Материйн нэгдсэн төлөвийг хэлнэ. Бодисын нэгдсэн төлөв
Өдөр тутмын практикт бид бие даасан атом, молекул, ионуудыг тусад нь биш, харин бодит бодисууд - бүхэлд нь харьцах ёстой. их хэмжээнийтоосонцор. Тэдний харилцан үйлчлэлийн шинж чанараас хамааран хатуу, шингэн, хий, плазмын дөрвөн төрлийн нэгтгэх төлөвийг ялгадаг. Зохих фазын шилжилтийн үр дүнд бодис нь нэгтгэх төлөвөөс нөгөөд шилжиж болно.
Нэг буюу өөр нэгдэлд байгаа бодис байгаа эсэх нь бөөмсийн хооронд үйлчилж буй хүч, тэдгээрийн хоорондох зай, тэдгээрийн хөдөлгөөний шинж чанараар тодорхойлогддог. Нэгтгэх төлөв бүр нь тодорхой шинж чанарын багцаар тодорхойлогддог.
Агрегацын төлөв байдлаас хамааран бодисын шинж чанар:
| муж | өмч |
| хий |
|
| шингэн |
|
| хэцүү |
|
Систем дэх дарааллын зэргээс хамааран нэгтгэх төлөв бүр нь бөөмсийн кинетик ба боломжит энергийн хоорондын харилцан хамаарлаар тодорхойлогддог. Хатуу биетүүдэд бөөмс нь тодорхой байрлалыг эзэлдэг бөгөөд зөвхөн эргэн тойронд нь чичирдэг тул потенциал нь кинетикээс давамгайлдаг. Хийн хувьд хийн молекулууд үргэлж эмх замбараагүй хөдөлдөг, тэдгээрийн хооронд нэгдмэл хүч бараг байдаггүй тул хий нь бүх эзлэхүүнийг эзэлдэг тул потенциал ба кинетик энергийн хооронд урвуу хамаарал байдаг. Шингэний хувьд бөөмсийн кинетик ба боломжит энерги нь ойролцоогоор ижил байдаг тул хэсгүүдийн хооронд хатуу бус холболт байдаг тул шингэн нь шингэн, тогтмол эзэлхүүнээр тодорхойлогддог.
Бодисын бөөмс нь ердийн геометрийн бүтэц үүсгэж, тэдгээрийн хоорондох холбоосын энерги нь дулааны чичиргээний энергиээс их байгаа нь одоо байгаа бүтцийг устгахаас сэргийлж байвал бодис нь хатуу төлөвт байна гэсэн үг юм. Гэхдээ тодорхой температураас эхлэн дулааны чичиргээний энерги нь бөөмс хоорондын холболтын энергиээс давж гардаг. Энэ тохиолдолд бөөмс нь хоорондоо холбоотой хэвээр байгаа ч бие биенээсээ харьцангуй хөдөлдөг. Үүний үр дүнд геометрийн бүтэц эвдэрч, бодис нь шингэн төлөвт шилждэг. Хэрэв дулааны чичиргээ маш их нэмэгдэж, бөөмс хоорондын холбоо бараг алга болвол бодис нь хийн төлөвт ордог. "Хамгийн тохиромжтой" хийд бөөмс бүх чиглэлд чөлөөтэй хөдөлдөг.
Температур нэмэгдэхийн хэрээр бодис нь эмх цэгцтэй (хатуу) төлөвөөс эмх замбараагүй төлөвт (хийн төлөвт) шилждэг.
Нэгтгэлийн дөрөв дэх төлөвийг плазм гэж нэрлэдэг - төвийг сахисан ба ионжуулсан бөөмс, электронуудын холимогоос бүрдэх хий. Сийвэн нь хэт өндөр температурт (10 5 -10 7 0 C) үүсдэг бөгөөд хөдөлгөөний хамгийн их зөрчилтэй бөөмсийн мөргөлдөөний эрчим хүчний мэдэгдэхүйц нөлөөгөөр үүсдэг. Бодисын бусад төлөвүүдийн нэгэн адил плазмын зайлшгүй шинж чанар нь түүний цахилгаан саармаг чанар юм. Гэхдээ сийвэн дэх хэсгүүдийн эмх замбараагүй хөдөлгөөний үр дүнд бие даасан цэнэгтэй микрозонууд гарч ирдэг бөгөөд энэ нь цахилгаан соронзон цацрагийн эх үүсвэр болдог. Плазмын төлөвт бодис нь одод болон бусад сансрын биетүүд дээр, мөн термоядролын процессын үед байдаг.
Нэгтгэлийн төлөв байдал бүрийг юуны түрүүнд температур, даралтын хүрээгээр тодорхойлдог тул харааны тоон шинж чанарын хувьд бодисын фазын диаграммыг ашигладаг бөгөөд энэ нь агрегатын төлөв байдал нь даралт, температураас хамааралтай болохыг харуулж байна.
Фазын шилжилтийн муруй бүхий бодисын төлөвийн диаграмм: 1 - хайлах-талсжих, 2 - буцлах-конденсаци, 3 - сублимация-десублимация
Фазын диаграм нь талст, шингэн, хийн төлөвт тохирсон гурван үндсэн бүсээс бүрдэнэ. Тусдаа талбайнуудыг фазын шилжилтийг тусгасан муруйгаар тусгаарлана.
- хатуу төлөв шингэн болж, эсрэгээр шингэн нь хатуу болж хувирна (хайлах-талсжих муруй - тасархай ногоон график)
- шингэнээс хий болон урвуу хийг шингэн рүү хувиргах (буцлах-конденсацийн муруй - цэнхэр график)
- хатуугаас хий, хийнээс хатуу (сублимация-десублимацын муруй - улаан график).
Эдгээр муруйнуудын огтлолцлын координатуудыг гурвалсан цэг гэж нэрлэдэг бөгөөд энэ нь тодорхой даралт P = P in, тодорхой температур T = T in байх үед бодис нь шингэн болон агрегацын гурван төлөвт зэрэгцэн оршиж болно. ижил уурын даралттай хатуу төлөвт . P in ба T in координатууд нь даралт ба температурын цорын ганц утга бөгөөд бүх гурван үе шат нэгэн зэрэг оршиж болно.
Фазын диаграм дээрх К цэг нь бөөмсийн кинетик энерги нь харилцан үйлчлэлийн энергиэс давж, улмаар шингэн ба хийн фазын хоорондох тусгаарлах шугам арилдаг эгзэгтэй температур гэж нэрлэгддэг Tk температуртай тохирч байна. бодис нь ямар ч даралтанд хийн төлөвт байдаг.
Фазын диаграммын шинжилгээнээс харахад гурвалсан цэгээс (P in) өндөр даралттай үед хатуу бодисыг халаах нь хайлж дуусдаг, жишээлбэл, P 1 үед хайлах цэг дээр тохиолддог. г. Температурыг Td-аас Te хүртэл өсгөх нь өгөгдсөн P1 даралттай бодисыг буцалгахад хүргэдэг. Гурвалсан цэгийн P-ийн даралтаас P 2 даралттай үед бодисыг халаах нь түүнийг талстаас хийн төлөвт шууд шилжүүлэхэд хүргэдэг. q), өөрөөр хэлбэл, сублимация. Ихэнх бодисын хувьд гурвалсан цэг дэх даралт нь ханасан уурын даралтаас бага байдаг (P in
P нь ханасан уур, тиймээс ийм бодисын талстыг халаах үед тэд хайлдаггүй, харин ууршдаг, өөрөөр хэлбэл сублимацияд ордог. Жишээлбэл, иодын талстууд эсвэл "хуурай мөс" (хатуу CO 2) ийм байдлаар ажилладаг.
Бодисын фазын диаграммын шинжилгээ Хийн төлөв
Хэвийн нөхцөлд (273 К, 101325 Па) молекулууд нь нэг (He, Ne, Ar) эсвэл хэд хэдэн энгийн атомаас (H 2, N 2, O 2) бүрдэх энгийн бодисууд ба нийлмэл бодисууд хоёулаа хийн хэлбэрээр байж болно. бага молийн масстай төлөвт бодис (CH 4, HCl, C 2 H 6).
Хийн бөөмсийн кинетик энерги нь боломжит энергиэс хэтэрсэн тул хийн төлөвт байгаа молекулууд санамсаргүй байдлаар тасралтгүй хөдөлдөг. Бөөмийн хоорондох зай их байдаг тул хий дэх молекул хоорондын харилцан үйлчлэлийн хүч нь маш өчүүхэн бөгөөд тэдгээр нь бөөмсийг бие биедээ татах, тэдгээрийг барьж авахад хангалтгүй юм. Ийм учраас хий нь өөрийн гэсэн хэлбэртэй байдаггүй бөгөөд бага нягтралтай, шахах, тэлэх өндөр чадвартай байдаг. Тиймээс хий нь өөрийн байрлаж буй савны хананд бүх чиглэлд жигд дардаг.
Хийн хамгийн чухал параметрүүдийн хоорондын хамаарлыг судлахын тулд бодисын хийн төлөв байдлын хамгийн энгийн загварыг ашигладаг. хамгийн тохиромжтой хий, энэ нь дараах таамаглал дээр үндэслэсэн болно.
- хийн хэсгүүдийн харилцан үйлчлэлийг үл тоомсорлож болно;
- бөөмс нь өөрийн гэсэн хэмжээтэй материаллаг цэгүүд юм.
Хамгийн тохиромжтой хийн загварыг тодорхойлсон хамгийн ерөнхий тэгшитгэл нь тэгшитгэл гэж тооцогддог Менделеев-Клапейроннэг моль бодисын хувьд:
Гэсэн хэдий ч жинхэнэ хийн зан байдал нь дүрмээр бол хамгийн тохиромжтой байдлаас ялгаатай байдаг. Үүнийг нэгдүгээрт, хийг тодорхой хэмжээгээр шахдаг бодит хийн молекулуудын хооронд бие биенээ татах өчүүхэн хүч байсаар байгаатай холбон тайлбарлаж байна. Үүнийг харгалзан үзвэл нийт хийн даралт нь хэмжээгээр нэмэгддэг а/V 2, энэ нь молекулуудын харилцан таталцлаас үүсэх нэмэлт дотоод даралтыг харгалзан үздэг. Үүний үр дүнд хийн нийт даралтыг нийлбэрээр илэрхийлнэ P+ А/V 2. Хоёрдугаарт, жинхэнэ хийн молекулууд бага боловч тодорхой хэмжээний эзэлхүүнтэй байдаг б , тиймээс сансарт байгаа бүх хийн бодит эзэлхүүн байна V- б . Менделеев-Клапейроны тэгшитгэлд авч үзсэн утгыг орлуулахдаа бид бодит хийн төлөвийн тэгшитгэлийг олж авдаг. Ван дер Ваалсын тэгшитгэл:
Хаана А Тэгээд б - бодит хий бүрийн хувьд практикт тодорхойлогддог эмпирик коэффициентүүд. илтгэлцүүр болох нь тогтоогдсон а амархан шингэрүүлдэг хий (жишээлбэл, CO 2, NH 3), коэффициент нь илүү их утгатай байдаг. б - эсрэгээр, хэмжээ нь өндөр байх тусам хийн молекулууд (жишээлбэл, хийн нүүрсустөрөгч) илүү том болно.
Ван дер Ваалсын тэгшитгэл нь бодит хийн үйл ажиллагааг Менделеев-Клапейроны тэгшитгэлээс хамаагүй илүү нарийвчлалтай дүрсэлсэн боловч энэ нь тодорхой физик утгаараа практик тооцоололд өргөн хэрэглэгддэг. Хэдийгээр хийн хамгийн тохиромжтой төлөв нь хязгаарлагдмал, төсөөлөлтэй тохиолдол боловч түүнд тохирсон хуулиудын энгийн байдал, тэдгээрийг бага даралт, өндөр температурын нөхцөлд олон хийн шинж чанарыг тодорхойлоход ашиглах боломж нь хамгийн тохиромжтой хийн загварыг маш чухал болгодог. тохиромжтой.
Бодисын шингэн төлөв
Аливаа тодорхой бодисын шингэн төлөв нь энэ бодисын шинж чанарт (найрлага) хамаарах тодорхой температур, даралтын мужид термодинамикийн хувьд тогтвортой байдаг. Шингэн төлөвийн температурын дээд хязгаар нь буцлах цэг бөгөөд үүнээс дээш хугацаанд бодис тогтвортой даралтын нөхцөлд хийн төлөвт байдаг. Шингэний тогтвортой байдлын доод хязгаар нь талстжих (хатуурах) температур юм. 101.3 кПа даралтаар хэмжсэн буцалгах, талсжих температурыг хэвийн гэж нэрлэдэг.
Ердийн шингэн нь изотропи шинж чанартай байдаг - бодисын доторх бүх чиглэлд физик шинж чанаруудын нэгэн жигд байдал. Заримдаа изотропийн хувьд өөр нэр томъёог ашигладаг: өөрчлөгдөөгүй байдал, чиглэлийн сонголттой холбоотой тэгш хэм.
Шингэний төлөв байдлын талаархи үзэл бодлыг бий болгоход Менделеев (1860) нээсэн эгзэгтэй төлөвийн санаа чухал юм.
Шингэн ба түүний ханасан уур нь ижил физик шинж чанарыг олж авдаг тул шингэн ба түүний уурын хоорондох тусгаарлах хязгаар алга болох тэнцвэрийн төлөвийг эгзэгтэй төлөв гэнэ.
Чухал төлөв байдалд шингэн ба түүний ханасан уурын нягт ба тодорхой эзэлхүүний утгууд ижил болно.
Бодисын шингэн төлөв нь хий болон хатуу хоёрын хоорондох завсрын үе юм. Зарим шинж чанарууд нь шингэн төлөвийг хатуу төлөвт ойртуулдаг. Хэрэв хатуу биетүүд нь хэдэн зуун мянган атом хоорондын эсвэл молекул хоорондын радиус хүртэлх зайд үргэлжилдэг бөөмсийн хатуу дарааллаар тодорхойлогддог бол шингэн төлөвт дүрмээр бол хэдэн арван дараалсан тоосонцор ажиглагддаггүй. Энэ нь шингэн бодисын өөр өөр газарт бөөмс хоорондын дараалал хурдан үүсч, бөөмсийн дулааны чичиргээнээр дахин хурдан "элэгдэгддэг" гэж тайлбарладаг. Үүний зэрэгцээ бөөмсийн "баглаа боодлын" нийт нягт нь хатуу биетийн нягтаас бага зэрэг ялгаатай байдаг тул шингэний нягт нь ихэнх хатуу бодисын нягтаас тийм ч их ялгаатай биш юм. Нэмж дурдахад шингэний шахах чадвар нь хатуу биетүүдийнхээс бараг бага байдаг (хийтэй харьцуулахад 20,000 дахин бага).
Бүтцийн шинжилгээгээр шингэн зүйл гэж нэрлэгддэгийг харуулсан болохыг баталсан ойрын дараалал, энэ нь молекул бүрийн хамгийн ойрын "хөршүүд"-ийн тоо болон тэдгээрийн харьцангуй байрлал нь нийт эзлэхүүнд ойролцоогоор ижил байна гэсэн үг юм.
Молекул хоорондын харилцан үйлчлэлийн хүчээр холбогдсон янз бүрийн найрлагатай харьцангуй цөөн тооны бөөмсийг нэрлэдэг бөөгнөрөл . Хэрэв шингэн дэх бүх хэсгүүд ижил байвал ийм бөөгнөрөл гэж нэрлэдэг холбоотон . Энэ нь кластерууд болон холбоотнуудад богино хугацааны дараалал ажиглагдаж байна.
Төрөл бүрийн шингэн дэх дарааллын зэрэг нь температураас хамаарна. Бага температурт, хайлах цэгээс арай дээгүүр, бөөмсийн зохион байгуулалтын эмх цэгцтэй байдлын зэрэг нь маш өндөр байдаг. Температур өсөх тусам буурч, халах тусам шингэний шинж чанар нь хийн шинж чанаруудтай илүү төстэй болж, эгзэгтэй температурт хүрэхэд шингэн ба хийн төлөвийн ялгаа арилдаг.
Шингэн төлөвийн хатуу төлөвт ойрхон байгаа нь ууршилтын стандарт энтальпийн утгуудаар нотлогддог DН 0 ууршилт ба хайлах DН 0 хайлах. DH 0 ууршилтын утга нь 1 моль шингэнийг 101.3 кПа-д уур болгон хувиргахад шаардагдах дулааны хэмжээг харуулдаг гэдгийг эргэн санацгаая; 1 моль уурыг ижил нөхцөлд шингэн болгон конденсацлахад ижил хэмжээний дулаан зарцуулдаг (жишээ нь: DH 0 ууршилт = DH 0 конденсаци). 1 моль хатуу биетийг 101.3 кПа температурт шингэн болгон хувиргахад зарцуулсан дулааны хэмжээг гэнэ. хайлуулах стандарт энтальпи; хэвийн даралтын нөхцөлд (DH 0 хайлах = DH 0 талстжих) 1 моль шингэнийг талсжуулах үед ижил хэмжээний дулаан ялгардаг. DH 0 ууршилт гэдгийг мэддэг<< DН 0 плавления, поскольку переход из твердого состояния в жидкое сопровождается меньшим нарушением межмолекулярного притяжения, чем переход из жидкого в газообразное состояние.
Гэсэн хэдий ч шингэний бусад чухал шинж чанарууд нь хийн шинж чанаруудтай илүү төстэй байдаг. Тиймээс, хий шиг шингэн урсаж болно - энэ өмчийг нэрлэдэг шингэн чанар . Тэд урсгалыг эсэргүүцэж чаддаг, өөрөөр хэлбэл тэд угаасаа байдаг зуурамтгай чанар . Эдгээр шинж чанаруудад молекулуудын хоорондох таталцлын хүч, шингэн бодисын молекул жин болон бусад хүчин зүйлс нөлөөлдөг. Шингэний зуурамтгай чанар нь хийн зуурамтгай чанараас ойролцоогоор 100 дахин их байдаг. Яг л хий шиг шингэн нь тархаж болно, гэхдээ шингэний хэсгүүд нь хийн хэсгүүдээс илүү нягт савлагддаг тул илүү удаан байдаг.
Шингэн төлөвийн хамгийн сонирхолтой шинж чанаруудын нэг нь хий, хатуу биетийн шинж чанаргүй байдаг гадаргуугийн хурцадмал байдал .
Шингэний гадаргуугийн хурцадмал байдлын диаграм Шингэний эзэлхүүн дэх молекулд бүх талаасаа молекул хоорондын хүч жигд үйлчилдэг. Гэсэн хэдий ч шингэний гадаргуу дээр эдгээр хүчний тэнцвэр алдагддаг бөгөөд үүний үр дүнд гадаргуугийн молекулууд нь шингэний дотор чиглэсэн зарим үр дүнгийн хүчний нөлөөн дор байдаг. Энэ шалтгааны улмаас шингэний гадаргуу нь хурцадмал байдалд байна. Гадаргуугийн хурцадмал байдал нь шингэний хэсгүүдийг дотор нь барьж, улмаар шингэний гадаргууг агшихаас сэргийлдэг хамгийн бага хүч юм.
Хатуу бодисын бүтэц, шинж чанар
Байгалийн болон хиймэл аль аль нь мэдэгдэж байгаа ихэнх бодисууд нь хэвийн нөхцөлд хатуу төлөвт байдаг. Өнөөдөр мэдэгдэж байгаа бүх нэгдлүүдийн 95 орчим хувь нь хатуу бодис бөгөөд тэдгээр нь зөвхөн бүтцийн төдийгүй үйл ажиллагааны материалын үндэс суурь болдог тул чухал болсон.
- Барилгын материал гэдэг нь багаж хэрэгсэл, гэр ахуйн эд зүйлс болон бусад төрөл бүрийн бүтцийг үйлдвэрлэхэд ашигладаг хатуу бодис эсвэл тэдгээрийн найрлага юм.
- Функциональ материалууд нь хатуу бодисууд бөгөөд тэдгээрийн хэрэглээ нь тэдгээрийн доторх тодорхой ашигтай шинж чанаруудаар тодорхойлогддог.
Жишээлбэл, ган, хөнгөн цагаан, бетон, керамик нь бүтцийн материалд, хагас дамжуулагч, фосфор нь функциональ материалд хамаарна.
Хатуу төлөвт бодисын хэсгүүдийн хоорондох зай бага бөгөөд бөөмстэй ижил хэмжээний дараалалтай байна. Тэдний хоорондын харилцан үйлчлэлийн энерги нь нэлээд өндөр бөгөөд энэ нь бөөмсийн чөлөөт хөдөлгөөнөөс сэргийлдэг - тэдгээр нь зөвхөн тодорхой тэнцвэрийн байрлалд, жишээлбэл, болор торны зангилааны эргэн тойронд хэлбэлзэж чаддаг. Бөөмүүд чөлөөтэй хөдөлж чадахгүй байх нь хатуу биетүүдийн хамгийн онцлог шинж чанаруудын нэг болох өөрийн хэлбэр, эзэлхүүнтэй болоход хүргэдэг. Хатуу бодисын шахагдах чадвар маш бага, нягт нь өндөр бөгөөд температурын өөрчлөлтөөс бага зэрэг хамаардаг. Хатуу биетэд тохиолддог бүх процессууд аажмаар явагддаг. Хатуу бодисын стехиометрийн хуулиуд нь хий, шингэн бодисоос өөр бөгөөд дүрмээр бол илүү өргөн утгатай байдаг.
Хатуу бодисын нарийвчилсан тайлбар нь энэ материалын хувьд хэтэрхий их хэмжээтэй тул тусдаа өгүүллээр авч үзэх болно:, ба.
Материйн нэгтгэсэн төлөвүүд (Латин aggrego - би хавсаргаж, холбодог) - эдгээр нь ижил бодисын төлөвүүд бөгөөд тэдгээрийн хоорондох шилжилт нь бодисын чөлөөт энерги, энтропи, нягтрал болон бусад физик үзүүлэлтүүдийн огцом өөрчлөлттэй тохирч байна.
Хий (Францын gaz, Грекийн эмх замбараагүй байдал - эмх замбараагүй байдлаас гаралтай) нь түүний бөөмсийн харилцан үйлчлэлийн хүч нь тэдгээрт өгсөн бүх эзэлхүүнийг дүүргэх нь үл тоомсорлодог бодисыг нэгтгэх төлөв юм. Хийн хувьд молекул хоорондын зай их, молекулууд бараг чөлөөтэй хөдөлдөг.
- Хий нь хэт халсан эсвэл дутуу ханасан уур гэж үзэж болно.
- Ууршилтаас болж шингэн бүрийн гадаргуугаас дээш уур байдаг. Уурын даралт нь ханасан уурын даралт гэж нэрлэгддэг тодорхой хязгаар хүртэл нэмэгдэхэд уур ба шингэний даралт ижил байх тул шингэний ууршилт зогсдог.
- Ханасан уурын эзэлхүүн буурах нь даралтыг нэмэгдүүлэхээс илүү уурын нэг хэсгийг конденсацлахад хүргэдэг. Тиймээс уурын даралт нь ханасан уурын даралтаас өндөр байж болохгүй. Ханасан төлөв нь температураас хамаардаг 1м ханасан уурын массад агуулагдах ханалтын массаар тодорхойлогддог. Ханасан уур нь эзэлхүүнийг ихэсгэх эсвэл температурыг нэмэгдүүлэх тохиолдолд ханаагүй болно. Хэрэв уурын температур нь өгөгдсөн даралттай тохирох буцалгах цэгээс хамаагүй өндөр байвал уурыг хэт халсан гэж нэрлэдэг.
Плазм эерэг ба сөрөг цэнэгийн нягт нь бараг тэнцүү байдаг хэсэгчилсэн буюу бүрэн ионжсон хий юм. Нар, одод, од хоорондын үүл нь төвийг сахисан эсвэл ионжсон (плазм) хийнээс бүрддэг. Цэнэглэх бусад төлөвөөс ялгаатай нь плазм нь цэнэгтэй бөөмсийн (ион, электрон) хий бөгөөд тэдгээр нь бие биетэйгээ хол зайд цахилгаанаар харилцан үйлчилдэг боловч бөөмсийн зохион байгуулалтад ойрын болон холын зайн дараалал байдаггүй.
Шингэн - энэ бол хатуу ба хийн хоорондох завсрын бодисыг нэгтгэх төлөв юм.
- Шингэн нь хатуу (эзэлхүүнээ хадгалдаг, гадаргуу үүсгэдэг, тодорхой суналтын бат бөх байдаг) болон хий (байрлаж буй савны хэлбэрийг авдаг) зарим шинж чанартай байдаг.
- Шингэний молекулуудын (атомуудын) дулааны хөдөлгөөн нь тэнцвэрийн байрлалыг тойрсон жижиг чичиргээ, нэг тэнцвэрийн байрлалаас нөгөө рүү ойр ойрхон үсрэх хослол юм.
- Үүний зэрэгцээ молекулуудын удаан хөдөлгөөн ба тэдгээрийн чичиргээ нь жижиг эзэлхүүн дотор тохиолддог, молекулуудын ойр ойрхон үсрэлт нь бөөмсийн байрлал дахь алсын зайн дарааллыг алдагдуулж, шингэний шингэнийг тодорхойлдог ба тэнцвэрийн байрлалын эргэн тойронд бага хэмжээний чичиргээ нь богино зай байгаа эсэхийг тодорхойлдог. -шингэн дэх хүрээний дараалал.
Шингэн ба хатуу бодисууд нь хийнээс ялгаатай нь өндөр нягтралтай орчин гэж үзэж болно. Тэдгээрийн дотор молекулууд (атомууд) бие биенээсээ илүү ойрхон байрладаг бөгөөд харилцан үйлчлэлийн хүч нь хийнүүдээс хэд хэдэн удаа илүү байдаг. Иймээс шингэн болон хатуу биетүүд тэлэх боломжууд нь мэдэгдэхүйц хязгаарлагдмал байдаг бөгөөд тэдгээр нь дурын эзэлхүүнийг эзэлж чадахгүй нь тодорхой бөгөөд тогтмол даралт, температурт ямар ч эзэлхүүнийг хадгалдаг; Бүтцийн хувьд илүү эмх цэгцтэй нэгтгэх төлөвөөс бага эмх цэгцтэй төлөв рүү шилжих шилжилт мөн тасралтгүй явагддаг. Үүнтэй холбогдуулан нэгтгэх төлөвийн тухай ойлголтын оронд илүү өргөн хүрээний ойлголт болох үе шат гэсэн ойлголтыг ашиглах нь зүйтэй.
Үе шат нь ижил химийн найрлагатай, ижил төлөвт байгаа системийн бүх хэсгүүдийн цуглуулга юм. Энэ нь олон фазын систем дэх термодинамикийн тэнцвэрт фазуудын нэгэн зэрэг оршин тогтнох замаар зөвтгөгддөг: ханасан ууртай шингэн; хайлах цэг дэх ус ба мөс; хоёр холилдохгүй шингэн (триэтиламинтай усны холимог), концентраци нь ялгаатай; шингэний бүтцийг хадгалдаг аморф хатуу биетүүдийн оршин тогтнох (аморф төлөв).
Бодисын аморф хатуу төлөв байдал Энэ нь шингэний хэт хөргөсөн төлөвийн төрөл бөгөөд энгийн шингэнээс харьцангуй өндөр зуурамтгай чанар, кинетик шинж чанарын тоон утгаараа ялгаатай.
Бодисын талст хатуу төлөв гэдэг нь бодисын бөөмс (атом, молекул, ион) хоорондын харилцан үйлчлэлийн их хүчээр тодорхойлогддог нэгтгэлийн төлөв юм. Хатуу бодисын бөөмс нь торны зангилаа гэж нэрлэгддэг дундаж тэнцвэрийн байрлалуудын эргэн тойронд хэлбэлздэг; Эдгээр бодисын бүтэц нь дарааллын өндөр зэрэгтэй (урт ба богино зайн дараалал) - зохион байгуулалт (зохицуулах дараалал), бүтцийн хэсгүүдийн чиг баримжаа (чиг баримжаа дараалал) эсвэл физик шинж чанарын дарааллаар тодорхойлогддог. Жишээлбэл, соронзон момент эсвэл цахилгаан диполь моментийн чиг баримжаагаар). Цэвэр шингэн, шингэн ба шингэн талстуудын хэвийн шингэн фазын оршин тогтнох бүс нутаг нь бага температураас хатуу (талсжилт), хэт шингэн ба шингэн-анизотроп төлөвт шилжих фазын шилжилтээр хязгаарлагддаг.
Гидравлик ба пневматик хөтчийн онцлог нь машинд хүч, эргэлт, хөдөлгөөнийг бий болгохын тулд эдгээр төрлийн хөтчүүд нь шингэн, агаар эсвэл бусад хийн энергийг ашигладаг явдал юм.
Гидравлик хөтөчид ашигладаг шингэнийг нэрлэдэг ажлын шингэн (WF).
Хөдөлгүүрт шингэн ба хийн хэрэглээний онцлог шинж чанарыг ойлгохын тулд физикийн хичээлээс мэдэгдэж буй бодисын нэгдсэн төлөв байдлын талаархи зарим үндсэн мэдээллийг эргэн санах хэрэгтэй.
Орчин үеийн үзэл бодлын дагуу материйн нэгтгэсэн төлөвийг (Латин aggrego - би хавсаргана, холбодог) ижил бодисын төлөвийг ойлгодог бөгөөд тэдгээрийн хоорондын шилжилт нь чөлөөт энерги, энтропи, нягтрал болон бусад физик үзүүлэлтүүдийн огцом өөрчлөлттэй тохирч байна. .
Физикийн хувьд бодисыг хатуу, шингэн, хий, плазм гэсэн дөрвөн нийт төлөвийг ялгах нь заншилтай байдаг.
ХАТУУ БАЙДАЛ(бодисын талст хатуу төлөв) нь бодисын бөөмс (атом, молекул, ион) хоорондын харилцан үйлчлэлийн томоохон хүчээр тодорхойлогддог нэгтгэлийн төлөв юм. Хатуу бодисын бөөмс нь торны зангилаа гэж нэрлэгддэг дундаж тэнцвэрийн байрлалуудын эргэн тойронд хэлбэлздэг; Эдгээр бодисын бүтэц нь өндөр зэрэглэлийн дараалал (урт ба богино зайн дараалал) - зохион байгуулалт (зохицуулах дараалал), бүтцийн хэсгүүдийн чиг баримжаа (чиг баримжаа дараалал) эсвэл физик шинж чанарын дарааллаар тодорхойлогддог.
ШИНГЭН БАЙДАЛ- энэ бол хатуу ба хийн хоорондох завсрын бодисыг нэгтгэх төлөв юм. Шингэн нь хатуу (эзэлхүүнээ хадгалдаг, гадаргуу үүсгэдэг, тодорхой суналтын бат бөх байдаг) болон хий (байрлаж буй савны хэлбэрийг авдаг) зарим шинж чанартай байдаг. Шингэний молекулуудын (атомуудын) дулааны хөдөлгөөн нь тэнцвэрийн байрлалыг тойрсон жижиг чичиргээ, нэг тэнцвэрийн байрлалаас нөгөө рүү ойр ойрхон үсрэх хослол юм. Үүний зэрэгцээ молекулуудын удаан хөдөлгөөн, тэдгээрийн чичиргээ бага хэмжээгээр тохиолддог. Молекулуудын тогтмол үсрэлт нь бөөмсийн байрлал дахь алсын зайн дарааллыг алдагдуулж, шингэний шингэнийг тодорхойлдог ба тэнцвэрийн байрлалыг тойрсон жижиг чичиргээ нь шингэн дэх богино зайн дараалал байгааг тодорхойлдог.
Шингэн ба хатуу бодисууд нь хийнээс ялгаатай нь өндөр нягтралтай орчин гэж үзэж болно. Тэдгээрийн дотор молекулууд (атомууд) бие биенээсээ илүү ойрхон байрладаг бөгөөд харилцан үйлчлэлийн хүч нь хийнүүдээс хэд хэдэн удаа илүү байдаг. Иймээс шингэн болон хатуу биетүүд тэлэх боломжууд нь мэдэгдэхүйц хязгаарлагдмал байдаг бөгөөд тэдгээр нь дурын эзэлхүүнийг эзэлж чадахгүй нь тодорхой бөгөөд тогтмол даралт, температурт ямар ч эзэлхүүнийг хадгалдаг;
ХИЙГҮЙ БАЙДАЛ(Франц хэлнээс, энэ нь эргээд Грекийн эмх замбараагүй байдал - эмх замбараагүй байдлаас гаралтай) нь түүний бөөмсийн харилцан үйлчлэлийн хүч, тэдгээрт өгсөн бүх эзэлхүүнийг дүүргэх нь үл тоомсорлодог бодисыг нэгтгэх төлөв юм. Хийн хувьд молекул хоорондын зай их, молекулууд бараг чөлөөтэй хөдөлдөг.
Хий нь хэт халсан эсвэл бага ханасан шингэний уур гэж үзэж болно. Ууршилтаас болж шингэн бүрийн гадаргуугаас дээш уур байдаг. Уурын даралт нь ханасан уурын даралт гэж нэрлэгддэг тодорхой хязгаар хүртэл нэмэгдэхэд уур ба шингэний даралт ижил байх тул шингэний ууршилт зогсдог. Ханасан уурын эзэлхүүн буурах нь даралтыг нэмэгдүүлэхээс илүү уурын нэг хэсгийг конденсацлахад хүргэдэг. Тиймээс уурын даралт нь ханасан уурын даралтаас өндөр байж болохгүй. Ханасан төлөв нь температураас хамаардаг 1 м3 ханасан уурын массад агуулагдах ханалтын массаар тодорхойлогддог. Ханасан уур нь эзэлхүүнийг ихэсгэх эсвэл температурыг нэмэгдүүлэх тохиолдолд ханаагүй болно. Хэрэв уурын температур нь өгөгдсөн даралттай тохирох буцалгах цэгээс хамаагүй өндөр байвал уурыг хэт халсан гэж нэрлэдэг.
ПЛАЗМэерэг ба сөрөг цэнэгийн нягт нь бараг тэнцүү байдаг хэсэгчилсэн буюу бүрэн ионжсон хий юм. Нар, одод, од хоорондын үүл нь төвийг сахисан эсвэл ионжсон (плазм) хийнээс бүрддэг. Цэнэглэх бусад төлөвөөс ялгаатай нь плазм нь цэнэгтэй бөөмсийн (ион, электрон) хий бөгөөд тэдгээр нь бие биетэйгээ хол зайд цахилгаанаар харилцан үйлчилдэг боловч бөөмсийн зохион байгуулалтад ойрын болон холын зайн дараалал байдаггүй.
Дээрхээс харахад шингэн нь эзэлхүүнийг хадгалах чадвартай боловч бие даасан хэлбэрийг хадгалах чадваргүй байдаг. Эхний шинж чанар нь шингэнийг хатуу, хоёр дахь нь хий рүү ойртуулдаг. Энэ хоёр шинж чанар нь үнэмлэхүй биш юм. Бүх шингэн нь шахагдах чадвартай боловч хийнээс хамаагүй бага байдаг. Бүх шингэн нь хэлбэрээ өөрчлөх, эзлэхүүний нэг хэсгийг нөгөөтэйгөө харьцуулахад нүүлгэн шилжүүлэхийг тэсвэрлэдэг боловч хатуу бодисоос бага байдаг.
Шингэн, хатуу, хийн гэсэн гурван үндсэн төлөвийг хүн бүр мэддэг гэж би бодож байна. Бид эдгээр материйн төлөвтэй өдөр бүр, хаа сайгүй тулгардаг. Ихэнхдээ тэдгээрийг усны жишээн дээр авч үздэг. Усны шингэн төлөв нь бидэнд хамгийн танил юм. Бид байнга шингэн ус уудаг, энэ нь бидний цоргоноос урсдаг, бид өөрсдөө 70% шингэн ус юм. Усны хоёр дахь физик төлөв бол өвлийн улиралд гудамжинд харагддаг энгийн мөс юм. Өдөр тутмын амьдралд усыг хийн хэлбэрээр олоход хялбар байдаг. Хийн төлөвт ус бол бидний мэддэг шиг уур юм. Жишээлбэл, бид данх буцалгах үед үүнийг харж болно. Тийм ээ, 100 градусын температурт ус шингэнээс хий болж хувирдаг.
Эдгээр нь бидний мэддэг материйн гурван төлөв юм. Гэхдээ үнэндээ 4 нь байдгийг та мэдэх үү? "Хүн бүр энэ үгийг сонссон байх" плазм" Өнөөдөр би чамайг плазмын тухай илүү ихийг мэдэхийг хүсч байна - бодисын дөрөв дэх төлөв.
Плазма нь эерэг ба сөрөг цэнэгийн тэнцүү нягттай хэсэгчлэн эсвэл бүрэн ионжсон хий юм. Цусны сийвэнг хийнээс гаргаж авч болно - хүчтэй халаалтаар бодисыг нэгтгэх 3-р төлөвөөс. Нэгтгэлийн төлөв байдал нь ерөнхийдөө температураас бүрэн хамаардаг. Агрегацын эхний төлөв нь бие нь хатуу хэвээр байх хамгийн бага температур, хоёр дахь агрегацын төлөв нь бие хайлж, шингэн болж эхлэх температур, гурав дахь агрегацын төлөв нь хамгийн өндөр температур бөгөөд энэ үед бодис үүсдэг. хий. Бие, бодис бүрийн хувьд нэгтгэх төлөвөөс нөгөөд шилжих температур нь огт өөр, заримд нь бага, заримд нь илүү өндөр байдаг, гэхдээ хүн бүрийн хувьд энэ дарааллыг чанд баримталдаг. Ямар температурт бодис плазм болдог вэ? Энэ нь дөрөв дэх төлөв тул түүнд шилжих температур өмнөх үеийнхээс өндөр байна гэсэн үг юм. Тэгээд үнэхээр тийм. Хийг ионжуулахын тулд маш өндөр температур шаардлагатай. Хамгийн бага температур, бага ионжуулсан (ойролцоогоор 1%) плазм нь 100 мянган градус хүртэл температуртай байдаг. Газрын нөхцөлд ийм плазмыг аянга хэлбэрээр ажиглаж болно. Аянгын сувгийн температур 30 мянган градусаас хэтрэх боломжтой бөгөөд энэ нь нарны гадаргуугийн температураас 6 дахин их юм. Дашрамд хэлэхэд Нар болон бусад бүх одод нь плазм, ихэвчлэн өндөр температуртай байдаг. Орчлон ертөнцийн бүх бодисын 99 орчим хувь нь плазм байдаг гэдгийг шинжлэх ухаан нотолж байна.
Бага температурт плазмаас ялгаатай нь өндөр температурт плазм нь бараг 100% иончлолтой, 100 сая градус хүртэл температуртай байдаг. Энэ бол үнэхээр оддын температур юм. Дэлхий дээр ийм плазмыг зөвхөн нэг тохиолдолд л олдог - термо-цөмийн хайлуулах туршилтын хувьд. Урвалыг хянах нь нэлээд төвөгтэй бөгөөд эрчим хүч их шаарддаг боловч хяналтгүй урвал нь нэлээд эрт байдаг - 1953 оны 8-р сарын 12-нд ЗСБНХУ-аас туршсан асар их хүч чадалтай зэвсэг - термо-цөмийн бөмбөг шиг.
Цусны сийвэнг зөвхөн температур, иончлолын зэргээр ангилдаг төдийгүй нягтрал, бараг төвийг сахисан байдлаар нь ангилдаг. Хамтарсан байршил плазмын нягтралихэвчлэн гэсэн үг электрон нягт, өөрөөр хэлбэл нэгж эзэлхүүн дэх чөлөөт электронуудын тоо. За ингээд бүх зүйл тодорхой болсон гэж бодож байна. Гэхдээ бараг төвийг сахисан байдал гэж юу болохыг хүн бүр мэддэггүй. Плазмын квазинейтрал байдал нь түүний хамгийн чухал шинж чанаруудын нэг бөгөөд түүний найрлагад орсон эерэг ион ба электронуудын нягтын бараг ижил тэнцүү байдлаас бүрддэг. Плазмын цахилгаан дамжуулах чадвар сайтай тул эерэг ба сөрөг цэнэгийг салгах нь Дебайгийн уртаас илүү зайд, заримдаа плазмын хэлбэлзлийн хугацаанаас илүү их зайд боломжгүй юм. Бараг бүх плазм нь бараг төвийг сахисан байдаг. Бараг саармаг бус плазмын жишээ бол электрон цацраг юм. Гэсэн хэдий ч төвийг сахисан бус плазмын нягт нь маш бага байх ёстой, эс тэгвээс Кулоны түлхэлтийн улмаас тэд хурдан ялзарна.
Бид плазмын хуурай газрын маш цөөхөн жишээг авч үзсэн. Гэхдээ тэд маш олон байдаг. Хүн өөрийн ашиг тусын тулд плазмыг ашиглаж сурсан. Дөрөв дэх агрегат төлөвийн ачаар бид хий ялгаруулах чийдэн, плазмын телевизор, зоо-рами, нуман цахилгаан гагнуур, лазер-рами зэргийг ашиглаж болно. Уламжлалт хий ялгаруулдаг флюресцент чийдэн нь мөн плазм юм. Манай дэлхий дээр плазмын чийдэн бас байдаг. Үүнийг шинжлэх ухаанд голчлон судлахад ашигладаг бөгөөд хамгийн чухал нь сийвэнгийн хамгийн нарийн төвөгтэй үзэгдлүүд, тэр дундаа судалтай байдаг. Ийм чийдэнгийн зургийг доорх зурган дээрээс харж болно.
Гэрийн плазмын төхөөрөмжөөс гадна байгалийн плазмыг дэлхий дээр ихэвчлэн харж болно. Бид түүний нэг жишээний талаар аль хэдийн ярьсан. Энэ бол аянга. Гэхдээ аянга цахилгаанаас гадна плазмын үзэгдлийг хойд гэрэл, "Гэгээн Элмогийн гал", дэлхийн ионосфер, мэдээжийн хэрэг гал гэж нэрлэж болно.
Гал түймэр, аянга цахилгаан болон бидний нэрлэж заншсанаар плазмын бусад илрэлүүд шатаж байгааг анзаараарай. Плазмаас ийм тод гэрэл ялгарах шалтгаан юу вэ? Плазмын гэрэлтэлт нь электронууд ионуудтай дахин нэгдсний дараа их энергитэй байдлаас бага энергитэй төлөвт шилжсэнээс үүсдэг. Энэ үйл явц нь өдөөгдсөн хийтэй тохирох спектртэй цацраг үүсгэдэг. Ийм учраас плазм нь гэрэлтдэг.
Би мөн плазмын түүхийн талаар бага зэрэг ярихыг хүсч байна. Эцсийн эцэст, нэг удаа сүүний шингэн бүрэлдэхүүн хэсэг, цусны өнгөгүй бүрэлдэхүүн хэсэг гэх мэт бодисыг л плазм гэж нэрлэдэг байв. 1879 онд бүх зүйл өөрчлөгдсөн. Тэр жил Английн нэрт эрдэмтэн Уильям Крукс хийн цахилгаан дамжуулах чанарыг судалж байхдаа плазмын үзэгдлийг нээсэн юм. Бодисын энэ төлөвийг зөвхөн 1928 онд л плазм гэж нэрлэсэн нь үнэн. Үүнийг Ирвинг Лангмуйр хийсэн.
Дүгнэж хэлэхэд, би энэ сайт дээр нэг бус удаа бичсэн бөмбөгний аянга гэх мэт сонирхолтой, нууцлаг үзэгдэл бол мэдээжийн хэрэг бас энгийн аянга шиг плазмоид юм гэдгийг хэлмээр байна. Энэ нь магадгүй хуурай газрын плазмын үзэгдлүүдийн хамгийн ер бусын плазмоид юм. Эцсийн эцэст, бөмбөгний аянгын тухай 400 орчим өөр онол байдаг боловч тэдгээрийн нэг нь ч үнэн зөв гэж хүлээн зөвшөөрөгдөөгүй байна. Лабораторийн нөхцөлд ижил төстэй боловч богино хугацааны үзэгдлийг хэд хэдэн өөр аргаар олж авсан тул бөмбөгний аянгын мөн чанарын тухай асуудал нээлттэй хэвээр байна.
Мэдээжийн хэрэг энгийн плазмыг лабораторид бий болгосон. Энэ нь нэг удаа хэцүү байсан ч одоо ийм туршилт хийх нь тийм ч хэцүү биш юм. Плазма нь бидний өдөр тутмын зэвсэглэлд хүчтэй нэвтэрсэн тул лабораторид үүн дээр маш их туршилт хийж байна.
Плазмын салбарт хийсэн хамгийн сонирхолтой нээлт бол таталцлын тэг нөхцөлд плазмтай хийсэн туршилтууд байв. Плазма нь вакуум орчинд талсждаг нь харагдаж байна. Энэ нь иймэрхүү тохиолддог: цэнэглэгдсэн плазмын хэсгүүд бие биенээ түлхэж эхэлдэг бөгөөд хязгаарлагдмал эзэлхүүнтэй байх үед тэдгээр нь өөр өөр чиглэлд тархсан орон зайг эзэлдэг. Энэ нь болор тортой нэлээд төстэй юм. Энэ нь плазм бол материйн эхний төлөв ба гурав дахь төлөвийг хооронд нь холбогч холбоос гэсэн үг биш гэж үү? Эцсийн эцэст энэ нь хийн иончлолын улмаас плазм болж, вакуумд плазм дахин хатуу болдог. Гэхдээ энэ бол зөвхөн миний таамаг.
Сансар огторгуй дахь плазмын талстууд бас нэлээд хачирхалтай бүтэцтэй байдаг. Энэ бүтцийг зөвхөн сансар огторгуйд, орон зайн бодит вакуумд ажиглаж, судлах боломжтой. Хэдийгээр та дэлхий дээр вакуум үүсгэж, плазмыг тэнд байрлуулсан ч таталцал дотор үүссэн "зураг" -ыг бүхэлд нь шахах болно. Сансарт плазмын талстууд зүгээр л хөөрч, хачирхалтай хэлбэрийн гурван хэмжээст бүтэц үүсгэдэг. Орбит дахь плазмыг ажигласны үр дүнг дэлхийн эрдэмтэд рүү илгээсний дараа плазм дахь эргүүлэг нь манай галактикийн бүтцийг хачирхалтай давтдаг болох нь тогтоогджээ. Энэ нь ирээдүйд плазмыг судалснаар манай галактик хэрхэн үүссэнийг ойлгох боломжтой болно гэсэн үг юм. Доорх гэрэл зургууд нь ижил талстжуулсан плазмыг харуулж байна.
Цусны сийвэнгийн сэдвээр би үүнийг л хэлмээр байна. Энэ нь таныг сонирхож, гайхшруулсан гэж найдаж байна. Эцсийн эцэст, энэ бол үнэхээр гайхалтай үзэгдэл, эс тэгвээс төлөв байдал - материйн 4-р төлөв юм.
Нэгдсэн мужууд. Шингэн. Термодинамик дахь үе шатууд. Фазын шилжилтүүд.
Лекц 1.16
Бүх бодисууд нэгтгэх гурван төлөвт байж болно - хатуу, шингэнТэгээд хий. Тэдгээрийн хоорондох шилжилт нь олон тооны физик шинж чанарууд (нягтрал, дулаан дамжуулалт гэх мэт) огцом өөрчлөлтүүд дагалддаг.
Агрегацын төлөв байдал нь тухайн бодис байрлах физик нөхцлөөс хамаарна. Бодис дахь агрегацын хэд хэдэн төлөв байх нь түүний молекулуудын (атомуудын) дулааны хөдөлгөөн, өөр өөр нөхцөлд харилцан үйлчлэлийн ялгаатай байдлаас шалтгаална.
Хий- бөөмс нь хоорондоо холбоогүй эсвэл харилцан үйлчлэлийн хүчээр маш сул холбогдсон бодисыг нэгтгэх төлөв; түүний бөөмс (молекул, атом) -ын дулааны хөдөлгөөний кинетик энерги нь тэдгээрийн хоорондын харилцан үйлчлэлийн боломжит энергиээс ихээхэн давсан тул бөөмс нь бараг чөлөөтэй хөдөлж, байрлаж буй савыг бүрэн дүүргэж, хэлбэрээ авдаг. Хийн төлөвт бодис нь өөрийн эзэлхүүнтэй, өөрийн гэсэн хэлбэртэй байдаггүй. Даралт, температурыг өөрчилснөөр аливаа бодисыг хий болгон хувиргаж болно.
Шингэн- хатуу ба хийн хоорондох завсрын бодисыг нэгтгэх төлөв. Энэ нь бөөмсийн өндөр хөдөлгөөн, тэдгээрийн хоорондох жижиг чөлөөт зайгаар тодорхойлогддог. Энэ нь шингэн нь эзэлхүүнийг хадгалж, савны хэлбэрийг авахад хүргэдэг. Шингэн дотор молекулууд хоорондоо маш ойрхон байрладаг. Тиймээс шингэний нягт нь хийн нягтаас (хэвийн даралттай) хамаагүй их байдаг. Шингэний шинж чанар нь шингэн талстыг эс тооцвол бүх чиглэлд ижил (изотроп) байдаг. Халах эсвэл нягтрал буурах үед шингэний шинж чанар, дулаан дамжуулалт, зуурамтгай чанар нь дүрмээр бол хийн шинж чанарт өөрчлөгддөг.
Шингэний молекулуудын дулааны хөдөлгөөн нь нэг тэнцвэрийн байрлалаас нөгөөд үе үе тохиолддог молекулуудын хамтын чичиргээ, үсрэлтүүдийн хослолоос бүрдэнэ.
Хатуу (талст) биетүүд- хэлбэрийн тогтвортой байдал, атомын дулааны хөдөлгөөний шинж чанараар тодорхойлогддог бодисын нэгдлийн төлөв байдал. Энэ хөдөлгөөн нь хатуу бодисыг бүрдүүлдэг атомуудын (эсвэл ионуудын) чичиргээ юм. Чичиргээний далайц нь атом хоорондын зайтай харьцуулахад ихэвчлэн бага байдаг.
Шингэний шинж чанар.
Шингэн төлөвт байгаа бодисын молекулууд хоорондоо бараг ойрхон байрладаг. Молекулууд нь болорын бүх эзэлхүүний туршид эмх цэгцтэй бүтэц үүсгэдэг, тогтмол төвүүдийн эргэн тойронд дулааны чичиргээ хийж чаддаг хатуу талст биетүүдээс ялгаатай нь шингэний молекулууд илүү чөлөөтэй байдаг. Шингэний молекул бүр нь хатуу биеттэй адил хөрш зэргэлдээх молекулуудын нөлөөгөөр бүх талаараа "хавчдаг" бөгөөд тодорхой тэнцвэрийн байрлалд дулааны чичиргээнд ордог. Гэсэн хэдий ч үе үе ямар ч молекул ойролцоох хоосон газар руу шилжиж болно. Шингэн дэх ийм үсрэлт нь ихэвчлэн тохиолддог; Иймээс молекулууд нь талстууд шиг тодорхой төвүүдтэй холбогддоггүй бөгөөд шингэний бүх эзэлхүүнээр хөдөлж чаддаг. Энэ нь шингэний шингэнийг тайлбарладаг. Ойр оршдог молекулуудын хүчтэй харилцан үйлчлэлийн улмаас тэдгээр нь хэд хэдэн молекул агуулсан орон нутгийн (тогтворгүй) дараалсан бүлгүүдийг үүсгэж болно. Энэ үзэгдлийг гэж нэрлэдэг ойрын дараалал.
Молекулуудын нягт баглаа боодолтой тул шингэний шахалт, өөрөөр хэлбэл даралтын өөрчлөлтөөр эзлэхүүний өөрчлөлт маш бага байдаг; энэ нь хийтэй харьцуулахад хэдэн арван, хэдэн зуун мянга дахин бага юм. Жишээлбэл, усны эзэлхүүнийг 1% -иар өөрчлөхийн тулд даралтыг ойролцоогоор 200 дахин нэмэгдүүлэх шаардлагатай. Агаар мандлын даралттай харьцуулахад даралтын энэ өсөлт нь ойролцоогоор 2 км-ийн гүнд хүрдэг.
Шингэн нь хатуу биеттэй адил температурын өөрчлөлтөөр эзлэхүүнээ өөрчилдөг. Маш том биш температурын хувьд эзлэхүүний харьцангуй өөрчлөлт Δ В / В 0 нь температурын өөрчлөлттэй Δ пропорциональ байна Т:
| |
β коэффициент гэж нэрлэдэг эзлэхүүний тэлэлтийн температурын коэффициент. Шингэний хувьд энэ коэффициент нь хатуу бодисоос хэдэн арван дахин их байна. Усны хувьд, жишээлбэл, 20 ° C температурт β ≈ 2 10 –4 К –1, гангийн хувьд - β st ≈ 3,6 10 –5 К –1, кварцын шилний хувьд - β кВ ≈ 9 10 – 6 К – 1.
Усны дулааны тэлэлт нь дэлхий дээрх амьдралын сонирхолтой бөгөөд чухал аномалитай байдаг. 4 хэмээс доош температурт температур буурах үед ус өргөсдөг (β< 0). Максимум плотности ρ в = 10 3 кг/м 3 вода имеет при температуре 4 °С.
Ус хөлдөх үед томордог тул мөс нь хөлдөж буй усны гадаргуу дээр хөвж үлддэг. Мөсөн доорх хөлдөж буй усны температур 0 ° C байна. Усан сангийн ёроол дахь усны нягт давхаргад температур нь ойролцоогоор 4 ° C байна. Үүний ачаар хөлдөж буй усан сангуудын усанд амьдрал оршин тогтнох боломжтой.
Шингэний хамгийн сонирхолтой шинж чанар бол оршихуй юм чөлөөт гадаргуу. Шингэн нь хийнээс ялгаатай нь цутгаж буй савны эзэлхүүнийг бүхэлд нь дүүргэдэггүй. Шингэн ба хий (эсвэл уур) хооронд интерфэйс үүсдэг бөгөөд энэ нь шингэний бусад хэсгүүдтэй харьцуулахад онцгой нөхцөлд байдаг. Шингэний хилийн давхарга дахь молекулууд нь түүний гүн дэх молекулуудаас ялгаатай нь бүх талаараа ижил шингэний бусад молекулуудаар хүрээлэгдсэн байдаггүй. Хөрш зэргэлдээх молекулуудаас шингэн доторх молекулуудын аль нэгэнд нөлөөлж буй молекул хоорондын харилцан үйлчлэлийн хүч нь дунджаар харилцан нөхөгддөг. Хилийн давхарга дахь аливаа молекулыг шингэний дотор байрлах молекулууд татдаг (хий (эсвэл уур) молекулуудаас өгөгдсөн шингэний молекулд үйлчлэх хүчийг үл тоомсорлож болно). Үүний үр дүнд шингэний гүн рүү чиглэсэн тодорхой үр дүнгийн хүч гарч ирдэг. Гадаргуугийн молекулууд нь молекул хоорондын таталцлын хүчээр шингэн рүү татагддаг. Гэхдээ бүх молекулууд, түүний дотор хилийн давхаргын молекулууд тэнцвэрт байдалд байх ёстой. Гадаргуугийн давхаргын молекулууд болон шингэний доторх хамгийн ойрын хөршүүдийн хоорондох зайг бага зэрэг багасгах замаар энэхүү тэнцвэрт байдалд хүрдэг. Молекулуудын хоорондох зай багасах тусам түлхэх хүч үүсдэг. Хэрэв шингэн доторх молекулуудын хоорондох дундаж зай нь r 0 бол гадаргуугийн давхаргын молекулууд нь арай илүү нягтралтай байдаг тул дотоод молекулуудтай харьцуулахад боломжит энергийн нэмэлт нөөцтэй байдаг. Шахах чадвар нь туйлын бага тул илүү нягт савласан гадаргуугийн давхарга байгаа нь шингэний эзлэхүүнд мэдэгдэхүйц өөрчлөлт гарахгүй гэдгийг санах нь зүйтэй. Хэрэв молекул гадаргуугаас шингэн рүү шилжвэл молекул хоорондын харилцан үйлчлэлийн хүч эерэг ажил хийнэ. Эсрэгээр, шингэний гүнээс гадаргуу руу тодорхой тооны молекулыг татахын тулд (өөрөөр хэлбэл шингэний гадаргуугийн талбайг нэмэгдүүлэх) гадаад хүчэерэг ажил хийх ёстой Агадаад, өөрчлөлттэй пропорциональ Δ Сгадаргуугийн талбай:
| А ext = σΔ С. |
σ коэффициентийг гадаргуугийн хурцадмал байдлын коэффициент (σ > 0) гэж нэрлэдэг. Тиймээс гадаргуугийн хурцадмал байдлын коэффициент нь тогтмол температурт шингэний гадаргуугийн талбайг нэг нэгжээр нэмэгдүүлэхэд шаардагдах ажилтай тэнцүү байна.
SI-д гадаргуугийн хурцадмал байдлын коэффициентийг joule-ээр хэмждэг метрквадрат (Ж/м2) эсвэл метр тутамд Ньютоноор (1 Н/м = 1 Ж/м2).
Үүний үр дүнд шингэний гадаргуугийн давхаргын молекулууд илүүдэлтэй байдаг боломжит эрчим хүч. Боломжит эрчим хүч ЭШингэний гадаргуугийн p нь түүний талбайтай пропорциональ байна: 
(1.16.1)
Системийн тэнцвэрт байдал нь түүний боломжит энергийн хамгийн бага утгатай тохирч байгааг механикаас мэддэг. Үүнээс үзэхэд шингэний чөлөөт гадаргуу нь түүний талбайг багасгах хандлагатай байдаг. Энэ шалтгааны улмаас шингэний чөлөөт дусал бөмбөрцөг хэлбэртэй болдог. Шингэн нь түүний гадаргуутай шүргэгч хүч энэ гадаргууг агшиж (татаж) байгаа мэт ажилладаг. Эдгээр хүчийг нэрлэдэг гадаргуугийн хурцадмал хүч.
Гадаргуугийн хурцадмал хүч байгаа нь шингэний гадаргууг уян харимхай хальс шиг харагдуулдаг бөгөөд цорын ганц ялгаа нь хальсан дахь уян хатан хүч нь түүний гадаргуугийн талбайгаас (жишээ нь, хальс хэрхэн хэв гажилтаас), гадаргуугийн хурцадмал байдлаас хамаардаг. хүч нь шингэний гадаргуугаас хамаардаггүй.
Гадаргуугийн хурцадмал хүч нь хальсны гадаргууг багасгах хандлагатай байдаг. Тиймээс бид бичиж болно: (1.16.2)
Тиймээс гадаргуугийн хурцадмал байдлын коэффициент σ нь гадаргууг хязгаарлаж буй шугамын нэгж уртад үйлчлэх гадаргуугийн хурцадмал хүчний модуль гэж тодорхойлж болно ( л- энэ шугамын урт).
Шингэн дусал болон савангийн бөмбөлөг доторх гадаргуугийн хурцадмал хүчний үйл ажиллагааны улмаас илүүдэл даралт Δ үүсдэг. х. Хэрэв та оюун ухаанаараа радиусын бөмбөрцөг дуслыг таслав Рхоёр хагас болгон хуваах ба дараа нь тэдгээр нь 2π урттай зүсэлтийн хил дээр хэрэглэсэн гадаргуугийн хурцадмал хүчний нөлөөн дор тэнцвэртэй байх ёстой. Рба π талбайд үйлчлэх илүүдэл даралтын хүч Р 2 хэсэг (Зураг 1.16.1). Тэнцвэрийн нөхцөлийг дараах байдлаар бичнэ
Шингэн, хатуу ба хийн хоорондох хилийн ойролцоо шингэний чөлөөт гадаргуугийн хэлбэр нь шингэний молекул ба хатуу молекулуудын харилцан үйлчлэлийн хүчнээс хамаардаг (хийн (эсвэл уур) молекулуудтай харилцан үйлчлэлцэхийг үл тоомсорлож болно). Хэрэв эдгээр хүч нь шингэний молекулуудын харилцан үйлчлэлийн хүчнээс их байвал шингэн нойтонхатуу биетийн гадаргуу. Энэ тохиолдолд шингэн нь өгөгдсөн шингэн-хатуу хосын онцлог шинж чанар бүхий тодорхой хурц өнцөгт θ-ээр хатуу гадаргууд ойртдог. θ өнцгийг гэж нэрлэдэг холбоо барих өнцөг. Хэрэв шингэний молекулуудын харилцан үйлчлэлийн хүч нь хатуу молекулуудтай харилцан үйлчлэх хүчнээс давсан бол контактын өнцөг θ нь мохоо болж хувирна (Зураг 1.16.2(2)). Энэ тохиолдолд тэд шингэн гэж хэлдэг нойтон бишхатуу биетийн гадаргуу. Үгүй бол (өнцөг - хурц) шингэн нойтонгадаргуу (Зураг 1.16.2(1)). At бүрэн чийглэхθ = 0, at бүрэн чийгшүүлэхгүйθ = 180 °.
Капиллярын үзэгдлүүджижиг диаметртэй хоолойд шингэний өсөлт, уналт гэж нэрлэдэг - хялгасан судаснууд. Нойтон шингэн нь хялгасан судсаар дамждаг, чийгшдэггүй шингэн нь доошилдог.
Зураг 1.16.3-т тодорхой радиустай капилляр хоолойг харуулав r, доод төгсгөлд нь ρ нягттай чийгшүүлэх шингэн рүү буулгана. Капиллярын дээд төгсгөл нээлттэй байна. Капилляр дахь шингэний өсөлт нь капилляр дахь шингэний баганад үйлчилж буй таталцлын хүч нь үүссэн хэмжээтэй тэнцүү болтол үргэлжилнэ. ФКапиллярын гадаргуутай шингэний хүрэлцэх хилийн дагуу n гадаргуугийн хурцадмал хүч: Ф t = Ф n, хаана Ф t = мг = ρ hπ r 2 g, Ф n = σ2π r cos θ.
Энэ нь: 
Бүрэн чийглэх үед θ = 0, cos θ = 1. Энэ тохиолдолд
Бүрэн чийггүй θ = 180° бол cos θ = –1, тиймээс, h < 0. Уровень несмачивающей жидкости в капилляре опускается ниже уровня жидкости в сосуде, в которую опущен капилляр.
Ус нь цэвэр шилэн гадаргууг бараг бүрэн норгодог. Эсрэгээрээ мөнгөн ус нь шилэн гадаргууг бүрэн чийгшүүлдэггүй. Тиймээс шилэн хялгасан судсан дахь мөнгөн усны түвшин савны түвшнээс доош буурдаг.