макроскопічні тіла

Все, звичайно, пам'ятають одне з простих, але дуже важливих тверджень шкільного курсу фізики, що речовина може перебувати в трьох агрегатних станах: твердому, рідкому і газоподібному. Тепловий рух частинок (атомів і молекул) в кожному агрегатному стані має свої особливості.

У газах зазвичай відстань між атомами і молекулами значно більше розмірів молекул. На таких відстанях сили взаємодії між частинками практично відсутні. Це призводить до того, що гази легко стискаються (немає сил відштовхування) і мають властивість необмежено розширюватися (займати повністю наданий їм об'єм), що рівносильне відсутності сил тяжіння. Газ, в якому можна не враховувати сили взаємодії між частинками і власний обсяг частинок, називається ідеальним.

У твердому тілі молекули й атоми здійснюють безладні коливання щодо положень рівноваги, в яких сили тяжіння і відштовхування з боку сусідніх атомів врівноважуються, тобто результуюча сила дорівнює нулю. Тверді тіла можна розділити на аморфні та кристалічні. В аморфних тілах фізичні властивості (механічні, теплові, електричні, оптичні) однакові у всіх напрямках. В цьому проявляється изотропность аморфних тіл. Пояснюється це тим, що атоми і молекули в таких тілах розташовані безладно. У кристалічних тілах атоми і молекули розташовані в певному порядку, тому фізичні властивості таких тел неоднакові в різних напрямках, тобто кристалічні тіла анізотропні. Якщо через атоми кристала подумки провести лінії, то вийде решітка, яка називається кристалічною.

Рідини займають проміжне положення між твердими тілами і газами. Як показали дослідження їх структури, молекули рідини деякий час (т.зв. час осілого життя) коливаються біля положень рівноваги. Через деякий час вони перескакують в нові положення рівноваги і вагаються щодо них. Саме ці переходи молекул і є причиною плинності рідини, тобто її здатності приймати форму посудини. Взаємне розташування сусідніх молекул в рідині певною мірою впорядковане, але на відстані 3..4d. де d - діаметр молекули, цей порядок порушується. Ось чому кажуть, що в рідинах існує ближній порядок. (Порядок в кристалічних тілах називають далеким).

Різниця між рідким, твердим і газоподібним станом можна пояснити і з енергетичної точки зору, скориставшись залежністю потенційної енергії взаємодії молекул речовини від відстані між ними (рис.5).

У стані r = r0 потенційна енергія взаємодії молекул мінімальна.

Значення середньої кінетичної енергії теплового руху відкладемо від дна потенційної ями В. АВ - глибина потенційної ями.

Якщо середня кінетична енергія теплового руху Е1 <<АВ, то частицы не могут ее преодолеть и будут совершать колебания около положения равновесия. Тело будет находиться в твердом состоянии.

АВ, то молекули будуть здійснювати коливання з великою амплітудою і флуктуації енергії можуть привести до виходу їх за межі даної потенційної ями і здійснювати коливання відносно нових положень рівноваги. Це відповідає рідкому стану речовини.

Якщо Е >> АВ, то молекули будуть вільно виходити за межі цієї потенційної ями, майже не «відчуваючи» на собі її впливу, тобто зв'язку з іншими молекулами. Це відповідає газу.

Переходи речовини з одного стану в інший називаються фазовими переходами I роду. Зі сказаного вище ясно, що як агрегатний стан речовини, так і фазові переходи визначаються зовнішніми умовами: температурою і тиском. При високій температурі і низькому тиску ми маємо газ, при низькій температурі і високому тиску - тверде тіло. Проміжні умови відповідають рідкого стану. Графічно рівновагу між рідиною і її насиченим паром, між рідиною і твердим станом можна представити на діаграмі стану речовини (рис.6).

Якщо на такий діаграмі побудувати для даної речовини криві кипіння, плавлення і сублімації (випаровування твердого речовини), то вони перетнуться в одній точці М. У ній одночасно сходяться три фази: рідка, тверда, газоподібна, тому ця точка називається потрійною. Діаграма стану речовини дозволяє передбачати, в якому стані буде перебувати речовина при різних умовах, що виключно важливо для практики.