7. Розташування молекул у твердих тілах, рідинах та газах. Дифузія.

Для того щоб зрозуміти, що таке дифузія, достатньо уявити, як до столу подається якесь смачно пахне блюдо, наприклад, гаряча курочка гриль, випромінюєш дивний аромат вечері. Представили? Ну що, слинки потекли?

Так от цей чудовий вабливий запах курочки поширюється від тарілки по повітрю до нас саме завдяки явищу дифузії. Відірвемося на хвилиночку від смачного образу і повернемося до фізики і дифузії, щоб зрозуміти як же все це, власне, відбувається.

Як відбувається дифузія? Як ми знаємо, молекули будь-якої речовини знаходяться на деякій відстані один від одного і безперервно хаотично рухаються. Саме тому окремі молекули курочки (як не дивно це звучить) хаотично переміщуючись, проникають в проміжки між молекулами повітря, стикаються з ними і, таким чином, переміщуються все далі і далі від джерела, тобто від страви з смакотою. Це і є явище дифузії.

Дифузія в газах і рідинах відбувається легше і швидше, ніж дифузія в твердих тілах, так як молекули в газах і рідинах, відповідно, рухаються вільніше, і відстань між ними більше, ніж у твердому тілі.

Де дифузія відбувається швидше? На уроках фізики у сьомому класі ви напевно проробите кілька цікавих і гарних дослідів, що наочно показують явище дифузії в рідинах і газах. Але можна проробити елементарні досліди і самостійно вдома.

Для цього беремо склянку з водою і кілька крупинок звичайної марганцівки, йоду або зеленки. Опускаємо крупинки у воду і спостерігаємо, як марганцівка, розчиняючись у воді, поступово займає все більший обсяг склянки, до тих пір, поки не забарвить всю воду в рівномірно рожевий колір.

Це приклад дифузії в рідинах, який демонструє дифузію наочно і показує, що в рідинах дифузія відбувається повільніше, ніж у газах. Згадайте приклад з курочкою, в якому запах досягає вас буквально через кілька секунд, і порівняйте з розчиненням марганцівки у воді, якою потрібно кілька хвилин, щоб забарвити всю воду. Ну а в твердих тілах дифузія відбувається ще повільніше.

Простий і доступний кожному приклад – це взяти два шматки різнокольорового пластиліну і розминаючи їх у руках, спостерігати, як змішуються кольору. А, відповідно, без зовнішнього впливу, якщо просто притиснути два шматки один до одного, потрібні місяці або навіть роки, щоб два кольори хоч трохи перемішалися, так би мовити, проникли один в одного.

Приклади дифузії в природі Прикладом дифузії в природі може служити принципово важливий для життя процес – дихання. Саме завдяки дифузії кисень з легенів потрапляє в кров, а з крові – в органи і тканини організму. Завдяки дифузії видихається нами вуглекислий газ не скупчується навколо нас, а розсіюється в просторі і змішується з киснем, тому ми можемо тривалий час спокійно дихати в закритій кімнаті без вітру.

Однак, час від часу все одно необхідно провітрювати кімнату і впускати свіже повітря, насичене киснем, який знову ж таки завдяки дифузії, швидко поширюється по всьому об’єму кімнати.

8. Властивості твердих тіл, рідин і газів.

Усе, що нас оточує у навколишньому світі, називається матерією. Матерія існує в двох видах — речовина і поле. Речовина це те, з чого складаються усі тіла. Поля бувають різні. Це, наприклад, гравітаційне поле, або поле тяжіння внаслідок дії якого всі тіла притягуються до’ Землі Електричне поле спричинює електричний струм. Під дією магнітного поля залізні предмети притягуються до магніту. Світло і радіохвилі також є польовим видом матери.

Речовина може перебувати в трьох станах твердому, рідкому й газоподібному. Відповідно у Природі існують тверді тіла, рідини і гази. Наприклад, олівець і зошит, стіл і стільці, під лога і стіни, будинок школи є твердими тілами. Вода, молоко, сік, олія, бензин, ртуть за звичайних умов є рідинами. Повітря, кисень, вуглекислий газ, природний газ (метан), якии використовують у побуті, є газами.

Ми практично безпомилково розрізняємо тверді, рідкі і газоподібні тіла за їхніми певними ознаками ми властивостями. Наприклад, легко відрі інмгмо воду від льоду, хоча за хімічними іиііктиностими це одна й та сама речовина; чітко роїмежовуємо гази і рідини, хоча всі газоподібні тіла за певних умов можуть стати рідкими Так, зокрема, газ для запальничок перебуває в балончиках у зрідженому стані; скраплений азот використовують

у наукових дослідженнях. …

З’ясуємо, за якими ознаками ті чи інші тіла

називають твердими, рідкими чи газоподібними?

Тверді тіла. Візьмемо кілька предметів – дерев’яний брусок, металеву кульку, скляну пластину, шматок пластиліну, ластик.

За зовнішніми ознаками—кольором, прозорістю.,розміром, формою—вони відрізняються одне від одного. Проте вони мають і спільну властивість, за якою їх називають твердими тілами: вони зберігають свою форму. Легко помітити, що кожне з цих тіл має власну поверхню, яка обмежує його і визначає форму.

Тверді тіла можуть бути крихкими (скло, дорцеляна, лід) або пластичними (гума, пластилін, віск). Одні тіла відновлюють свою форму. виявляючи пружні властивості, інші залишаються у зміненому стані після припинення дії на них. Існують тіла, у яких можна легко змінити форму (пластилін, віск, свинець), для інших це вимагатиме значних зусиль (дуб, сталь, алмаз).

Очевидно, що ці тіла мають різну твердість. Наприклад, якщо стальним різаком провести по мідній пластині, на ній залишиться подряпина. Це вказує на те, що сталь твердіша за мідь; мід-на ж пластина ніколи не залишить подряпини на сталі, оскільки мідь м’якша за сталь.

Цю властивість твердих тіл, зокрема, використовують у технології обробки матеріалів. Так, за допомогою інструмента, виготовленого із загартованої сталі, обробляють різні металеві та дерев’яні вироби, алмазним різаком ріжуть скло, стальними ножицями кроять тканини і метал.

З життєвого досвіду нам відомо, що внаслідок нагрівання до певної температури тверді тіла плавляться і стають рідинами. Так, лід плавиться при температурі 0 °С, мідь—при 1085 °С, залізо—при 1535 °С, алмаз—вищій за 3500 °С.

Тверді тіла різняться й іншими фізичними властивостями, наприклад, здатністю передавати теплоту або проводити електричний :трум. З такими їхніми властивостями ознайомимося далі. Проте вже на підставі наведених вище прикладів можна помітити загальну ознаку, за якою тверді тіла відрізняються від рідин і газів: здатність упродовж тривалого часу зберігати надану їм форму.Адже треба докласти певних зусиль, інколи значних, для того, щоб змінити форму твердого тіла. При цьому можна дізнатися — крихке, пластичне чи пружне воно.

Рідини. Наповнимо рідинами кілька посудин різної форми (мал. 2.2). Як бачимо, усі рідини приймають форму посудини, яку заповнюють. На межі з повітрям рідина утворює власну вільну поверхню. Під дією тяжіння ця поверхня завжди горизонтальна, як би ми не нахиляли посудину. Якщо рідину перелити в іншу посудину, то вона набуде іншої форми, повторивши форму цієї посудини.

Зазвичай ми говоримо: «тече вода», «ллється молоко», «витікає пальне». Не раз ми помічали, що розлита на підлогу рідина розтікається тонким шаром по її поверхні. Усі ці приклади ілюструють властивість рідин, яку називають текучістю. Вона використовується, наприклад, під час транспортування рідин. Так, вода по трубах надходить у будівлі, басейни і фонтани, нафта і рідке паливо тече у нафтопроводах, розплавлений метал металурги виливають у форми.

Під час охолодження рідин до певної температури вони тверднуть, кристалізуються. Встановлено, що відбувається це за тієї самої температури, за якої дана речовина плавиться. Так, за природних умов вода стає льодом при 0 °С, але й лід тане також при 0 °С. Усе залежить від того, як відбувається цей процес —тіло дістає чи втрачає теплоту. Якщо, наприклад, в озері плаває лід, то він танутиме, коли температура повітря вища за 0 °С, тобто навколишнє середовище віддаватиме теплоту, і навпаки, при «мінусовій» температурі утворюватимуться нові брили льоду.

Відомо, ЩО рідини можуть випаровуватися, тобто переходити у газоподібний стан. Легко переконатися, що чим вища їхня температу-па тим інтенсивніше відбувається цей про цес. Так, улітку калюжі висихають швидше,

ніж навесні чи восени.

За певної температури рідини починають

інтенсивно випаровуватися не лише з поверхні але й усередині, з утворенням бульбашок.

Це явище називається кипінням. За них умов вода кипить при плюс 100 С, аце ТОн—при плюс 56,5 °С, зріджене повітря

при мінус 195 °С.

Отже, на підставі узагальнення нашого досвіду можна зробити такий висновок: на відміну від твердих тіл рідини не мають власної форми і тому під дією сили тяжіння повторюють форму тієї посудини, яку заповнюють; рідини текучі і тому легко змінюють свою форму; на межі з повітрям вони утворюють вільну горизонтальну поверхню; під час охолодження за певної температури вони кристалізуються і тверднуть; рідини переходять у газоподібний стан через випаровування.

Гази. Візьмемо м’яч, дитячу повітряну кульку і циліндр з поршнем або насос. Коли за допомогою насоса «накачати» повітрям, наприклад, футбольний м’яч чи кульку, вони набудуть округлої форми, яку задають їм оболонки.

 Очевидно, що всередині них повітря розподілилося по всьому об єму. І ази леткі і заповнюють увесь наданий їм об єм. Вони не мають власної вільної поверхні, як

тверді тіла і рідини.

Гази легко стискуються і так само легко розширюються, що можна продемонструвати за допомогою насоса. 

Натиснемо на поршень насоса—він переміститься майже до кінця свого ходу. Якщо тепер відпустити його, то він повернеться у своє початкове положення. ,

Досліди показали, що з охолодженням газів

до певної температури вони починають скраплюватися і стають рідинами. Встановлено, що це відбувається при тій самій температурі, при якій відповідна рідина кипить. Тобто, як і у випадку переходу води в лід, усе залежить від конкретних фізичних умов: якщо теплота надається рідині, то вона кипить і переходить у газоподібний стан; якщо газ віддає теплоту, то він скраплюється, тобто конденсується. Наприклад, аміак кипить (отже, і скраплюється) при температурі мінус 33,4 °С, рідкий кисень кипить при мінус 183 °С, зріджене повітря — при мінус 195 °С. Найнижчу температуру кипіння має гелій — мінус 270 °С.

Отже, гази леткі і тому заповнюють увесь наданий їм простір; вони легко стискуються і легко розширюються; вони не мають власної форми і легко її змінюють, але на відміну від рідин гази не утворюють вільної поверхні; під час охолодження до певної температури гази скраплюються і стають рідинами.

Як підсумок, можна сказати, що тверді тіла, рідини і гази —це не особливі види речовини, а її стани, в яких вона перебуває за певних фізичних умов. Зокрема, це залежить від температури. У фізиці ці стани називають агрегатними станами речовини.