11) Концептуальные представления о различиях в строении твёрдых, жидких и газообразных тел. Роль давления и температуры в агрегатных переходах.

Выделяют три основных агрегатных состояния: твёрдое тело, жидкость и газ. Иногда не совсем корректно к агрегатным состояниям причисляют плазму. Существуют и другие агрегатные состояния, но они могут быть получены только в лабораторных условиях.

Изменения агрегатного состояния это термодинамические процессы, называемые фазовыми переходами. Выделяют следующие их разновидности: из твёрдого в жидкое — плавление; из жидкого в газообразное — испарение и кипение; из твёрдого в газообразное — сублимация; из газообразного в жидкое или твёрдое — конденсация; из жидкого в твёрдое — кристаллизация. Отличительной особенностью является отсутствие резкой границы перехода к плазменному состоянию.

Определения агрегатных состояний не всегда являются строгими. Так, существуют аморфные тела, сохраняющие структуру жидкости и обладающие небольшой текучестью и способностью сохранять форму; жидкие кристаллы текучи, но при этом обладают некоторыми свойствами твёрдых тел, в частности, могут поляризовать проходящее через них электромагнитное излучение.

Для описания различных состояний в физике используется более широкое понятие термодинамической фазы. Явления, описывающие переходы от одной фазы к другой, называют критическими явлениями.

Переходы между агрегатными состояниями вещества в зависимости от температуры и давления. Диаграммы состояния. Различные агрегатные состояния вещества определяются, прежде всего, температурой и давлением: если давление мало, температура достаточно высока, то вещество будет находиться в газообразном состоянии, при низкой температуре вещество будет твердым, при умеренных (промежуточных) температурах — жидким. В соответствии с этим для количественной характеристики агрегатных состояний вещества часто используется очень наглядная фазовая диаграмма вещества, которая показывает зависимость агрегатного состояния от давления и температуры (см. рисунок).

Диаграмма состоит из трех областей, отвечающих кристаллическому (К), жидкому (Ж) и газообразному (парообразному) (Г) состояниям. Эти области отделены друг от друга кривыми: плавление  кристаллизация Ob, кипение  конденсация Ok и сублимация  десублимация Оа. Точка пересечения этих кривых О называется тройной точкой: при Р = Р₀ и Т = Т₀ вещество может сосуществовать в трех агрегатных состояниях, причем жидкость и твердое вещество имеют одинаковое давление пара. Координаты Р = Р₀ и T = Т₀ тройной точки — это единственная пара значений давления и температуры, при которых одновременно могут сосуществовать три фазы. Пример: на диаграмме состояния воды этой точке соответствуют давление 4,58 мм рт. ст. (0,61 кПа) и температура 273 К (0 °С).

При температуре выше критической (на диаграмме ей соответствует точка k) кинетическая энергия частиц становится больше энергии их взаимодействия, и поэтому вещество существует в газообразном состоянии при любом давлении.

На рисунке видно, что при давлении, большем Р₀, нагревание твердого вещества приводит к его плавлению (при Р₁ плавление происходит в точке d). После того как все вещество расплавится, дальнейшее повышение давления приводит к повышению соответствующих температур кипения (при давлении Р₁ кипение жидкости происходит в точке е при температуре T₁). При давлении, меньшем Р₀ (при Р₂) нагревание твердого вещества приводит к переходу из кристаллического состояния непосредственно в газообразное (в точке g), т. е. к сублимации. Для большинства веществ Р₀ < Р_{насыщ. паров}. Лишь для немногих веществ р₀ > Р_{насыщ. паров}, и нагревание кристаллов приводит к их сублимации — примерами таких веществ являются иод и “сухой лед” — твердый диоксид углерода.