичните степени на свобода (C).

    Броят на термодинамичните степени на свобода (дисперсия) на системата е броят на независимите променливи, както вътрешни (химичен състав на фазите), така и външни (температура), на които могат да бъдат дадени различни произволни (в определен интервал) стойности, така че че новите фази не се появяват и старите фази не изчезват .

    Уравнение на фазовото правило на Гибс:

    C \u003d K - F + 1.

    В съответствие с това правило в система от два компонента (K = 2) са възможни следните степени на свобода:

    За еднофазно състояние (F = 1) C = 2, т.е. можете да промените температурата и концентрацията;

    За двуфазно състояние (F = 2) C = 1, т.е. можете да промените само един външен параметър (например температура);

    За трифазно състояние броят на степените на свобода е нула, т.е. не е възможно да се промени температурата, без да се наруши равновесието в системата (системата е инвариантна).

    Например, за чист метал (K = 1) по време на кристализация, когато има две фази (F = 2), броят на степените на свобода е нула. Това означава, че температурата на кристализация не може да се промени, докато процесът не приключи и не остане една фаза – твърд кристал. След края на кристализацията (F = 1) броят на степените на свобода е 1, така че можете да промените температурата, т.е. да охладите твърдото вещество, без да нарушавате равновесието.

    Поведението на системите в зависимост от температурата и концентрацията се описва с диаграма на състоянието. Диаграмата на състоянието на водата е система с един H 2 O компонент, така че най-големият брой фази, които могат едновременно да бъдат в равновесие, е три (фиг. 10). Тези три фази са течност, лед, пара. Броят на степените на свобода в този случай е равен на нула, т.е. невъзможно е да се промени нито налягането, нито температурата, така че нито една от фазите да не изчезне. Обикновеният лед, течна вода и водна пара могат да съществуват в равновесие едновременно само при налягане от 0,61 kPa и температура от 0,0075°C. Точката, в която трите фази съжителстват, се нарича тройна точка ( О).

    крива операционна системаразделя областите на пара и течност и представлява зависимостта на налягането на наситената водна пара от температурата. Кривата OC показва онези взаимосвързани стойности на температурата и налягането, при които течната вода и водната пара са в равновесие помежду си, поради което се нарича крива на равновесие течност-пара или крива на кипене.

    Фигура 10 Диаграма на състоянието на водата

    крива ОВразделя течната област от ледената област. Това е крива на равновесие твърдо-течно и се нарича крива на топене. Тази крива показва онези взаимосвързани двойки температури и налягания, при които ледът и течната вода са в равновесие.

    крива ОАсе нарича сублимационна крива и показва взаимосвързаните двойки стойности на налягането и температурата, при които ледът и водната пара са в равновесие.

    Диаграмата на състоянието е визуален начин за представяне на регионите на съществуване на различни фази в зависимост от външни условия, като налягане и температура. Диаграмите на състоянието се използват активно в материалознанието на различни технологични етапи на получаване на продукт.

    Течността се различава от твърдо кристално тяло с ниски стойности на вискозитет (вътрешно триене на молекулите) и високи стойности на течливост (реципрочна стойност на вискозитета). Течността се състои от множество агрегати от молекули, в които частиците са подредени в определен ред, подобен на реда в кристалите. природата структурни звенаи взаимодействието между частици определя свойствата на течността. Има течности: едноатомни (втечнени благородни газове), молекулярни (вода), йонни (разтопени соли), метални (разтопени метали), течни полупроводници. В повечето случаи течността е не само агрегатно състояние, но и термодинамична (течна) фаза.

    Течните вещества най-често са разтвори. Решениехомогенно, но не химически чисто вещество, се състои от разтворено вещество и разтворител (примери за разтворител са вода или органични разтворители: дихлоретан, алкохол, тетрахлорметан и др.), следователно е смес от вещества. Пример за това е разтвор на алкохол във вода. Разтворите обаче са и смеси от газообразни (например въздух) или твърди (метални сплави) вещества.

    При охлаждане при условия на ниска скорост на образуване на кристализационни центрове и силно повишаване на вискозитета може да настъпи стъкловидно състояние. Стъклата са изотропни твърди материали, получени чрез преохлаждане на разтопени неорганични и органични съединения.

    Известни са много вещества, чийто преход от кристално състояние в изотропна течност става през междинно течно-кристално състояние. Характерно е за веществата, чиито молекули са под формата на дълги пръчки (пръчки) с асиметрична структура. Такива фазови преходи, придружени от термични ефекти, причиняват рязка промяна в механичните, оптичните, диелектричните и други свойства.

    течни кристали, като течност, могат да приемат формата на удължена капка или формата на съд, имат висока течливост и са способни да се сливат. Те намират широко приложение в различни области на науката и технологиите. Техните оптични свойства са силно зависими от малки промени във външните условия. Тази функция се използва в електрооптичните устройства. По-специално, течните кристали се използват при производството на електронни часовници, визуално оборудване и др.

    Сред основните състояния на агрегация е плазма- частично или напълно йонизиран газ. Според метода на образуване се разграничават два вида плазма: термична, която се получава при нагряване на газ до високи температури, и газообразна, която се образува при електрически разряди в газообразна среда.

    Плазмено-химичните процеси заеха твърдо място в редица клонове на техниката. Използват се за рязане и заваряване на огнеупорни метали, за синтез на различни вещества, широко използват плазмени източници на светлина, обещаващо е използването на плазма в термоядрени електроцентрали и др.